黑果枸杞花色苷的肥胖干预作用研究进展

闫亚美1, 冯丹萍2, 陈晓燕3, 米佳1, 禄璐1, 冉林武4, 张静4

【作者机构】 1宁夏农林科学院枸杞工程技术研究所; 2银川能源学院化学与生物工程学院; 3宁夏浩瀚生物科技产业有限公司; 4宁夏医科大学实验动物中心
【分 类 号】 TS201.4
【基    金】 宁夏回族自治区自然科学基金资助项目(2019AAC03147) 宁夏回族自治区重点研发项目(2019BFG02026)
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黑果枸杞花色苷的肥胖干预作用研究进展

黑果枸杞花色苷的肥胖干预作用研究进展

闫亚美1, 冯丹萍2, 陈晓燕3, 米 佳1, 禄 璐1, 冉林武4, 张 静4

(1.宁夏农林科学院 枸杞工程技术研究所, 宁夏 银川 750002;2.银川能源学院 化学与生物工程学院, 宁夏 银川 750100;3.宁夏浩瀚生物科技产业有限公司, 宁夏 石嘴山 753200;4.宁夏医科大学 实验动物中心, 宁夏 银川 750002)

摘 要: 肥胖是目前受到世界广泛关注的慢性病之一,是心脑血管疾病及癌症等多种疾病的危险因素,成为目前威胁人类社会最主要的健康问题。现有减肥药物或方法大都存在毒副作用大、易反弹等缺点。因此,寻求安全、有效的干预肥胖的药物或方法具有极其重要的意义。花色苷等天然植物提取物具有有效干预肥胖的作用,且副作用小,相关研究与开发逐渐成为一个热点。黑果枸杞是近年来新发掘的食用植物资源之一,具有降血脂、抗氧化、抗突变、抗癌、抗炎、提高机体免疫力等多种生物学活性。黑果枸杞主要发挥机体营养健康作用的成分是有别于常见果蔬中的花色苷类物质,其花色苷结构同时具有矮牵牛素母核、芳香酸酰化等特征,且总花色苷含量远超于其他有色果实。通过总结国内外相关文献,综述黑果枸杞花色苷的肥胖干预作用研究进展,为黑果枸杞开发利用提供理论参考。

关键词: 黑果枸杞; 花色苷; 肥胖; 胰脂肪酶; 抑制作用

黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr.)是茄科(Solanaceae)枸杞属(Lycium)植物,是中国境内存在的主要枸杞品种之一,也是近年来新发掘的食用植物资源之一。黑果枸杞植株属于多棘刺灌木,具有耐干旱、抗寒的特性,且多生长在盐碱土荒地、盐化沙地、河湖沿岸、盐湖岸边等环境[1-2]。黑果枸杞也称黑枸杞,具有降低血脂、延缓老化、抗疲劳、预防和治疗糖尿病等生物活性[3-4]。黑果枸杞果实中含有有别于红果枸杞的功效成分——花色苷类物质。花色苷是一种来源极其广泛的天然食用色素,是花色素与糖以糖苷键组合形成的一类广泛存在于植物花、果实、茎、叶和根器官的细胞液中的类黄酮类化合物,对植物的显色具有重要作用。已有研究发现,花色苷具有降血脂、抗氧化、抗突变,抗癌,抗炎,提高机体免疫力等多种生物学活性[5]。花色苷种类不同,其活性也不同,黑果枸杞含有丰富且结构较为独特的花色苷,因此,黑果枸杞花色苷类化合物可能具有潜在的特殊价值。

肥胖是目前受到世界广泛关注的慢性病之一,会引发一系列如心肌梗死、心脏猝死、糖尿病、高血压、动脉粥样硬化等临床病理表现的病症,且药物治疗是目前最主要的减肥方法之一。诸多减肥药物虽对人体减肥降脂具有一定的效果,但是长期使用依然会造成一定的副作用。因此,从天然植物中获取副作用更小、效果更好、能够干预肥胖达到减肥目的功效成分,已逐渐成为天然产物研究的热点。大量的体内和体外实验研究表明,花色苷具有调节脂肪代谢的作用。本文旨在阐述黑果枸杞花色苷的肥胖干预作用研究进展,为黑果枸杞的进一步开发利用提供理论参考。

1 肥胖与脂肪酶抑制剂的关系

1997年世界卫生组织将肥胖确定为十大慢性病之一,时至今日,肥胖已经是世界上最大的慢性疾病,严重威胁到人类健康。

肥胖是因为能量摄入过多,超过能量的消耗,致使体内脂肪过度积累,带来高血压,高脂血症,糖尿病,脂肪肝等一系列并发症[6-7]。胰脂肪酶全称为甘油三酯基水解酶,是水解食物中所含脂肪最关键的酶。而脂肪酶抑制剂是通过抑制胰脂肪酶等脂肪酶的活性,有效降低脂肪水解和吸收,从而达到减肥的效果。

大部分减肥药都是以胰脂肪酶为靶向从而预防和改善肥胖的,如奥利司他等人工合成减肥药,虽然可以调节体重,且其整体安全性和耐受性良好,但仍有腹泻、胃胀气等副作用,使用受到一定的限制。植物来源的天然化合物脂肪酶抑制剂具有广泛的来源、不同的结构,并且具有高特异性和低毒性的特征[8]。因此,开发和应用天然脂肪酶抑制剂备受研究人员的重视。

2 脂肪酶抑制作用的测定方法

脂肪酶抑制作用测定方法种类较多,主要有滴定分析法、光谱法、试剂盒法等分析测定抑制剂对胰脂肪酶、人单酰甘油脂肪酶等的抑制率。其中,滴定法基于脂肪酶将乳化橄榄油水解为甘油和脂肪酸,利用碱量法对产生的脂肪酸进行滴定,通过碱液的消耗量来测算出脂肪酶的活力[9]。光谱法主要有三种原理,原理一基于脂肪酶水解对硝基苯棕榈酸酯的产物对硝基苯酚在405 nm波长下有最大吸收值;原理二是以4-甲基伞型酮为反应底物,经过脂肪酶水解作用后的产物在发射波长 460 nm,激发波长340 nm下具有荧光强度量化酶活力,该原理采用的荧光法灵敏度、精确度都较高,是近年脂肪酶活力测定实验常选用的方法[10]。原理三是基于脂肪酶水解后产物脂肪酸与5%的醋酸铜溶液中的铜离子络合成铜皂蓝色物质在 710 nm波长处有最大吸收值,通过对比标准曲线得到脂肪酸的浓度。该方法会受到金属离子的干扰,影响检测结果的准确性,以甲苯代替苯作为铜皂法中的萃取溶剂,可改良此方法的准确性[11]。此外,试剂盒法作为一种便捷的方法被广泛使用[12]

体内脂肪酶抑制作用评价方法是考察研究对象在肠道内抑制脂肪的分解催化,抑制脂肪酶的活性,减少脂肪在体内的吸收。基于药- 靶结合动力学胰脂肪酶靶点占有率模型可用于评估动力学参数对体内药效的影响,从而研究其抑制脂肪酶的活性[13]。体外脂肪酶抑制作用测定的方法相比体内方法,迅速,简单,高效;体内脂肪酶抑制作用测定的方法,需要经过较长时间的实验,但结果比体外测定结果更加准确。

3 花色苷的肥胖干预作用机理

常见果蔬花色苷抑制脂肪酶活性见表1,抑制率IC50值介于0.02~28.3 mg/mL[10,14-18],表明植物来源花色苷具有较好的抑制脂肪酶活性。对胰脂肪酶的抑制效果从强到弱的半抑制浓度排序依次为山茱萸果实、黑果枸杞花色苷、紫娟茶花色苷、黑米花色苷、红米花色苷等。且多数呈正相关剂量效应关系。赵瑜[17]研究表明,紫娟茶提取物中分离出的两种不同的花色苷,分别为飞燕草-3-O-β-D-(6-(E)-对香豆酸)吡喃半乳糖苷、矢车菊-3-O-β-D-(6-(E)-对香豆酸)吡喃半乳糖苷的半抑制率仅为(0.55±0.02) mg/mL和(2.47±0.13) mg/mL。且在0.2~1.8 mg/mL作用浓度范围内,随着花色苷浓度的增加其对胰脂肪酶抑制率仍呈增加趋势。

影响不同来源花色苷抑制脂肪酶活性作用差异的可能原因在于:首先,花色苷制备方法不同,造成实验的花色苷纯度差异较大。第二,各种果蔬中的花色苷种类和结构的不同,黑果枸杞花色苷的主要成分是矮牵牛素花色苷,红米花色苷、黑米花色苷主要成分是矢车菊素,笃斯越桔花色苷主要成分是飞燕草素,紫娟茶花色苷最主要的成分是花色苷飞燕草-3-O-β-D-(6-(E)-对香豆酸)吡喃半乳糖苷、矢车菊-3-O-β-D-(6-(E)-对香豆酸)吡喃半乳糖苷,山茱萸果实主要成分是天竺葵苷3-O-半乳糖苷。花色苷种类不同,影响其活性,花色苷酰化能够提高其稳定性和生物活性[19-21]。第三,花色苷提取物中的其他酚类物质对花色苷活性影响较大[22]

花色苷对脂肪酶抑制类型也有竞争性抑制和非竞争性抑制的差异。黑米花色苷对脂肪酶的抑制类型为竞争性抑制,紫娟茶花色苷对脂肪酶的抑制作用为非竞争性,山茱萸花色苷为竞争性抑制。同时,紫外光谱法可评价花色苷对脂肪酶构象的影响;荧光法用于分析花色苷对酶的猝灭作用及其与酶的作用力[10]

表1 不同来源花色苷对脂肪酶活性的抑制作用
Tab.1 Inhibitory effect of anthocyanins from different sources on lipase activity

来源主要花色苷组成IC50抑制活性/(mg·mL-1)酶活测定方法抑制类型体外实验体内实验剂量关系花色苷制备方法w(花色苷)/%黑果枸杞[10]矮牵牛素-3-O-芸香糖(反式-p-香豆酰)-5-O-葡萄糖苷、矮牵牛素-3-O-芸香糖(顺式-p-香豆酰)-5-O-葡萄糖苷2.84±0.45紫外可见分光光度法、荧光光谱可逆的竞争性抑制待研究正相关甲醇提取,冷冻干燥未标注黑米[14]矢车菊素-3-葡萄糖苷芍药素-3-葡萄糖苷0.04±0.010.04±0.00高效液相色谱竞争性抑制抑制正相关大孔树脂富集>98>98笃斯越桔[15]飞燕草素-3-葡萄糖苷待研究紫外可见分光光度法待研究抑制抑制待研究未标注47.76红米[16]矢车菊素-3-O-葡萄糖苷0.02紫外可见分光光度法待研究抑制待研究正相关大孔树脂富集36.48紫娟茶[17]飞燕草-3-O-β-D-(6-(E)-对香豆酸)吡喃半乳糖苷矢车菊-3-O-β-D-(6-(E)对香豆酸)吡喃半乳糖苷0.82±0.132.47±0.13紫外可见分光光度法非竞争性抑制待研究正相关大孔树脂富集96.798.4山茱萸果实[18]天竺葵苷3-O-半乳糖苷28.3±1.50紫外可见分光光度法竞争性抑制待研究待研究未标注未标注

此外,除抑制脂肪酶活性外,有报道花色苷可通过诸多途径发挥降脂作用。赵静[15]研究发现笃斯越桔花色苷在一定程度上也能通过提高高脂血症大鼠的脂蛋白酶及肝脂酶的活性,增加甘油三酯与胆固醇的代谢,从而调节大鼠体内脂肪堆积情况,改变其体重。Valcheva-Kuzmanova等[23]研究表明,花色苷类物质降血脂的机理主要为抑制胆固醇的吸收作用,并可增进富含甘油三酯脂蛋白的分解代谢。You等[24]研究麝香葡萄花色苷提取物除对胰脂肪酶抑制作用外,对α-葡萄糖苷酶也有抑制作用。Ercan等[25]分析了苹果、红葡萄和肉桂花色苷干预肥胖的机制可能与抑制脂肪酸合成相关基因的表达、上调脂肪酸氧化基因的表达、降低肥胖相关炎症因子的分泌有关。吴涛[26]从桑果、樱桃、蓝莓、蓝靛果四种水果中分离制备花色苷研究其减肥作用,发现花色苷可以减少脂质在血清和肝脏组织的积累、改善胰岛素抵抗、下调炎症因子IL-6TNF-α基因表达水平,具有一定的减肥作用。He等[27]研究表明,食用富含花色苷的食物可以改善肥胖相关的肠道菌群失调和脂肪组织的炎症,有助维持或减轻肥胖人士的体重,亦有助改善新陈代谢及能量平衡,人体实验表明,花色苷类补充剂脂质代谢等代谢综合征可能与抑制NF-κB依赖性基因表达和增强PPAR-γ有关[28]

4 黑果枸杞花色苷的肥胖干预作用机理

黑果枸杞中总花色苷质量分数(1.5%~3.2%)远高于其他有色果实,且黑果枸杞中富含不同于其他果蔬中花色苷结构的矮牵牛素(Pt)芳香酸酰化花色苷及其同分异构体,特别是矮牵牛素-3-O-芸香糖(反式-p-香豆酰)-5-O-葡萄糖苷(petunidin-3-O-rutinoside(trans-p-coumaroyl)-5-O-glucoside)和矮牵牛素-3-O-芸香糖(顺式-p-香豆酰)-5-O-葡萄糖苷(petunidin-3-O-rutinoside (cis-p-coumaroyl)-5-O-glucoside),其结构同时具有Pt母核、芳香酸酰化、芸香糖和葡萄糖酰化的特征,有别于常见果蔬中的花色苷,占总花色苷含量的70%以上[29-30]。花色苷种类不同,影响其活性,花色苷酰化能够提高其稳定性和生物活性[19-21]。因此,研究黑果枸杞花色苷的构效关系具有重要意义。

黑果枸杞花色苷对脂肪酶的活性能起到抑制作用,其主要有效成分是矮牵牛素的酰化衍生物,张静等[10]研究了黑果枸杞花色苷提取物与胰脂肪酶作用的特性。结果表明,黑果枸杞花色苷提取物具有较好的抑制胰脂肪酶的活性,其半抑制质量浓度为(2.84±0.45) mg/mL,黑果枸杞花色苷提取物浓度与其对胰脂肪酶活性抑制率呈正相关,抑制类型为可逆型竞争性抑制。且该类花色苷提取物能使胰脂肪酶肽键CO基团发生π→π*跃迁,α-螺旋含量降低,内源荧光发生猝灭,与胰脂肪酶之间的作用力主要是氢键和范德华力。体外消化模拟实验表明,黑果枸杞花色苷提取物可以显著调节肠道菌群结构,显著降低与肥胖相关的厚壁菌门与拟杆菌门的比例。但有关黑果枸杞花色苷相关体内活性作用机制有待于进一步探讨研究[31]

5 黑果枸杞减肥食品的开发前景

各种天然植物来源花色苷提取物被广泛应用国内外食品加工业和保健品行业。天然植物来源的功能性食品,作为均衡饮食的一部分,能够达到控制体重和减少肥胖的作用。Gironés-Vilaplana等[32]研发了富含花色苷的复合饮料,抗氧化实验和脂肪酶抑制实验结果表明,该饮料不但有助于平衡急性和剧烈运动时的氧化还原平衡,还可以避免肥胖和糖尿病引起的甘油三酯吸收异常和高血糖,有助于减肥。黑果枸杞花色苷具有抑制脂肪酶活性的作用,其在开发降脂减肥产品具有市场前景。

6 结论与展望

大量研究结果表明,绝大多数天然植物来源花色苷通过抑制脂肪酶等途径具有一定的干预肥胖的作用。且不同来源其作用大小和机理不尽相同。黑果枸杞作为食字大军中的富含花色苷类物质的植物材料,其花色苷的相关研究仅限于体外研究。因此,深入研究黑果枸杞花色苷对脂肪酶的体内外抑制作用及其进一步的干预肥胖作用,在此基础上,开发黑果枸杞降脂减肥的产品,将对黑果枸杞的进一步开发利用具有重要意义。

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Review of Obesity Intervention of Anthocyanins from Lycium ruthenicum Murr.

YAN Yamei1, FENG Danping2, CHEN Xiaoyan3, MI Jia1, LU Lu1, RAN Linwu4, ZHANG Jing4

(1.Institute of Wolfberry Engineering Technology, Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Yinchuan 750002, China; 2.College of Chemistry and BioengineeringYinchuan Energy Institute, Yinchuan 750100, China; 3.Ningxia Vast Biotechnology Industry Co Ltd, Shizuishan 753200, China; 4.Laboratory Animal Center, Ningxia Medical University, Yinchuan 750002, China)

Abstract Obesity is one of the worldwide concerned chronic diseases, which is a risk factor of cardiovascular and cerebrovascular diseases, cancer and other diseases. It has become the most important health problem threatening human. Most of the existing weight-loss drugs or methods have the disadvantages of great toxic and side effects and easy to rebound. Therefore, it is of great significance to seek safe and effective drugs or methods to intervene obesity. Natural plant extracts including anthocyanins have effective intervention on obesity with little side effects. Lycium ruthenicum Murr. is one of the newly discovered edible plant resources in recent years. It has a variety of biological activities, such as reducing blood lipid, anti-oxidation, anti-mutation, anti-cancer, anti-inflammation, improving immunity and so on. Differing with others from common fruits and vegetables, the characteristic structure of anthocyanins from Lycium ruthenicum Murr. is containing parent nucleus of petunia and aromatic acid acylation. And the total content of the anthocyanins is much higher than other colored fruits. In this paper, the research progress of the effect of anthocyanins in Lycium ruthenicum Murr. on intervention of obesity was reviewed by summarizing the relevant references, which provided theoretical references for the development and utilization of Lycium ruthenicum Murr..

Keywords Lycium ruthenicum Murr.; anthocyanins; obesity; pancrelipase; inhibitory effect

doi:10.3969/j.issn.2095-6002.2020.04.003

文章编号:2095-6002(2020)04-0021-06

引用格式:闫亚美,冯丹萍,陈晓燕,等.黑果枸杞花色苷的肥胖干预作用研究进展[J]. 食品科学技术学报,2020,38(4):21-26.

YAN Yamei, FENG Danping, CHEN Xiaoyan, et al. Review of obesity intervention of anthocyanins from Lycium ruthenicum Murr.[J]. Journal of Food Science and Technology, 2020,38(4):21-26.

中图分类号 TS255.1

文献标志码:A

收稿日期: 2020-07-01

基金项目: 宁夏回族自治区自然科学基金资助项目(2019AAC03147);宁夏回族自治区重点研发项目(2019BFG02026)。

第一作者: 闫亚美,女,副研究员,博士,主要从事枸杞加工与贮藏方面的研究。

(责任编辑:李 宁)

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