植物多酚及其开发利用

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,植物多酚 及其开发利用,1,一、植物多酚分类、结构,二、植物多酚的性质,三、植物多酚应用,四、植物多酚研究的前沿,2,一、植物多酚的分类与结构,制革中的应用：,一万年前有意识用于制革,1803年，栎树皮浸提液鞣制皮革,1823年，澳大利亚出现了商品化产品,19世纪后期德、法相继建厂，生产栲胶（Vegetable Extract）,植物多酚的发现,3,1796年，Seguin定义Tannin：,植物浸提物中能使生皮转变为革的化学成分,4,1957年，White指出栲胶中产生鞣制作用的是：,分子量在5003000之间的植物多酚成分,1962年，Bate-Smith定义单宁：,是指分子量在5003000之间的,植物多酚,单宁的最初定义和使用与其,蛋白反应特性密切关联,5,植物多酚的发现,单宁植物多酚？,5070年代植物多酚的多种反应特性研究证明：,植物多酚的有效成分不限于单宁！,6,植物多酚的发现,小于500的往往具有更高活性,小于500的往往是单宁的聚合、衍生前体物,分子量仅仅是表征，结构对性质影响更大,研究发现：,7,逐渐淡化了单宁与非单宁的界限,植物多酚的发现,将植物中含有的单宁及与单宁有生源关系的化合物作为一类研究对象，统称之为植物多酚（Plant Polyphenol）,8,植物多酚的分类,按照单宁划分：,水解单宁,和,缩合单宁,按照结构特征划分,：,聚棓酸酯类,和,聚黄烷醇类多酚,9,植物多酚的分类,水解单宁,（或,聚棓酸酯类多酚,）,分子内具有酯键，以一个多元醇为核心，通过酯键与多个酚羧酸连接而成，分子结构,C,6,C,1,型。,在酸、碱、酶作用下,发生水解,，不稳定。,10,植物多酚的分类,缩合单宁,（或,聚黄烷醇类多酚,）,属于黄烷醇聚合物，分子结构,C,6,C,3,C,6,在强酸条件下缩合成不溶于水物质。,不易水解,。,11,水解单宁,可分为两类：,棓单宁,水解后产生棓酸（没食子酸）,鞣花单宁,水解后产生鞣花酸,植物多酚的分类,12,缩合单宁：黄烷类（Flavan）衍生物,某些C,6,C,2,C,6,芪化物也归此类,按照分子量分为黄烷醇单体和,聚合体,5003000的聚合体称为缩合单宁,进一步缩合产物成为,红粉,和,酚酸，,也称为,原花色素（proanthocyanidin）,植物多酚的分类,13,原花色素：从植物中分离得到的一切无色，在热酸处理下能产生花色素的物质。包括：,单体原花色素（monomeric proanthocyanidin）,黄烷-3-醇,黄烷-3,4-二醇,聚合体原花色素（polymeric proanthocyanidin）,二聚体，寡聚体，红粉，酚酸（Phenolic Acids）,植物多酚的分类,14,植物多酚的检测,植物多酚典型定量方法,Folin酚法（Folin-Denis和Folin-Ciocalteus）,普鲁士蓝法（PB法）,高锰酸钾法,酒石酸亚铁法,锌离子络合滴定法,香草醛盐酸法,正丁醇盐酸法,亚硝酸法,皮粉法,BSA沉淀法,15,植物多酚定量方法应用最为普遍的五种方法是：,Folin-酚法、PB法、香草醛、酒石酸亚铁、正丁醇-盐酸,FC是FD的改进,PB比FC方法更为灵敏，且数值高于FC,PB方法抗蛋白质的干扰，高蛋白样品宜采用PB法,植物多酚的检测,16,在植物多酚检测中几种常见的应用：,总酚含量检测采用FD、PB法,缩合单宁含量测定采用香草醛法和正丁醇-盐酸法,测定多酚涩性带来的生物活性采用BSA法,测定捕捉自由基等活性时采用络合或还原法,植物多酚的检测,17,植物多酚定量测定方法及标准物,测定方法,标准物,局限,总酚,FC方法,原花色素,香草醛-盐酸,正丁醇-盐酸,鞣花单宁,亚硝酸法,甲醇-盐酸法,棓单宁,硫酸-罗丹明法,棓酸,儿茶素,花青定,鞣花酸,棓酸,吸光值低于0.5时存在线性,还原性物质如Vc存在干扰,缩合单宁中某些结构单元反应活性低而导致测定值偏低,反应不完全和某些花色素摩尔吸光系数不确定造成结果偏低,灵敏度差,需要HPLC测定鞣花酸,18,植物多酚典型结构分析,结构决定了植物多酚的性质,结构分析的内容,基本结构、顺反异构、取代基团、聚合度,结构分析方法,核磁共振（NMR）,红外分析,层析方法,UV分光法,植物多酚的检测,19,（一）多酚的化学反应活性,（二）多酚蛋白质反应活性,（三）与生物碱、多糖、花色苷的复合,（四）多酚与无机盐的作用,（五）多酚对酶和微生物的作用,（六）抗氧化和自由基清除剂作用,（七）紫外吸收特性,二、植物多酚的性质,20,植物多酚的化学反应活性,羟基上的反应,显色反应、酸性、醚化、酰化、,糖苷化,溴化反应：,多酚苯环上的亲电取代反应,酚醛缩合反应,制备胶粘剂,21,植物多酚的化学反应活性,花色素反应,原花色素在热酸作用下分解成为花色素,自缩合反应,原花色素在酸性溶液中同时会发生自身缩合反应,水解和醇解反应,酯键的水解棓酸酯的特性与利用,22,植物多酚与蛋白质反应,单宁蛋白质,单宁,蛋白质,单宁,蛋白质,溶液,溶液,溶液,沉淀,多酚与蛋白质反应的模式,23,植物多酚与蛋白质反应,1、植物多酚分子结构,分子量、结构、基团,2、蛋白质的分子结构：,疏水性氨基酸含量高结合能力强,分子量越大对多酚的亲和力越强,结构松散的蛋白质与多酚亲和力强,影响因素（一）,24,植物多酚与蛋白质反应,3、 反应的时间和温度,4、多酚与蛋白质的分子比,5、有机溶剂,6、pH值,7、离子强度,影响因素（二）,25,植物多酚与生物碱复合,多酚与多种生物碱反应，生成沉淀,包括：咖啡因、黄连素、罂粟碱、奎林和甲基蓝染料,26,植物多酚与生物碱复合,咖啡因,1、与多酚的结合最强,2、分子结构与肽链相似，被看作蛋白质的模拟物,3、在生物碱多酚复合中常常作为研究模型,27,植物多酚与生物碱复合,研究意义：,多酚的检测方法建立,多酚活性的保存,功能食品配方的设计,28,植物多酚与多糖的复合,实验现象证明多酚与多糖的复合反应的存在,疏水键和氢键的作用结果,多酚与多糖（淀粉）复合，生成沉淀,29,植物多酚与多糖的复合,多糖结构研究困难，不易开展深入研究,糊精：,开链线性糊精结合弱；环糊精与多酚强烈结合,30,植物多酚与多糖的复合,研究意义：,多糖成为多酚蛋白质反应的有效抑制剂,功能食品配方的设计,31,植物多酚与花色苷的复合,多酚的辅色作用：,多酚与花色苷复合形成分子复合物，使花色苷的稳定性大大提高,使花色苷对光的吸收在可见光区明显红移，吸光系数增大,明胶可以有效地减弱多酚的辅色作用,32,植物多酚与花色苷的复合,研究意义：,食品色泽的控制,食品品质的监控,功能食品配方的设计,33,植物多酚与无机盐的作用,1、多酚可与铅、锡、铋、锌、汞、铁、铜金属离子络合，形成环状的螯合物，在不同的pH值下发生沉淀；,2、单宁与重金属离子络合的同时，发生氧化还原反应，使高价的金属离子如Cr,6+,，Cu,2+,，Fe,3+,还原成Cr,3+,.Cu,+,，Fe,2+,，自身氧化成醌。,34,植物多酚与无机盐的作用,在植物单宁利用方面：,锅炉水处理剂：螯合钙盐、在钢材表面与氧化铁膜结合形成保护作用的单宁酸铁络合物。,在营养学和药理学上，食物中的单宁影响到人体对钙、铁离子的吸收；,单宁酸与组织外的钙离子的络合，可拮抗平滑肌和心肌钙诱导的收缩，降低血压。,35,植物多酚对酶和微生物的作用,多酚的抑制酶作用：,1、多酚可与蛋白质、多糖等大分子物质结合，使其失去原有生物活性，最根本的方面是对生物酶的抑制作用；,2、通过对酶的抑制，进而实现了对微生物的抑制作用。,36,植物多酚对酶和微生物的作用,多酚的抑制酶作用机理：,占位性酶抑制剂,消除底物,与镁锌离子等酶催化剂结合,37,植物多酚对酶和微生物的作用,去抑制剂的作用：,此反应是非竞争性，存在去抑制剂,提高,pH,值可以保持酶活性,加入咖啡因、非离子表面活性剂和高分子聚合物（,PVP,、,PEG,、,PVA,）,等可以有效去除抑制作用，保持酶活性。,38,植物多酚对酶和微生物的作用,对微生物的毒害作用,对细菌抑制浓度范围,0.012-1g/L,对丝状真菌抑制浓度为,0.5-20g/L,39,植物多酚对酶和微生物的作用,4、与镁锌离子等酶催化剂结合,1、与蛋白质结合高浓度,作用机理：,2、代谢过程的破坏主要原因,多酚抑制胞外酶（纤维素酶、果胶酶、过氧化氢酶、漆酶、糖苷转化酶）,多酚可以与微生物生长所需的物质结合（多糖等）使其难以被微生物利用、降解。,3、改变细胞形态,40,分泌对单宁有结合性的大分子物质,微生物（霉菌）可对多酚毒害产生脱除作用,缩合单宁可以使某些孢子分泌高亲和性糖蛋白,高单宁的牧草诱使牲畜消化道内细菌分泌一种多糖以适应高单宁的抑制作用,分泌对单宁有抗性的酶,单宁酶：降解单宁,多酚氧化酶和漆酶：氧化单宁，降低其活性,植物多酚对酶和微生物的作用,微生物对多酚的脱毒作用,41,微生物对多酚的脱毒作用,研究意义,：,更广泛地开发、利用植物多酚,（在二者之中双向利用）,植物多酚对酶和微生物的作用,42,植物多酚的抗氧化和自由基清除作用,多酚具有还原性,多酚对活性氧的脱除,对超氧阴离子、单线态氧清除作用明显,对,DPPH,自由基的清除,清除效果是,V,E,的,50,倍,多酚抗氧化作用的增效作用,有效地抑制了多酚氧化酶和,Mg,2,、,Zn,2,等氧化作用催化剂结合，降低了氧化活性,43,植物多酚的抗氧化和自由基清除作用,抗氧化作用的影响因素：,与多酚分子量有关,对于黄烷醇类其活性随聚合度增加而提高,与多酚分子基团有关,结构决定性质,44,植物多酚的紫外吸收特性,多酚,紫外线过滤器,具有的,苯环,在紫外光区具有很强的吸收,多酚的生理功效不单是对微生物和酶的抑制，还可过滤紫外线，减少日光伤害。,45,植物多酚的紫外吸收特性,多酚种类,紫外吸收（nm）,黄酮,240280,黄烷醇,280,棓酸酯类,250360,常见植物多酚紫外吸收,46,（一）植物多酚的提取,（二）植物多酚在医药中的应用,（三）植物多酚在食品中的应用,三、植物多酚的应用,47,影响因素：,样品状况,提取条件,纯化方法,植物多酚的提取,48,植物多酚的提取,样品状态：,橡木单宁室温贮存,4,年，鞣花单宁提取率降低,40,高梁贮存,18,天后原花色素降低,15,室温干燥使高梁单宁提高,15,，高温使之减少,49,植物多酚的提取,提取方法：,溶媒萃取法：相似相容,苷与苷元的分离，醇浸提液用石油醚脱除色素、胡萝卜素等脂溶性成分,碱提酸沉淀法,黄酮呈弱酸性，石灰水提取后酸化沉淀、分离,大孔树脂吸附法,超临界流体萃取法,50,植物多酚的提取,提取条件：,粉碎度：一般以100目为宜,提取液：,水,是植物多酚良好溶剂,但是提取中往往多酚与蛋白质、多糖和多酚结合，需要断裂氢键,51,多酚提取溶剂的选择：,有机溶剂和水的复合体系（有机溶剂5070）最适合多酚提取。,有机溶剂提取多酚的能力：,丙醇乙醇甲醇丙酮四氢呋喃,植物多酚的提取,52,多酚提取溶剂的选择：,棓酸酯类提取：醇容易引起醇解,缩合单宁及金属离子含量高样品的提取：,弱酸性醇水,体系更为有效,实际生产中应用最多的是,丙酮水,体系,植物多酚的提取,53,植物多酚的提取,纯化方法：,大孔树脂吸附法,具有大孔结构的亲脂性高分子吸附剂，依靠范德华力从水或者稀醇溶液中吸附有机物质,吸附量大、吸附速度快、选择性、易再生,柱层析方法,硅胶柱层析、聚酰胺柱层析、葡聚糖凝胶柱层析,梯度,pH,萃取法,逆流层析,高效液相层析,54,植物多酚的提取,多酚提取实例：,银杏叶提取黄酮,银杏叶片65乙醇回流3次滤液减压浓缩浸膏加水沉降滤液大孔树脂层析25乙醇洗涤70乙醇洗脱减压蒸馏浓缩液喷雾干燥银杏叶黄酮（纯度26以上）,55,植物多酚在医药中的应用,富含植物多酚的药材及其疗效：,金银花：,含绿原酸,泄热通便，凉血解毒，逐淤通经。,白芍（,Paeonia latiflora,）：,含芍药苷、单宁,泄痢敛痛。,知母（,Anemarrhena asphodeloides,）：,甾类、黄酮、单宁,清热、除烦、滋阴。,桑葚（,Morac albal,）：葡萄糖、单宁、苹果酸,补肝益肾，养血生津,五棓子：单宁酸,敛肺涩肠、止血、治久咳、消泄、湿疹、口腔溃疡,56,植物多酚在医药中的应用（一）,植物多酚的药学机理：,抑菌,清热解毒、利尿通淋,多酚能够抑制多种微生物，而在此浓度下不影响人体机能。,睡莲根所含水解单宁能够治疗喉炎、白带和眼部感染；纯化后的柿子单宁能够抑制破伤风杆菌、白喉菌和葡萄球菌,抗病毒,活性与其结构密切相关。聚合度关系到该活性,仙鹤草（二聚鞣花单宁）可抑制,AIDS,57,植物多酚在医药中的应用（二）,抗肿瘤、抗癌变,仙鹤草、土茯苓、绿茶和多种富含多酚的水果蔬菜能够有效减少癌变和肿瘤发病率，其功效与植物多酚有关。,抗心血管疾病,活血化淤,改善血液流变性、降低血脂浓度。,以葡萄籽单宁喂养小鼠，能够有效降低,LDL,。,茶单宁能降低血糖和血脂，并抑制血小板凝集,护氧化,保肝益肾,缩合单宁改善了血液状况，减少了肝脏线粒体的自由基，抑制了肝脏脂质过氧化。,58,富含植物多酚的食品及其功效：,金银花：,含绿原酸,抗菌，利胆,苦丁茶：,阿克苷（含量1% ）,抗氧化、保肝、抗肾炎、抑制HIV1整合酶,紫锥菊：,绿原酸,抗HIV1整合酶,桑葚（,Morac albal,）：葡萄糖、单宁、苹果酸,补肝益肾，养血生津,菠菜：对香豆酸,抗氧化剂,食品中的植物多酚,59,食用色素,高梁色素、番茄红素、叶黄素,抗氧化剂,茶多酚、葡萄多酚、苹果多酚,防腐剂,茶多酚、葡萄多酚、苹果多酚,营养强化剂,番茄红素、葡萄多酚,植物多酚在食品中的应用,60,植物多酚在功能食品中的应用,清除自由基、预防衰老,辅助降低血脂,缓解视力疲劳,对化学性肝损伤有辅助保护,改善心血管状况,抗癌功能,预防老年痴呆症,61,四、植物多酚研究的前沿,1、由工业应用转向生命科学,2、植物多酚的研究由应用转向基础,3、由单纯结构分析转向构效研究,62,糖苷化：,醇、酚中羟基上的活波H可与糖端基的羟基缩合成为糖苷，成为苷化,多与葡萄糖缩合,作用：糖的接入，可使多酚的水溶性提高，稳定性增强，,生物活性有所改变。,氧苷已被水解，碳苷稳定，只有在强酸长时间加热情况下才游离出糖基。,植物多酚的化学反应活性,63,辅助降低血脂,1,、,疾病流行学调查研究,France Paradox,2,、,动物实验,小鼠实验，,葡萄籽多酚,显著降低,LDL,的含量,植物多酚在功能食品中的应用,64,缓解视力疲劳,1938,年发现类黄酮具有强化毛细血管作用,二战中美国飞行员食用蓝莓增强视力,植物多酚在功能食品中的应用,65,对化学性肝损伤有辅助保护,植物多酚在功能食品中的应用,酒精,肝脏,血液,多酚,代谢产生自由基,还原态,清除作用,66,植物多酚在功能食品中的应用,改善心血管状况,葡萄多酚抗血小板凝集效果可维持,18h,抑制胶原酶、弹性酶活性,抗癌功能,大豆的奇迹：大豆异黄酮降低乳腺癌发病率,白藜芦醇在癌病变三个阶段都可以阻断发生,预防老年痴呆症,67,