蓝莓花青素与硫酸软骨素复合物制备及抗氧化活性研究开题报告

1.1蓝莓概况

越橘（Vaccinium myrtillus L.）和蓝莓（Vaccinium cor- ymbosum L.）被认为是花青素的良好来源（分别为1210mg / 100g和212mg / 100g鲜重）^[1]。蓝莓原产于北美洲，是杜鹃花科(Ericaceae)越橘属(Vaccinium. spp)多年生常绿灌木，果实为浆果,近圆形,酸甜适度,果肉细腻,皮薄籽小果实呈蓝色。蓝莓主要分为两种，一种是低灌木，矮脚野生，颗粒小，但花青素的含量很高；第二种是人工培育蓝莓，能成长至 240cm 高，果实较大，水分较多，花青素含量相对偏低。在欧洲被广泛种植和商业化。野生蓝莓富含类黄酮（花青素，黄酮醇和原花青素）和其他表皮化合物，蓝莓的有益健康作用已被广泛报道，其抗氧化能力与花青素含量相关。

二十世纪八十年代我国才开始有有关于蓝莓的加工制作，然而由于种种原因蓝莓没有被广泛应用。直到江苏省农科院植物研究所进行引种研究，经过十多年努力才找到在苏南地区具有较强适应力的品种^[19]。

1.2蓝莓花青素

1.2.1蓝莓花青素的结构和性质

花青素是杂苷，基本结构包含两个苯环，并由一3碳的单位连结（C6-C3-C6）它广泛分布于各种水果蔬菜中，以羟基和甲基的数目、位置以及结构中糖的性质、数目、位置、酰化相互区分，种类繁多，其中有六种花青素广泛存在于水果和蔬菜中：天竺葵素，花青素，芍药素，飞燕草素，矮牵牛素和马维林素。在这些结构中，其中五个已经在蓝莓中被识别，只有天竺葵素没有被检测到^[2]。花青素经由苯基丙酸路径和类黄酮生合成途径生成，由许多酵素调控催化。以花翠素（delphinidin）、天竺葵色素（pelargonidin）、锦葵色素（malvidin)、矢车菊素（cyanidin）、芍药花苷配基(peonidin）、矮牵牛苷配基(petunidin)及六种非配醣体（aglycone)为主。

花青素是亲水化合物，易溶于水和乙醇等极性溶剂，其颜色会随着羟基，甲氧基，糖结合的位置、数目以及花色基元的变化而变化，而pH 的变化也会影响花青素的结构，从而改变花青素的颜色。花青素在酸性溶液中，存在着4 种花青苷的平衡：醌型碱、黄洋盐阳离子、假碱和查耳酮^[9]。

图1-1 花青素分子结构图

Fig1-1 Molecular structure of anthocyanin.

花青素本身稳定性差，容易受到外界环境因素影响，其自身结构对稳定性也同样有影响。糖苷配基羟基化会降低其稳定性，而甲基化、酰基化、糖基化能够增加其稳定性。花青素稳定性随不同糖基的下降顺序为葡萄糖半乳糖阿拉伯糖^[9]。花青素受光照、PH、温度的影响较大^[11]。花青素存在于植物细胞液泡中，可由叶绿素转化而来。其在不同的PH值条件下呈现不同的颜色变化，在酸性条件下呈红色或紫色，碱性条件下则呈现蓝色，花青素在酸性条件下稳定性更好。自然光和日光灯均能导致花青素的降解，使得花青素含量减少。花青素不耐高温，适宜温度下降解速率低，温度升高至一定程度降解速率高。因此，对花青素进行操作时需控制温度、PH，做好避光措施。

1.2.2蓝莓花青素的生理活性

新世纪以来中国人群尤其是老年人的慢性疾病发病率居高不下，研究发现慢性疾病与由反应性氧（ROS）引起的氧化应激有关^[3]，而氧化应激又与现今所关注的疾病如癌症、糖尿病、阿尔兹海默病、帕金森氏病、肌萎缩性侧索硬化症（ALS）等有关。因此，降低体液中ROS的水平是当前的重要目标，而蓝莓花青素能够在这方面起到重要作用。

花青素的发现，解决了抗生素和维生素解决不了的难题，尽管抗生素和维生的研究已非常深入，但也解决不了诸如心脑血管疾病、糖尿病、癌症等现代疾病及亚健况的改善，更不能解决人们延年益寿、抗衰老的问题，而这些问题都与自由基对人体的侵害有关，蓝莓花青素为人类找到抗氧化、抗衰老最简单有效的办法提供了一个有力契机。它具有多种生理活性作用，例如抗炎、抗氧化、抗癌、保护视力等，还可以增强血管弹性，改善循环系统和增进皮肤的光滑度，起到延缓脑神经衰老^[7]。

1.2.2.1保护视力

蓝莓花青素是用于治疗糖尿病性视网膜病变或心血管危险因素的有效分子^[2]，它是利用视网膜红色素的增加进而舒缓眼部疲劳，对人眼睛的机能能够有效改善，可以起到预防白内障的作用。蓝莓提取物花青素对视物模糊、眼干涩、明视持久度及总有效率有明显改善,可以达到缓解视疲劳的作用^[10]。它通过抑制视网膜感光细胞的衰亡，降低脂质过氧化物的含量，提高细胞抗氧化活性而来保护感光细胞。

1.2.2.2抗炎作用

炎症是一种非特异性免疫反应，能够保护机体，防止病菌入侵。急性炎症维持时间短，不会对人体造成损害，相反慢性炎症作用时间长，机体长期处于这种状态会导致代谢综合征，心血管疾病，癌症等疾病。因此，防止这类疾病的良好方法就是控制炎症。蓝莓花青素就能抑制炎症和过敏，王健^[19]的研究表明，存在于蓝莓中的锦葵色素能对TNF-α诱导的体外培养的人脐静脉内皮细胞炎症起保护作用及糖苷协同作用，能抑制炎症因子，起到抗炎作用。

1.2.2.3抗氧化作用

花青素具有很强的自由基清除功效，它属于酚类化合物中的类黄酮（flavonoids）的一种。在自由基产生后，花青素可提供电子从而清除自由基而自身不形成有害物质，它无毒、安全、来源广泛，有很强的抗氧化能力，能够保护健康细胞，激活细胞、维持细胞活力，预防癌症、对抗癌症的功效很显著。蓝莓花青素对羟基自由基、DPPH自由基、超氧阴离子自由基、H₂O₂及Fe³ 的清除率随着浓度的增大而增强，均高于相同浓度的抗坏血酸，可以作为天然抗氧化剂进行开发应用^[8]。花青素是迄今为止所发现的最强效的自由基清除剂，其抗自由基氧化能力是维生素C的20倍、维生素E的50倍，尤其是体内活性，更是其他抗氧化剂无法比拟的。

剂进行开发应用^[8]。花青素是迄今为止所发现的最强效的自由基清除剂，其抗自由基氧化能力是维生素C的20倍、维生素E的50倍，尤其是体内活性，更是其他抗氧化剂无法比拟的。

1.2.2.4抗癌作用

侯锐等^[23]的研究表明蓝莓花青素能够通过内源性及外源性两种凋亡通路诱导癌细胞凋亡，从而发挥了抗癌作用。Hou等人^[24]的研究也表明甲状腺癌细胞主要是SW1736和HTh-7细胞，而花青素能显着增加SW1736和HTh-7细胞凋亡，并能使这两个细胞的自噬性增强。以上研究显示花青素能够有效的实现抗癌作用。

1.2.4提高花青素稳定性的工艺现状

虽然花青素拥有上述众多生理积极作用，但不幸的是，由于提取率低，不稳定，难以获得纯度较高的花青素，成本高，阻碍了其生物活性的研究。花青素在水溶液中化学性质很不稳定，受热、PH等环境因素影响后，会产生无色、褐色的降解产物[11]，改变其本身的色泽和澄清度，从而限制花青素在食品工业的应用，尤其是饮料行业。

为了提高其稳定性，已报道的方法有利用辅助色素与其的电荷作用导致花青素分子间堆积状态改变并形成疏水性核心，这样可以阻止花青素的水合作用，维持喹啉碱或黄烷阳离子结构，而不是甲醇、查尔酮结构^[4]。第二种方法是化学修饰，例如酰基化。另一种方法是形成纳米载体以保护花青素，脂质体，环糊精，聚合物纳米颗粒和简单乳剂可以用作封装ATC的包埋复合体^[5]，形成载体后可以起到持续释放、延长半衰期等作用，但是纳米载体在制作过程中也会面临很多问题。花青素经包埋后，能够改善其热敏性、光敏性等不利于进行加工贮藏的特性，可以使花青素维持原有的化学特性和生物活性，由于花青素外层包裹了包封材料从而还能够对花青素进行控制释放。

1.3包埋复合物

1.3.1包埋复合物的研究现状

为了稳定花青素国内外采用过多种方法，改变环境条件以增强稳定性：降低温度、避光；上述提到的共色反应以及形成包埋复合物，形成包埋复合物的方法因为操作便捷、维持活性时间长、对花青素的保护更好而引起国内外的密切关注。近年来在制作包埋复合物方面国内外已经取得一定的成绩，用来作为包封的材料也有多种。J. Ge^[13]等就已利用过壳聚糖酸盐和羧甲基壳聚糖作为包封材料对花青素进行包埋形成复合物，以此来保护花青素，增强其稳定性。

1.3.2制作包埋复合物的工艺现状

制作花青素包埋复合物的工艺是将生物活性固体、液体、气体化合物引入基质或聚合物壁的技术，可用来作为包封的材料包括环糊精、蛋白质、葡聚糖、水胶体以及聚合物纳米颗粒^[14-18]。选择合适的包封材料非常重要，这取决于所要包裹的物质。以蓝莓花青素为芯材，已经应用的壁材有麦芽糊精-β环糊精、乳清蛋白凝胶、麦芽糊精-阿拉伯树胶复配物、果胶、海藻酸钠、壳聚糖等多糖、硫酸软骨素、蛋白质等天然材料、半合成材料和高分子材料。由于天然材料，一般具有无毒、成膜性或成球性较好、免疫原性低、生物相容性好、可降解且产物无毒副作用等优点，因此是目前最常用的包埋材料^[20]。碳水化合物类壁材包埋后由于粘度大，粒径大而无法应用到实际生产中^[22]。

度大，粒径大而无法应用到实际生产中^[22]。

硫酸软骨素（CS）是细胞外基质的主要组成成分之一，是一种天然聚阴离子聚合物，能增强细胞黏附和识别能力，在体内具有一定的抗炎和代谢调节的功能^[21]，它的生物相容性也好，相比较而言，硫酸软骨素具有广泛的生理活性如改善眼部干燥症状、治疗关节炎、防止动脉粥样硬化等与蓝莓花青素的生理作用相一致的性质，作为包埋蓝莓花青素的材料更具优势。

1.4硫酸软骨素

1.4.1硫酸软骨素的结构

硫酸软骨素（CS）是价连接在蛋白质上形成蛋白聚糖的一类糖胺聚糖。硫酸软骨素广泛分布于动物组织的细胞外基质和细胞表面，糖链由交替的葡萄糖醛酸和N-乙酰半乳糖胺(又称N-乙酰氨基半乳糖)二糖单位组成，通过一个似糖链接区连接到核心蛋白的丝氨酸残基上。

硫酸软骨素存在于从线虫到人除植物外的所有生物中，发挥着许多重要的生理功能。虽然多糖的主链结构并不复杂，但就硫酸化程度、硫酸基和两种差异向异构糖醛酸再链内的分布来说，呈现高度的不均一性。硫酸软骨素的精细结构决定着功能的特异性和与多种蛋白质分子的相互作用。它是一种在软骨、皮肤等部位存在的酸性黏多糖，它可与花青素通过电荷作用形成离子络合物，另外花青素稳定性在酸性环境中是有利的^[6]。硫酸软骨素的分子量较高有利于提高花青素的稳定性，由于它的高电荷密度而得以维持花青素的堆叠结构。由于硫酸化多糖和黄酮阳离子强负性基团之间的分子间堆积，疏水性和电荷 - 电荷相互作用，形成的纳米复合物在各种pH条件下保护ATC不被降解。

1.4.2硫酸软骨素的生理作用

长期的临床应用发现，在动脉和静脉壁上沉积的脂肪等脂质可以被有效地去除或减少，能显著降低血浆胆固醇，从而防止动脉粥样硬化的形成。硫酸软骨素用于治疗神经痛、神经性偏头痛、关节痛、关节炎以及肩胛关节痛，腹腔手术后疼痛等。作为治疗关节疾病的药品，与氨基葡萄糖配合使用，具有止痛，促进软骨再生的功效，可以从根本改善关节问题。提供垫衬作用，缓和行动时的冲击和摩擦，能将水分吸入蛋白多糖分子内，使软骨变厚，并增加关节内的滑液量。软骨素的重要功能之一就是作为输送管道，把重要的氧供和营养素输送至关节，帮助清除关节内的废物，同时把二氧化碳和废物加以排除。预防和治疗链霉素引起的听觉障碍以及各种噪音引起的听觉困难、耳鸣症等，效果显著。对慢性肾炎、慢性肝炎、角膜炎以及角膜溃疡等有辅助治疗作用。鲨鱼软骨中的软骨素有抗肿瘤的作用。此外，硫酸软骨素还应用于化妆品以及外伤伤口的愈合剂等。硫酸软骨素为一种酸性粘多糖，是眼组织中的重要成份之一，对角膜胶原纤维具有保护作用，能促进基质中纤维的增长，增强通透性，改善血液循环，加速新陈代谢，促进渗透液的吸收及炎症的消除;其聚阴离子具有强的保水性，能改善眼角膜组织的水分代谢，对角膜有较强的亲和力，能在角膜表面形成一层透气保水膜，改善眼部干燥症状。

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