利用儿茶素制备矢车菊素的生物催化研究文献综述

 2022-04-29 21:57:58

文献综述

花青素是一类广泛存在于植物的花朵、果实和叶等器官中的水溶性天然色素，它属于类黄酮次生代谢产物。我们平时所见的果实、花卉呈现出不同的颜色都与花青素有关，其呈色与结构、pH及金属离子等相关，经常被用于食品的着色,大大改善了合成食品着色剂副作用大、毒性高等特点[1]。一般自然条件下游离的花青素极少，通常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等通过糖苷键形成花色苷，花青素中的糖苷基和羟基还可以与一个或几个分子的香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、对羟基苯甲酸等芳香酸和脂肪酸通过酯键形成酸基化的花青素。

花青素除了具有上述功能外，还具有较强的生物活性，可以作为功能性食品的添加成分，能够延缓衰老，防御和治疗心血管疾病，还可以起到一定的消除自由基和抗癌的作用[2]。因此，花青素无论是在食品还是医疗保健领域都具有很好的应用前景，有很大的研究价值。本实验主要研究的是花青素品种中的矢车菊素类生物催化，此类花青素存在广泛、稳定易得且功能优异，很有研究价值。

本实验所用到的底物儿茶素是从茶叶中提取的一类酚类化合物，溶于水、含水乙醇、冰醋酸等溶剂中，在光照、高温、碱性条件下易氧化。儿茶素可以调节血管通透性，具有较强的抗氧化活性，可抑制突变和癌变、抗辐射，还可降低血液中胆固醇[3]。已有实验发现儿茶素类单体可以降低小鼠体内尿酸且不影响其肝肾功能[4]。但儿茶素极性大、易氧化等性质，决定了它存在脂溶性差、利用率低、不稳定等问题[5]。因此，通过酶法、化学法、微生物法提高其利用率成为研究热点。本实验采用生物法提取儿茶素，价格便宜，操作简单[6]。

天然花青素尽管生理功能强但存在产量低，易受各种因素限制，提纯困难等问题，而通过生物合成法可以有效地节约提取成本和提高产量。基于此，本研究旨在将植物花青素合成酶基因导入大肠杆菌实现植物酶在微生物中的异源表达，采用全细胞及粗酶催化的方式以儿茶素为底物生成花青素主要品种矢车菊色素。

1 花青素

花青素也称花色素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，是花色苷水解而得的有颜色的苷元。花青素分子中存在高度分子共扼体系，其基本结构为3，5，7-羟基-2-苯基苯并吡喃，含有多个酚羟基，含有酸性与碱性基团，易溶于水、甲醇、乙醇、稀碱与稀酸等极性溶剂中，在紫外与可见光区域均具较强吸收。花青素是一种黄酮类物质，具有较强的生物活性如抗癌、抗氧化等，广泛用于营养保健中。常见于花瓣和果实中的花青素有天竺葵色素、飞燕草色素、芍药色素、牵牛花色素、锦葵色素和矢车菊色素[7]，本研究的目的就是实现矢车菊色素生产的生物催化。

1.1花青素的性质

花青素的水溶液及酸溶液呈鲜亮红色，在碱性溶液中呈蓝色，且花青素在酸性溶液中较稳定[8]。由于花青素中有多个羟基，所以其对金属离子（AL3 、Fe3 等）有络合能力。花青素在常温下一般可稳定24小时，而4℃下可稳定72小时，实验表明，低温有利于花青素的稳定及保存[9]。太阳光和紫外光会破坏花青素的稳定性，氧化剂H2O2会严重破坏花青素的稳定性。苯甲酸钠对花青素有轻微的增色作用[10]。以上是花青素的理化性质。

已有不少研究人员对花青素的生物活性进行了探究。实验表明，花青素在清除自由基、Fe3 还原能力上都有较强活性，而且花青素对某些球菌、杆菌有一定抑制作用[11]。蓝莓花青素提取物具有促进人肝癌细胞凋亡的作用[12]，莲蓬和莲壳中原花青素可以降低高脂膳食小鼠的体脂含量[13]。许多研究成果表明，花青素具有较强的抗氧化活性[14-15]，并且有实验证明，经过提纯后的花青素总还原能力、抗氧化能力及自由基去除能力都更优[16]。花青素的理化性质及生物活性还处于不断地探究与发现中。

1.2 花青素的生理作用

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