滕一滌， 周 琳， 楊柳燕， 張永春， 黃清俊

（1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 生態(tài)技術(shù)與工程學(xué)院, 上海 201418；2.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院林木果樹(shù)研究所,上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 201403）

西紅花(Crocus sativusL.)又名番紅花、藏紅花，為鳶尾科(iridaceae)番紅花屬(crocus)多年生球莖花卉[1]。西紅花干燥柱頭中含有西紅花苷、藏紅花醛、西紅花酸等多種次生代謝產(chǎn)物，具有涼血解毒，活血化癖，散郁開(kāi)結(jié)等功效，是國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)緊缺的名貴中藥材[2]。隨著研究的深入，已證實(shí)西紅花還具有改善抑郁癥和記憶力減退、抗炎、抗腫瘤、預(yù)防心血管疾病、治療神經(jīng)性病變等功效[3]。西紅花因含有特殊香氣和水溶性天然色素，也常作為香料、高檔食品添加劑和高級(jí)染料[1,3]。因此，西紅花既是名貴藥材，又是重要的化工原料，常被稱為“紅色金子”“植物黃金”，在醫(yī)藥、保健、化工及食品、染料工業(yè)等行業(yè)有著廣泛的用途。

隨著人們對(duì)身心健康和生活品質(zhì)的日漸重視，西紅花的功效及應(yīng)用也引起了愈來(lái)愈多的關(guān)注。本文將國(guó)內(nèi)外近年來(lái)對(duì)西紅花功能成分的提取及相關(guān)衍生品開(kāi)發(fā)研究進(jìn)行綜述，以期為西紅花資源的高效開(kāi)發(fā)利用提供理論和應(yīng)用信息。

1 西紅花中的主要功能成分

1.1 萜類(lèi)

西紅花柱頭中最重要的活性成分為萜類(lèi)，包括西紅花苷、西紅花酸、藏紅花苦苷和藏紅花醛等。其中西紅花苷(crocins)是一種水溶性類(lèi)胡蘿卜素，屬于四萜類(lèi)成分，具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤等功效[4]；西紅花酸(crocetin)是一種天然的類(lèi)胡蘿卜素二羧酸，屬二萜類(lèi)成分，具有保護(hù)心血管、治療結(jié)腸炎、抗氧化和抗腫瘤等藥理作用[5]；藏紅花苦苷(picrocrocin)和藏紅花醛(safranal)是西紅花中單萜類(lèi)化合物的代表性成分，不僅是西紅花苦味和香味的來(lái)源，還具有抗氧化、抗抑郁、治療糖尿病等功能[6]。到目前為止(1982-2021)，西紅花中共分離得到萜類(lèi)成分共39 種，其中包括單萜類(lèi)20 種[3,7]、二萜類(lèi)12 種、三萜類(lèi)2 種(azafrine 1 和azafrine 2)以及四萜類(lèi)成分5 種(八氫番茄紅素、六氫番茄紅素、四氫番茄紅素、玉米黃素和β-胡蘿卜素)[3]。

1.2 黃酮類(lèi)

目前西紅花中已測(cè)定的黃酮類(lèi)化合物超過(guò)40 種，主要為黃酮醇類(lèi)和花色苷類(lèi)成分。黃酮醇類(lèi)包括山奈酚(kaempferol)及其糖苷類(lèi)成分、槲皮素(quercetin)及其糖苷類(lèi)成分和異鼠李素(isorhamnctin)及其糖苷類(lèi)成分；而花色苷類(lèi)主要為飛燕草素(delphinidin)、矮牽牛素(petunidin)和錦葵色素(malvain)的糖苷類(lèi)成分；這些黃酮類(lèi)化合物分布于西紅花花瓣、葉片、球莖、柱頭等部位，并以花瓣中的種類(lèi)和含量最為豐富[8]。此外，西紅花柱頭中同樣富含黃酮類(lèi)化合物，且總量高于球莖和葉部，主要包括山奈酚糖苷類(lèi)、異鼠李素糖苷類(lèi)和二氫槲皮素糖苷類(lèi)成分[9]。

1.3 酚酸類(lèi)

酚酸類(lèi)化合物廣泛分布于西紅花的花瓣、球莖、柱頭和葉片等部位。21 世紀(jì)初，從西紅花的花粉和花瓣中先后提取到苯甲酸(benzoic acid)、香草酸(vanillic acid)和香草酸甲酯(methyl vanillate)等10 個(gè)酚酸類(lèi)化合物[10-11]。之后，Esmaeili 等[12-13]在西紅花球莖中分離得到水楊酸(salicylic acid)、龍膽酸(gentisic acid)、和咖啡酸(cafeic acid)等6 種酚酸類(lèi)化合物。此外有研究表明，西紅花柱頭中同樣含有大量的酚酸類(lèi)成分，例如綠原酸(chlorogenic acid)、沒(méi)食子酸(gallic acid)和咖啡酸等[14]。而Mykhailenko 等[15]則在西紅花葉片中提取到綠原酸、咖啡酸、阿魏酸(ferulic Acid)和肉桂酸(cinnamic acid)。

1.4 多糖

藥用植物的體內(nèi)通常含有大量的天然多糖，且已證實(shí)這些多糖是自由基或活性氧的清除劑[16]。饒君鳳等[17]通過(guò)離子色譜-脈沖安培法測(cè)定，西紅花球莖、柱頭、花瓣、側(cè)芽等部位提取的多糖均由巖藻糖(fucose)、鼠李糖(rhamnose)、阿拉伯糖(arabinose)、甘露糖(mannose)、葡萄糖(glucose)、半乳糖(galactose)和果糖(fructose)組成。另有研究表明，從尼泊爾、西班牙、希臘以及中國(guó)等國(guó)家所產(chǎn)的西紅花柱頭中可提取到一種多糖，且均由鼠李糖、葡萄糖、半乳糖、木糖(xylose)、半乳糖醛酸(galacturonic acid)和阿拉伯糖[18]組成，但其中各類(lèi)單糖的具體含量因產(chǎn)地而異。

1.5 其他成分

藏紅花醛作為西紅花最主要的芳香活性化合物，是其柱頭獨(dú)特氣味的來(lái)源，除此之外西紅花中還包含了一些重要的香氣成分，例如在柱頭中分離出的異佛爾酮(iverone)和茶香酮(tea flavone)等酮類(lèi)化合物，苯乙醇(benzene ethanol)和芳樟醇(linalool)等醇類(lèi)物質(zhì)，亞油酸(linoleic acid)和棕櫚酸(palmiticacid)等酸類(lèi)以及大黃素(emodin)等蒽醌類(lèi)成分，其中酮類(lèi)是除藏紅花醛等醛類(lèi)物質(zhì)外含量最高的香氣成分[19-21]。此外，西紅花中還含有少量的生物堿，例如煙酰胺(nicotinamide)、腺苷(adenosine)、尿嘧啶(uracil)、和哈爾滿堿(harman)等等[10-11]。

2 西紅花中功能成分提取及其生物活性研究進(jìn)展

2.1 功能成分的提取

早期常見(jiàn)的西紅花功能成分提取方法為傳統(tǒng)溶劑萃取法，溶劑一般選用水、乙醇或甲醇，例如將10 g 西紅花干燥柱頭磨碎，浸泡在500 mL 乙醇(80%)中3 d，過(guò)濾后在40 ℃下減壓濃縮即可得到提取物[22-23]。同樣經(jīng)典的還有索氏萃取法(soxhlet extraction)，它們操作較簡(jiǎn)單，適用于一般小型工業(yè)，但共同缺點(diǎn)是耗時(shí)長(zhǎng)、溶劑多，不夠環(huán)保，且容易在提取物中混入殘留物與污染物。隨著科技水平不斷提高，高效、環(huán)保的“綠色提取”方法逐漸應(yīng)用于西紅花活性成分的提取中。Goleroudbary等[24]使用超臨界二氧化碳(supercritical carbon dioxide，SC-CO2)作為萃取溶劑提取西紅花苷和藏紅花醛，通過(guò)響應(yīng)面法確定了在2 種成分提取過(guò)程中溫度、壓力、SC-CO2流速以及動(dòng)態(tài)提取時(shí)間的最佳參數(shù)，分別為44 ℃、19.3 MPa、1.0 cm3·min–1、110.0 min 以及92 ℃、21.3 MPa、0.9 cm3·min–1、122.0 min。這種超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction，SFE)方法有效縮短了提取時(shí)間，同時(shí)以可回收的超臨界流體代替有機(jī)溶劑，雖然綠色環(huán)保，但對(duì)提取樣品有一定的限制。相比之下，超聲輔助提取(ultrasonication-assisted extraction，UAE)的適用范圍更廣，操作技術(shù)更簡(jiǎn)便且提取效率高。Kyriakoudi 等[25]發(fā)現(xiàn)，用50%濃度的甲醇萃取西紅花粉末并超聲處理30 min(占空比為20%)，為提取西紅花苷的最佳工藝；而提取藏紅花苦苷的最佳工藝參數(shù)為0.44%的甲醇、30 min 的超聲處理以及60%的占空比。值得注意的是，動(dòng)態(tài)超聲處理會(huì)稀釋提取物，并且高超聲功率產(chǎn)生的自由基易使化合物失活。此外，還有微波輔助提取(microwave assisted extraction，MAE)、脈沖電場(chǎng)(pulsed electric field，PEF)和乳化液膜(emulsion liquid membrane，ELM)等提取方法[26]。Cerdá-Bernad 等[27]在使用MAE 法提取花被片中的黃酮類(lèi)化合物時(shí)，認(rèn)為以100%的乙醇溶液混合樣本、并在25 ℃下微波處理5 min 為最佳提取工藝。此法提取時(shí)間短、提取率高，與傳統(tǒng)方法相比更具成本效益，但同時(shí)存在機(jī)器設(shè)備昂貴、操作技術(shù)較復(fù)雜的問(wèn)題。

2.2 生物活性

2.2.1 治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病

中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病(central nervous system disease，CNS)一般包括阿爾茨海默癥(Alzheimer's disease，AD)、帕金森病(Parkinson's disease，PD)等神經(jīng)退行性疾病，以及抑郁癥、焦慮癥、失眠癥等精神疾病。研究表明，西紅花苷和西紅花酸均能夠抑制β-淀粉樣蛋白的聚集并減輕其神經(jīng)毒性作用，可用于治療AD[28-29]。同時(shí)，西紅花苷還能通過(guò)減弱氧化應(yīng)激以及線粒體功能障礙，幫助延緩PD的加重[30]。另有試驗(yàn)證明，西紅花苷可能是通過(guò)增加海馬體中的cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和神經(jīng)生長(zhǎng)因子可誘導(dǎo)（nerve growth factor inducible，NGF）水平來(lái)實(shí)現(xiàn)其抗抑郁作用[31]。

2.2.2 治療心血管疾病

西紅花中的西紅花苷、西紅花酸和藏紅花醛等活性成分在治療心血管疾病方面均具有良好的效果。Imenshahidi 等[32]研究表明，西紅花苷和藏紅花醛可能是西紅花柱頭水提取物中降低大鼠平均動(dòng)脈血壓的主要活性成分。另外，西紅花苷和西紅花酸均具有抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用，但兩者作用機(jī)制不同，前者可能是通過(guò)增加Bcl-2/Bax 的表達(dá)來(lái)發(fā)揮作用[33]，而后者主要利用其抗氧化和抗炎特性[34]。

2.2.3 抗腫瘤

近代藥理研究證實(shí)，西紅花能夠誘導(dǎo)宮頸癌[35]等多種腫瘤細(xì)胞的凋亡，并抑制癌細(xì)胞增殖，具有良好的抗腫瘤功效。但各功能成分對(duì)癌細(xì)胞的作用通路不同，比如在治療胰腺癌方面，西紅花苷是通過(guò)下調(diào)Bcl-2 觸發(fā)半胱天冬酶信號(hào)通路，顯著降低BxPC-3 和Capan-2 的細(xì)胞活力，同時(shí)促使細(xì)胞色素C 的釋放來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[36]；而西紅花酸主要通過(guò)增加Bax/Bcl-2 的比值來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，同時(shí)顯著抑制了BxPC-3、Capan-1 和ASPC-1 胰腺癌細(xì)胞中H-3-胸苷的摻入，進(jìn)而抑制癌細(xì)胞增殖[37]。

2.2.4 抗糖尿病

西紅花苷和藏紅花醛均能夠減少氧化應(yīng)激，并降低TNF-α等炎癥介質(zhì)的水平，揭示了其可能是通過(guò)抗氧化、抗炎和抗細(xì)胞凋亡的機(jī)制來(lái)改善糖尿病及其并發(fā)癥[38-39]。Zheng 等[40]研究表明，西紅花酸處理顯著降低了GDM 大鼠的血糖水平，提高抗氧化酶活性的同時(shí)下調(diào)了NF-κB 等因子的表達(dá)水平，表明西紅花酸可以通過(guò)抗氧化和抗炎來(lái)治療妊娠期糖尿病。此外，西紅花酸還具有抑制蛋白質(zhì)非酶糖化反應(yīng)、減少晚期糖基化終產(chǎn)物沉積的作用，可用于預(yù)防和治療糖尿病血管病變[41]。

2.2.5 肝臟保護(hù)

西紅花可以通過(guò)抗氧化、抗炎和抗細(xì)胞凋亡機(jī)制來(lái)保護(hù)肝臟[42]。例如對(duì)于四氯化碳(CCl4)誘導(dǎo)的肝損傷，西紅花苷和西紅花酸顯著降低了天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶和堿性磷酸酶活性，并提高了GSH 水平以及抗氧化酶活性，從而起到保護(hù)肝臟的作用[43]。脂合成代謝的增強(qiáng)是引起甘油三酯在脂肪肝患者體內(nèi)異常堆積的主要原因之一，西紅花苷可以下調(diào)肝臟mTOR 磷酸化水平來(lái)控制脂合成代謝，同時(shí)上調(diào)AMPK 磷酸化的水平以減少肝臟脂質(zhì)沉積，具有治療非酒精性脂肪肝的潛力[44]。

2.2.6 其他作用

西紅花中的藏紅花醛和藏紅花苦苷均具有一定的抑菌活性，前者對(duì)念珠菌屬真菌表現(xiàn)出良好的抗性[45]，后者則對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌有抑制作用[46]。同時(shí)，有研究報(bào)道藏紅花醛具有抗紫外線的活性，其作用機(jī)制除了抗氧化特性外，還表現(xiàn)為對(duì)彈性蛋白酶、膠原酶和透明質(zhì)酸酶的顯著抑制作用，這說(shuō)明藏紅花醛是一種強(qiáng)光保護(hù)劑，可用于抵抗皮膚衰老[47]。

3 西紅花系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究進(jìn)展

3.1 保健品

3.1.1 保健食品

西紅花保健食品的開(kāi)發(fā)以茶飲、酒和口服液為主，如毛麗鴻等[48]研發(fā)了一種保健養(yǎng)生茶，原料包括石斛莖、樺樹(shù)茸和西紅花，可使人體提高免疫力、降低三高和調(diào)整胃口。西紅花保健酒的原料多以人參、黨參、黃芪等補(bǔ)氣藥材與西紅花相輔，功效多為提高人體免疫力。主要產(chǎn)品有補(bǔ)氣血的藥食同源酒[49]、綜合調(diào)理人體機(jī)能的藥酒[50]等等。此外，還有以果蔬和西紅花為原料的復(fù)合酵素口服液[51]，其中富含多種生物活性成分，可有效清除自由基、提高免疫力。

3.1.2 保健用品

滕華軍等[52]以藏紅花作為主藥，并配以當(dāng)歸、吳茱萸、五倍子和丁香等，將這些藥材清洗、干燥后進(jìn)行超聲和消毒處理，最后用紗布裝成中藥包，可外敷或入浴，具有祛風(fēng)散寒、活血止痛和通經(jīng)化淤的功效。此外，添加西紅花為原料的保健用品還有外用保健液[53]、保健眼貼[54]和術(shù)后康復(fù)用的茶油[55]等等。

3.2 化妝品

目前，西紅花作為香料和中藥已廣泛應(yīng)用于牙膏、香皂、護(hù)發(fā)素、面霜、精華液等化妝品領(lǐng)域，其中牙膏以及香皂等清潔類(lèi)產(chǎn)品的原料多以中藥為主、化學(xué)成分為輔，具有消炎、修復(fù)、止血等功效。西紅花中含有多種活性成分，是天然的植物原料，因而近年來(lái)關(guān)于西紅花護(hù)膚品的開(kāi)發(fā)逐步完善，涉及到水乳、面霜、精華、面膜等多個(gè)品類(lèi)。這些產(chǎn)品成分均包含大量的純天然植物提取物，基本少含或不含人工合成的化學(xué)成分；產(chǎn)品原料除西紅花外，大多還添加了人參、金銀花、三七、珍珠粉、蘆薈、當(dāng)歸、白芷等中藥，且主要功效涵蓋了美白嫩膚、補(bǔ)水保濕、舒緩消炎和去皺抗衰等多個(gè)方面[56-58]。由此可見(jiàn)，西紅花在護(hù)膚品方面具有較大的應(yīng)用潛力。

3.3 藥品

西紅花作為傳統(tǒng)中藥材，其主要成分以及藥理活性一直以來(lái)都是研究熱點(diǎn)，相關(guān)藥品的研發(fā)在所有西紅花產(chǎn)品中更是占有重要比例，2021 年至今就有超過(guò)40 種含有西紅花的藥物類(lèi)專利進(jìn)行申請(qǐng)并公開(kāi)。目前已上市的藥物有用于緩解胸悶、心絞痛、冠心病的六味西紅花口服液[59]，治療心血瘀阻型心絞痛的西紅花多苷片[60]，以及用于內(nèi)外傷止血的八味西紅花止血散[61]等，3 種藥品類(lèi)型均為中成藥。近幾年西紅花相關(guān)藥品的研發(fā)方向仍以中藥和中成藥為主，并多以川芎、三七、當(dāng)歸、黨參、人參、枸杞、黃芪、細(xì)辛、天麻、柴胡等中藥搭配西紅花作為原料；有些中藥可按配方直接煎煮成湯劑服用，而中成藥則可加工制成片劑、擦劑、貼劑等劑型應(yīng)用；功效主要包括益氣補(bǔ)血、活血化瘀、消炎止痛、疏通經(jīng)絡(luò)、清熱解毒等等，根據(jù)不同配方可用于治療風(fēng)濕、腦梗、乳腺癌、鼻炎、心腦血管等疾病。

4 結(jié) 語(yǔ)

西紅花作為珍貴的藥食同源植物及天然的香料和染料，其市場(chǎng)應(yīng)用面廣，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。隨著藥理學(xué)研究的不斷深入，西紅花柱頭的提取物及主要活性成分在模擬治療癌癥、心腦血管疾病以及精神類(lèi)疾病等試驗(yàn)中表現(xiàn)出一定的治療潛力，具有較高的臨床價(jià)值。但因西紅花柱頭的比重小、產(chǎn)量低，其功能成分的提取與應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化。近年來(lái)，UAE、MAE 等新型提取技術(shù)被廣泛應(yīng)用于西紅花有效成分的提取中，并通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化了提取工藝，與傳統(tǒng)方法相比不僅大大縮短了提取時(shí)間、提高了提取率，而且制備過(guò)程更加綠色環(huán)保。但新型技術(shù)的儀器成本較高，并且對(duì)樣品的要求有一定限制性，因此在工業(yè)生產(chǎn)中仍以簡(jiǎn)便易行、成本較低的傳統(tǒng)方法為主。今后在對(duì)西紅花功能成分的進(jìn)一步研究中，應(yīng)考慮將傳統(tǒng)方法與新型技術(shù)相結(jié)合，簡(jiǎn)化操作步驟，盡可能地提高有效成分的提取率。此外，還可以探究西紅花主要成分的生物合成途徑，明確其次生代謝調(diào)控機(jī)制，通過(guò)生物工程技術(shù)從根本上提高西紅花功能成分的含量。目前，西紅花相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)以保健食品、化妝品及藥品為主，產(chǎn)品類(lèi)型雖較為豐富，但大多將西紅花的干燥柱頭或提取物直接用作輔料，缺乏深度研發(fā)，創(chuàng)新性產(chǎn)品較少；同時(shí)，西紅花柱頭所占植物體比例極小，僅利用柱頭部分容易造成西紅花非藥用部位資源的極大浪費(fèi)。因此，西紅花的綜合開(kāi)發(fā)與利用還存在較大的發(fā)展空間。近幾年針對(duì)西紅花的產(chǎn)品研發(fā)雖日益增加，但實(shí)際上能夠投入生產(chǎn)并于市面流通的并不多。未來(lái)還需根據(jù)市場(chǎng)需求與規(guī)則，對(duì)產(chǎn)品特色與定位、產(chǎn)品加工工藝、產(chǎn)品質(zhì)量及標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行深入探究，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)提高西紅花花瓣等副產(chǎn)品的利用率，增加高附加值功能性產(chǎn)品的比例，實(shí)現(xiàn)西紅花資源的充分開(kāi)發(fā)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。