摘要:金银花为忍冬科植物忍冬Lonicera japonicaThunb.的干燥花蕾或带初开的花,是临床常用中药材之一,具有抗病毒、抗菌、抗炎、抗氧化、降血糖、调血脂及调节免疫力等功效[1-2],广泛用于清热解毒、抗炎、抗菌及抗病毒等。其应用历史可追溯至东汉《神农本
金银花为忍冬科植物忍冬Lonicera japonica Thunb.的干燥花蕾或带初开的花,是临床常用中药材之一,具有抗病毒、抗菌、抗炎、抗氧化、降血糖、调血脂及调节免疫力等功效[1-2],广泛用于清热解毒、抗炎、抗菌及抗病毒等。其应用历史可追溯至东汉《神农本草经》,明代李时珍在《本草纲目》中记载金银花对一切痈肿疔疮均有显著疗效。中医临床处方中,金银花的使用频率相当高,如银翘散为古代经典名方制剂,用于温病初起,后被改良为银翘散颗粒,研究表明银翘散汤剂与银翘颗粒均具有抗炎、抗菌及镇痛的作用[3]。此外,不乏以金银花为主要成分的中成药,如连花清瘟颗粒、银翘片、双黄连口服液和热毒宁注射液等。此外,金银花也被用于食品保健等方面,如金银花茶[4]、金银花酒[5]、金银花野菊花牙膏[6]及各种化妆品等。由此可知,金银花具有极高的药用价值和经济价值,并且其需求量逐年递增。
金银花在生长发育、加工及贮藏过程中会呈现不同的色泽,其有效成分含量也不同。金银花的色泽不仅是品质的直观指标,更是经济价值的关键决定因素。金银花的有效成分包括酚酸类、黄酮类、环烯醚萜苷类及挥发油类[7-9]。黄绿色的金银花品质较优,含有的有效成分总酚酸及黄酮类成分相对较高,且抗氧化活性较强,所以黄绿色金银花市场价值较高[10],这与金银花素有的“表面绿色、香气浓者为佳”的说法一致。金银花发生褐变后,颜色变成黄褐色,有效成分含量急剧下降,尤其是绿原酸等酚酸类成分含量降低,达不到《中国药典》2020年版标准,会被降级或被市场淘汰[10]。然而,长期以来,褐变问题影响着金银花的产后加工方式、储藏条件、品质及商业价值[11-12]。因此在金银花加工、贮藏过程中保持原有色泽极为重要。本文通过对金银花生长发育、加工及贮藏过程中的颜色变化及其色泽演变的物质基础进行综述,对现有的金银花色变机制和防控技术及发展方向进行探讨和展望,为金银花色变机制及控制技术的进一步研究和应用发展提供参考。
1 金银花色泽变化过程中的物质变化规律
金银花药材颜色的变化与其化学成分的动态变化密切相关,尤其是酚酸类物质及色素。金银花中的色素主要是叶绿素、类胡萝卜素及花青素,叶绿素是金银花中主要的绿色色素,其降解则会导致金银花颜色变黄[13-15]。
金银花中含有大量的酚酸类物质,目前已分离出40多种,其中一多半为咖啡酸衍生物,而绿原酸和异绿原酸是其主要的活性成分;从金银花中分离出60多种黄酮类成分,包括山柰酚、槲皮素、异鼠李素、木犀草素、芹菜素等及其糖苷类衍生物;环烯醚萜苷类化合物是金银花中结构多变且较为丰富的一类化合物,已分离出80多种,包括闭环环烯醚萜苷、开环环烯醚萜苷及含N环烯醚萜苷3类,马钱子苷、断氧化马钱子苷、断马钱子苷半缩醛内酯是其代表性成分;挥发油也是金银花的有效成分之一,是芳香气味的主要来源,已分离鉴定出300多种成分,包括醇、醛、酮、酯、烷、烯、炔、萘等成分,3-甲基丁醛、2-庚烯醛、2-己烯-1-醇是其代表性成分[16];金银花中还含有少量三萜皂苷类成分,目前已鉴定出30多种。值得注意的是,金银花中的化合物还会因产地、品种、花期及提取方法的不同而存在差异[17-19]。
研究表明金银花色泽变化与其酚酸类物质成分的含量变化有着极显著的相关性,并且与绿原酸、总酚酸的含量存在显著的相关性[20];绿原酸的含量与金银花色度测量值(L*)呈负相关[21],颜色不仅是外观品质的体现,也反映了加工工艺的合理性和活性成分的保留程度。因此依据金银花的颜色可以初步判断金银花的品质。
1.1 生长成熟过程中颜色与物质变化规律
金银花从花蕾发育到花凋谢的过程分为米蕾期、三青期、二白期、大白期、银花期、金花期、凋谢期7个时期[22],不同时期颜色各有不同,米蕾期为绿色,三青期为青绿色,二白期、大白期、银花期为白色,金花期为黄色。影响金银花生长发育时期颜色变化的物质主要为酚酸类物质和花色色素,这些成分在金银花生长发育不同阶段会发生变化,进而导致金银花颜色变化。
对金银花发育各时期中酚酸类成分检测,发现绿原酸在金银花发育各时期中含量最高,占总酚酸质量分数的62%以上,其次是异绿原酸A、异绿原酸C,三者占酚酸类成分质量分数的90%以上,说明金银花中的主要酚酸类成分为绿原酸,在金银花的生长发育过程中,绿原酸的含量与总酚酸含量的变化趋势一致,先升高后降低,绿原酸含量随发育阶段升高后逐渐降低,至金花期达最低[23],木犀草苷在二白期和大白期的含量高于其他时期,在金银花发育的各时期中,与绿原酸含量变化基本一致[24],基于此得出二白期是能兼顾有效成分含量和产量的最佳采收时期。
金银花中的花色色素主要是叶绿素、类胡萝卜素及花青素,叶绿素使金银花呈现绿色,类胡萝卜素使金银花呈现黄色,花青素使金银花呈现红色[13]。3个生长时期(绿花、白花和金花期)的金银花中含有13种类胡萝卜素和10种花色苷类的色素成分,其中类胡萝卜素成分紫黄质、新黄质和玉米黄质含量从绿花、白花到金花期是呈现先下降后急剧升高的变化趋势,且大多数类胡萝卜素含量在黄花期都显著上调;花色苷类成分天竺葵素和矢车菊素含量在金花期高于其他时期[25]。付林江[26]研究表明金银花从米蕾期到金花期的叶绿素和黄酮类成分的含量均逐渐下降,金银花的米蕾期是酚酸含量富集的重要阶段,二白期是绿原酸含量最高的时期[27],而类胡萝卜素的含量从米蕾期到银花期逐步下降,但到了金花期其含量则急剧增加,达到金银花生长发育时期的峰值。由此可知,金银花花蕾期叶绿素含量高,呈现绿色,随着花朵的开放,叶绿素降解,类胡萝卜素积累,颜色变黄。花青素具有抗氧化性的作用,并且花青素的含量随着金银花花期的延长而下降[28-29]。此外,在花蕾期,叶绿素合成活跃,细胞结构完整,多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活性低,颜色保持绿色,随着花朵开放,细胞结构破坏,酶活性增加,颜色变深,同时叶绿素减少,类胡萝卜素显现,使金银花由白色转变为黄色[30]。
1.2 加工过程中颜色与物质变化规律
新鲜的金银花呈现黄白色或淡绿色,色泽鲜亮(图1-A),经过不同的加工方式颜色逐渐加深为黄绿色或黄白色(图1-B、C),加工不当的干燥品可能呈现黄褐色或深褐色(图1-D)。金银花的干燥方式有晒干、阴干、烘干、杀青、真空冷冻干燥等。
金银花的干燥方式不同,干品金银花所含的绿原酸和木犀草苷含量也会存在较大差异,同时也会影响金银花的色泽(表1)[31-34]。在热风干燥过程中,酶促褐变是金银花颜色变化、品质下降的主要因素,绿原酸含量在干燥过程中显著下降[35]。烘干金银花所得的干品中绿原酸含量相差较大,这是由于金银花的烘干温度不同导致的,低温烘干的金银花干品中绿原酸含量约是高温烘干的5倍,表明高温烘干会致使金银花中的绿原酸成分大量流失,使得金银花色泽变差[31]。晒干与阴干受自然条件影响较大,可控性差,所得干品色泽差,且干品容易皱缩[33]。不同杀青烘干条件所得金银花干品的绿原酸含量相差较小。杀青烘干后金银花中绿原酸含量相较于其他干燥方式较高,这是因为杀青对金银花酶活影响较大。杀青时温度迅速升高破坏PPO的活性,抑制褐变反应的发生,保留较好的色泽[33,36]。杀青技术联用热泵远红外、真空冷冻和气调热泵等现代干燥技术可以更好地保存金银花中芦丁、绿原酸、木犀草素和异绿原酸C等成分,并且性状外观更符合金银花原本特征[37]。金银花在干燥过程中发生的褐变程度与加工工艺相关,选择合适的加工工艺可以抑制金银花的褐变现象,保留金银花原有色泽。
陈燕文等[38]研究了不同干燥方式对金银花多糖类成分的影响,发现杀青干燥的金银花多糖质量分数最高,为14.57%,冷冻干燥品金银花多糖质量分数次之,为13.31%,硅胶阴干品金银花多糖质量分数最低,仅为11.29%,最高质量分数约是最低质量分数的1.3倍,表明以多糖含量为指标,杀青后干燥也是金银花的主要干燥方式。
1.3 贮藏过程中颜色与物质变化规律
在包装贮藏过程中,金银花中绿原酸和木犀草苷含量逐渐下降,发生褐变现象,使得金银花的颜色从黄绿色逐渐变为黄褐色、浅褐色至深褐色[39-40]。王玲娜等[41]发现金银花在贮藏过程中,随着时间延长,温度升高,会发生美拉德反应,并且温度每升高10 ℃,褐变反应加快3~5倍,因此金银花不适合在高温条件下贮存。
刘震营等[42-43]研究了贮藏过程中光照、温度及湿度对金银花色泽变化的影响,结果表明金银花在光照条件下贮藏会使其酚类物质质量分数下降28.08%,褐变度增加,且金银花中叶绿素和类胡萝卜素受光照的影响分解;在高温高湿条件下贮藏,总酚质量分数下降高达67.3%,总黄酮质量分数下降3.96%,而有效成分绿原酸质量分数下降高达90.95%,木犀草苷质量分数下降高达50%,在常温常湿和低温低湿条件下总黄酮、总酚及绿原酸含量几乎不变,木犀草苷含量有所降低,但仍满足相关限量标准。综上表明金银花要在常温及低温避光条件下储藏,以减少褐变的发生。
1.4 花色变化的分子调控机制研究
金银花的花色从绿色到白色再到黄色,这是其典型的生物学特征,这一过程涉及复杂的分子调控,近年来对金银花花色变化的研究主要聚焦于色素合成、关键基因及植物激素调节。调控金银花花色的基因众多,其中多数参与色素的合成与降解过程,影响花色呈现的主要色素包括类黄酮(如花青素)、类胡萝卜素及叶绿素。在金银花中,花青素与类胡萝卜素的积累有助于其由银色花转变为金色花,而叶绿素积累的减少则会使金银花绿色花色消失[25]。金银花开花过程中Hbr-miR482d可通过调控转录因子MYB1和二氢黄酮醇-4-还原酶基因的结合来诱导花青素的积累[44],LjPSY1、LjPDS1、LjLCYE和LjCCD4基因均参与类胡萝卜素的合成和降解,LjMADS36可通过与番茄红素-β-环化酶启动子结合促进类胡萝卜素的积累[45],LjCab基因的表达量与叶绿素的积累有关[46],这些基因均通过调控色素积累来影响金银花颜色变化。金银花中的内源性激素有吲哚乙酸、脱落酸和赤霉素等,在金银花生长发育过程中吲哚乙酸质量浓度先升高后降低,最后趋于稳定。吲哚乙酸含量的下调有利于类胡萝卜素的合成,而油菜素甾醇和茉莉酸信号通路主要基因表达的上调,正向调控类胡萝卜素的积累,乙烯和脱落酸信号通路的基因的上调会加速叶绿素的降解和类胡萝卜素的积累,脱落酸和赤霉素质量浓度在银花期至金花期的过程中迅速上升,这与金银花颜色变化规律一致[25,47]。综上,金银花花色变化的分子调控机制的研究多集中于金银花生长发育时期的颜色变化,且主要是研究与3大色素的积累与降解相关的基因,对于加工、贮藏过程中的金银花色变的相关研究较少。
2 褐变机制研究
褐变是金银花在加工和贮藏过程中常见的现象,分为酶促褐变和非酶促褐变,而酶促褐变是金银花发生褐变的主要机制[48]。
2.1 酶促褐变
酶促褐变指在酶的参与下,多酚类物质进行氧化聚合反应,生成醌类化合物,进而导致褐变现象的发生[49]。发生酶促褐变的基本条件是酚类底物、酶、氧气同时存在[49-51]。酚类物质是金银花发生褐变的基础,也是发生酶促褐变反应的底物。金银花中许多酚类物质都可以导致褐变,绿原酸是其中最常见的一种,其氧化产物会使金银花色泽变深。参与金银花酶促褐变的酶类主要有PPO、过氧化物酶(peroxidase,POD)及苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)。
PPO是参与金银花酶促褐变的主要酶类,通过催化金银花中绿原酸等酚类物质氧化,导致褐变[52]。金银花中的绿原酸存在于细胞液泡中,PPO存在于类囊体内腔(包括叶绿体、有色体等)中[53],二者相互隔开,并且无法直接与氧气接触,正常情况下,酚类底物、酶与氧气不能接触,所以不能发生褐变,当膜的结构被破坏或膜的通透性被改变时,液泡中的酚类物质泄漏,氧气进入细胞内部,酚类物质被PPO氧化成醌类物质,醌类物质进一步聚合成褐色物质[54]。熊建华等[55]从金银花叶中提取PPO,系统考察了影响其活性的多种因素,并建立了金银花酶促褐变动力学方程。Luo等[56]通过高效液相色谱-质谱法研究金银花中绿原酸的氧化途径,研究表明金银花中的PPO可以催化绿原酸发生氧化反应,从而产生褐变现象。
结合态的POD具有减缓金银花褐变的作用,而游离态的POD可加速其褐变。刘娜娜[57]采用硫酸铵分级沉淀、二乙氨乙基纤维素-52离子交换柱分离纯化金银花中PPO和POD,并研究了2种酶的相对分子质量及特性。罗磊等[58]基于三相分离法优化了金银花POD的提取工艺,最优条件下纯化倍数达5.849倍,回收率为87.64%。酶学性质分析表明,Ca2+、Cu2+、Zn2+对金银花POD有激活作用,抑制剂柠檬酸、抗坏血酸、L-半胱氨酸、亚硫酸钠、偏重亚硫酸钠对金银花POD有不同程度的抑制作用。
PAL是酚类物质的合成的关键酶,当其活性受到限制,酚类不能合成或合成缓慢,从而延缓褐变[52,59]。基于与其他物种绿原酸合成相关基因编码蛋白的氨基酸序列比对分析,李凤梅等[60]从金银花蛋白质组数据库中筛选出5个调控绿原酸合成的候选基因。序列分析表明,这些基因均编码PAL。该研究进一步支持了PAL在金银花绿原酸代谢途径中的作用。而绿原酸又是金银花发生酶促褐变的主要底物,由此可知PAL可以间接影响金银花的褐变。
金银花生长发育过程中PPO和POD酶的活性整体呈下降趋势,在金银花的幼蕾期时活性最高。金银花中PAL的活性也是逐渐降低的趋势,在银花期时活性下降到最低[61]。研究表明褐变程度与PPO、POD、PAL的活性变化呈正相关,且引起褐变的关键酶依次为PPO>POD>PAL[62]。
2.2 非酶促褐变
不涉及氧化酶参与的褐变反应被称为非酶促褐变,按照其反应机制的不同又可以分为美拉德反应、焦糖化反应、酚类物质氧化缩合和抗坏血酸氧化反应[63]。美拉德反应是中药的干燥加工、贮藏过程中普遍存在的一类较为重要的化学反应,也是影响金银花色泽变化的重要因素。金银花中的还原糖与氨基酸化合物在特定温度下发生反应,生成的5-羟甲基糠醛经进一步缩合、聚合形成复杂高分子色素而发生褐变,生成的色素主要为类黑素类物质[41,64]。随着贮藏时间的延长和温度的升高,金银花中的氨基酸和还原糖含量显著减少,生成类黑素,使得金银花颜色加深,褐变程度增加[65]。
3 控制技术
在金银花加工贮藏过程中,容易发生褐变,从而影响金银花的品质和色泽。通过抑制褐变发生的条件从而阻止褐变的发生,抑制PPO活性的最常用方法有物理、化学和生物方法,其中物理方法包括温度控制、气调养护、高压、超声波等。高温会迅速使PPO失活,从而减轻酶促褐变现象,但也会对金银花的外观品质和有效成分产生负面的影响;气调在果蔬的加工干燥中应用广泛,通过增加CO2的含量降低O2浓度,在一定程度上减轻褐变[66];高压能够有效抑制鲜金银花的呼吸强度,减轻氧化程度,保留有效成分[67];超声能够抑制PPO的活性,激发PAL活性,提高抗氧化性,延缓褐变的发生[68-69]。
化学方法是通过添加化学品并利用还原、螯合和酸化来抑制PPO的活性来减轻褐变,常用的抗氧化剂还原剂为抗坏血酸、N-乙酰半胱氨酸、己基间苯二酚、异抗坏血酸、盐酸半胱氨酸和谷胱甘肽,抗氧化剂与氧气反应从而抑制褐变的发生,某些抗氧化剂还能与中间产物反应,抑制黑色素的形成[70]。螯合物质含巯基化合物(L-半胱氨酸)直接与含铜的PPO活性位点反应或与其底物反应阻止聚合,从而抑制酶促褐变[71]。酸化常用的有亚硫酸氢钠、抗坏血酸和柠檬酸等,对PPO的抑制效果为亚硫酸氢钠>抗坏血酸>柠檬酸[48]。还可以通过反转录RNA技术抑制PPO基因表达的生物方法来抑制酶促褐变[72-73]。目前防止金银花色变的技术总结见表2。
4 色变对金银花的影响
4.1 色变与金银花药效成分含量的关系
由于金银花加工方法、贮藏条件和其他因素的影响,金银花会呈现不同的颜色,药效成分也会发生变化。加工后呈现绿白色则绿原酸含量较高,绿原酸质量分数最高可达3.7%,此时的PPO活性较低,减少了酚类物质的氧化降解,木犀草苷含量几乎不变,但总黄酮类成分含量较高。加工后呈现黄白色则富含木犀草苷,木犀草苷质量分数可达0.07%,随着颜色的变暗或变浅,药效成分含量降低。当其呈现黄褐色时,品质质量严重下降,不可食用或药用[10,81]。金银花的色泽变化直接反映了其内部的有效成分动态变化,通过金银花的颜色变化可以快速评估金银花的有效成分,为优化采收、加工及质量控制提供科学依据。
4.2 色变对金银花品质评价和市场价值的影响
符合国家标准的一等品金银花颜色为绿白色,绿原酸含量高,总黄酮类成分丰富,具有显著的抗氧化和抗炎功效[82]。金银花褐变过程中,绿原酸因PPO的催化作用而显著降解,不仅使金银花的颜色发生了变化,还严重影响金银花的药效[10]。优质的金银花颜色呈绿白色,色泽鲜亮,有效成分含量高,市场价值高,而褐变后的花体颜色呈黄棕色,色泽暗淡,影响消费者感官,且有效成分含量低,市场价值低。因此,在加工贮藏过程中应该关注金银花的颜色变化,降低褐变的发生,保持好的色泽。
5 结语与展望
当前研究已明确金银花发生色泽变化的主要原因是PPO和酚类底物发生酶促褐变,其次非酶促褐变也会导致绿原酸含量下降,使金银花颜色变为黄褐色。此外,金银花中的色素也会影响金银花的颜色变化,但主要影响金银花生长发育时期的颜色。防止金银花色变的控制技术有很多,主要集中于物理和化学防控,还需深入研究生物防控技术,可进一步结合代谢组学、基因工程等技术更为深入的研究金银花的色变机制。通过对金银花色变机制解析及防控技术创新,延缓金银花褐变速率,降低加工损耗。只有深入研究和了解其色变机制,才能更有效的采取控制措施,研发出更为有效的色变防控技术,从而实现金银花色泽与活性的双重稳定性,提升金银花的市场品质。
本文系统综述了金银花生长发育、加工及贮藏阶段色泽变化机制的物质变化规律,梳理了现有物理、化学干预等防控技术的应用效果,并基于当前研究瓶颈与产业需求,对未来相关的研究方向进行展望,为金银花色泽变化机制与控制技术的研究和发展应用提供参考。在维持金银花品质与色泽稳定性、增强市场竞争力、提高消费者满意度及推动产业提质增效等方面具有重要的意义。
来 源:苏明艳,王 晓,李 涛,卢 恒,耿岩玲,李恩霞,韩鹏杰.金银花色泽变化及其调控机制的研究进展 [J]. 中草药, 2025, 56(16): 6039-6047.
来源:天津中草药一点号