综述：提高花青素的生物利用度，释放葡萄渣的心血管保健潜力：一篇综述

《The Journal of Nutrition》：Enhancing Anthocyanin Bioavailability Unlocks the Cardiovascular Potential of Grape Pomace: A Review

　　摘要：葡萄渣是葡萄酒工业产生的主要副产品，富含多酚、花青素以及纤维等生物活性化合物，这些成分都具有重要的功能性。葡萄渣由果梗、种子和果皮组成，而花青素作为葡萄渣中的主要成分，对其功能性起着关键作用，尤其是在维护心血管健康方面。不过，花青素存在稳定性差和生物利用度低的问题。本综述探讨了从葡萄渣中提取和纯化花青素的化学方法，因为花青素通常存在于植物细胞壁中。细胞壁结构会阻碍花青素在胃肠道中的释放与吸收，从而导致其自然生物利用度较低。文中重点介绍了旨在将花青素从细胞壁中释放出来的非热提取技术，以及可能提高其生物利用度的封装方法和其他创新技术，如电纺丝技术。此外，还总结了葡萄渣的抗氧化和抗炎作用、其对短链脂肪酸生成的影响，以及近期体外、体内和人类研究的结果。最后，探讨了葡萄渣中的花青素可能通过何种机制有益于心血管健康。尽管如此，仍需进一步研究以明确葡萄渣中花青素的具体代谢物、作用机制及其独特性质。

引言：心血管疾病是一种复杂的、多因素引起的疾病，至今仍是全球范围内导致患病率和死亡率最高的疾病。预计到2050年，全球心血管疾病的负担将几乎翻倍，从2025年的5.98亿例增加到11.4亿例，年均增长率为3.6%。预计到本世纪中叶，缺血性心脏病将成为最常见的心血管疾病类型，影响约4.71亿人，而外周动脉疾病则位居第二，约有2.36亿例。东南亚、东亚和大洋洲地区的发病率最高，到2050年，这些地区可能有高达4.07亿人受到心血管疾病的影响。氧化应激、脂质代谢、内皮功能障碍以及炎症都是心血管疾病的驱动因素，也是预防工作的重点。低密度脂蛋白胆固醇水平升高以及肠道微生物群的改变都会增加心血管疾病的发病风险。此外，内皮一氧化氮合酶对血管健康至关重要，这凸显了这些因素在心血管疾病发展中的相互关联作用。近年来，人们对饮食的认识不仅包括基本营养素，还包括植物化学物等非营养性和生物活性化合物。虽然传统营养素、宏量营养素、矿物质和维生素在健康中的作用已为人所熟知，但多酚等新兴生物活性化合物在促进健康方面的作用则仍处于研究阶段。葡萄渣是酿酒过程中产生的主要固体副产品，约占处理后葡萄总重量的20%至25%。它富含多酚、花青素、纤维以及其他营养素，因此有望成为功能性食品的理想原料。然而，目前大多数关于葡萄渣的研究都集中在提取多酚上，而非专门针对花青素。由于花青素主要与细胞壁结合，因此提取它们颇具挑战性。不过，改进提取和纯化技术对于提高其生物利用度至关重要。此外，花青素本身稳定性较差且生物利用度低，这就更需要采用封装等创新技术。迄今为止，大多数研究都集中在酚类提取物上，而非整个葡萄渣基质。目前仍缺乏全面综述，涉及花青素的提取与纯化方法、提高其稳定性和生物利用度的策略，以及整个葡萄渣的更广泛健康效应，包括其对心血管风险、肠道微生物群和内皮功能的影响。本综述旨在综合有关花青素和葡萄渣的文献，重点介绍花青素的化学特性，尤其是那些旨在提高其生物利用度的提取和纯化技术。同时，还探讨了从葡萄渣中提取的花青素的生物利用度和代谢情况，并概述了有关花青素及整个葡萄渣健康效应的体外、体内和人类研究，尤其是在预防和管理心血管疾病方面的研究。

片段摘录：

花青素的化学特性：花青素是糖基化的花青苷，其芳香核上连接有一个或多个糖残基。其核心结构为黄烷离子，即一个具有多个羟基和甲氧基的芳香环，这些基团通常位于C3、C4、C5、C6和C7位置。这种黄烷离子赋予花青素特有的颜色，根据周围环境的pH值不同，颜色可从红色变为蓝色或紫色。这类水溶性化合物根据其结构特征进行分类。

葡萄渣：葡萄渣是葡萄酒工业关注的主要废弃物，是在葡萄压榨成酒后的发酵过程中大量产生的。它由葡萄皮、种子、果梗以及果肉细胞碎片组成。如今，葡萄酒行业越来越寻求可持续的方法来处理或重新利用葡萄渣。值得注意的是，葡萄渣富含多种营养素和生物活性成分，其中包括纤维（17%-88%）、碳水化合物（12%-40%）、蛋白质（4%-15%）、脂质（2%-14%）、多酚（0.2%-9%）。

葡萄渣中花青素的提取：在制备富含花青素的提取物时，需要认识到这些色素嵌入在复杂的植物基质中，包括细胞壁和其他细胞内成分。要有效释放花青素并保持其稳定性和功能特性，就必须打破这些基质，但这面临着巨大挑战。尽管提取技术已经取得了显著进展，但仍存在一些关键障碍。此外，花青素的天然生物利用度相当低。

葡萄渣中花青素的纯化：在提取过程中，花青素会与糖类、蛋白质和有机酸等各种杂质一同被提取出来。这些杂质会降低花青素的稳定性、生物活性以及整体质量。因此，有效的分离和纯化步骤对于获得高质量、稳定且高效的花青素产品至关重要。Lima等人研究表明，使用乙酸1-乙基-3-甲基咪唑离子液体在水溶液中可高效提取花青素。

花青素的生物利用度：生物利用度指的是营养物质或生物活性化合物从胃肠道吸收后到达作用部位的量。表观生物利用度是指外源物质在未经代谢的情况下被吸收进入全身循环的比例。外源物质会在整个胃肠道系统中经历首过代谢。在此背景下，生物利用度指的是被吸收并进入全身的化合物比例。

影响花青素生物利用度的关键因素：食物制备方式、食物基质、脂肪和酒精等其他成分以及花青素的结构都会影响花青素的浓度和生物可利用性，即其在消化道中被释放出来并可供吸收的部分。酰基化虽然能提高稳定性，但会降低生物利用度。在水中，花青素会根据pH值存在五种形式，其在pH 2–3时稳定性最高，在中性或碱性环境中稳定性则会下降。花青素的降解是一个吸热过程。

将花青素作为营养补充剂的发展：重点是通过封装技术提高其生物利用度。葡萄渣富含生物活性化合物，具有抗氧化、抗炎和保护心脏的作用，因此可作为营养补充剂使用。然而，由于花青素在消化道中稳定性差、溶解度低且生物利用度有限，其应用受到限制。封装技术是一种很有前景的策略，可以通过将花青素包裹在保护性的生物聚合物基质中来避免其受到不良影响。

葡萄渣对炎症和内皮功能的影响：研究表明，花青素在体外和体内实验中都对炎症标志物具有积极影响，可能具有抗炎作用。它们可通过激活核因子红系2相关因子2以及抑制核因子-κB信号通路来发挥抗炎作用，从而减少肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6等促炎细胞因子的生成。此外，花青素还能减少单核细胞的黏附。

葡萄渣的保护机制和功能活性：越来越多的证据表明，葡萄渣通过调节炎症、氧化应激和肠道微生物群，具有多种健康益处。有研究评估了添加红葡萄酒葡萄渣面粉的饮食对喂食致动脉粥样硬化饮食的SR-B1 KO/ApoER61h/h小鼠的影响。结果显示，添加葡萄渣面粉可有效防止TNF-α水平上升（P ≤ 0.05），使白细胞介素10的水平降低59.9%，并维持抗氧化状态。此外，它还能减少主动脉病变。

Nrf-2和NF-κB及相关通路在心血管疾病中的作用：Nrf2和NF-κβ是心血管病理学中的核心通路，也为葡萄渣中的生物活性成分所具有的心脏保护作用提供了机制依据。高浓度的活性氧可触发细胞内的磷脂酰肌醇3-激酶、NF-κβ和MAPK信号通路。NF-κβ位于细胞质中，会与其抑制剂IκBα形成复合物。然而，能够磷酸化IκBα使其发生多聚泛素化并最终被降解的κ激酶β和α的抑制剂，可能会启动相应的反应。

葡萄渣中的花青素提升HDL功能的潜在机制：当葡萄渣被肠道细菌分解或经过化学处理时，会生成花青素及其代谢物，如PCA、丁香酸、香草酸、邻苯二酚醛、邻苯二酚酸和没食子酸。研究表明，花青素有助于预防动脉粥样硬化，这部分得益于它们的抗炎和抗氧化特性，以及促进反向胆固醇转运的能力。此外，花青素及其代谢物还能增强抗氧化酶的活性。

结论：葡萄渣是花青素及其他生物活性化合物的丰富来源，但由于提取困难以及天然生物利用度低，其潜力长期以来未能得到充分发挥。随着提取、纯化和封装技术的进步，花青素的稳定性、溶解度和递送效率得到了显著提升，从而使其在体内的吸收和利用更为有效。摄入后，花青素及其代谢物可表现出强大的抗氧化和抗炎作用。

资金来源：本研究得到了美国农业部/国家食品与农业研究所的资助，项目编号为Food and Human Health- A-1343- 2024-67018-42465。

利益冲突：作者声明不存在利益冲突。

致谢：CG负责撰写手稿并制作了图形摘要、图1、图2、图3和图4。CG和AT共同制定了表1。手稿由CG、MP、ZT、AK、AR、CM和MP共同审阅和编辑，他们对最终内容负主要责任。我要感谢Hope Kelley和Aideli Olivares的支持。所有作者都审阅并批准了最终手稿。

Cherishma Chowdary Ghanta | Amrita Thapa | Zhipeng Tao | Anand Rohatgi | Chieko Mineo | Ahmad Kalbasi-Ashtari | Mandana Pahlavani
美国德克萨斯州丹顿市德克萨斯女子大学营养与食品科学系