西红花功能性成分分析、提取及产品开发研究进展

滕一涤， 周 琳， 杨柳燕， 张永春， 黄清俊

（1.上海应用技术大学 生态技术与工程学院, 上海 201418；2.上海市农业科学院林木果树研究所,上海市设施园艺技术重点实验室, 上海 201403）

西红花(Crocus sativusL.)又名番红花、藏红花，为鸢尾科(iridaceae)番红花属(crocus)多年生球茎花卉[1]。西红花干燥柱头中含有西红花苷、藏红花醛、西红花酸等多种次生代谢产物，具有凉血解毒，活血化癖，散郁开结等功效，是国内外市场紧缺的名贵中药材[2]。随着研究的深入，已证实西红花还具有改善抑郁症和记忆力减退、抗炎、抗肿瘤、预防心血管疾病、治疗神经性病变等功效[3]。西红花因含有特殊香气和水溶性天然色素，也常作为香料、高档食品添加剂和高级染料[1,3]。因此，西红花既是名贵药材，又是重要的化工原料，常被称为“红色金子”“植物黄金”，在医药、保健、化工及食品、染料工业等行业有着广泛的用途。

随着人们对身心健康和生活品质的日渐重视，西红花的功效及应用也引起了愈来愈多的关注。本文将国内外近年来对西红花功能成分的提取及相关衍生品开发研究进行综述，以期为西红花资源的高效开发利用提供理论和应用信息。

1 西红花中的主要功能成分

1.1 萜类

西红花柱头中最重要的活性成分为萜类，包括西红花苷、西红花酸、藏红花苦苷和藏红花醛等。其中西红花苷(crocins)是一种水溶性类胡萝卜素，属于四萜类成分，具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤等功效[4]；西红花酸(crocetin)是一种天然的类胡萝卜素二羧酸，属二萜类成分，具有保护心血管、治疗结肠炎、抗氧化和抗肿瘤等药理作用[5]；藏红花苦苷(picrocrocin)和藏红花醛(safranal)是西红花中单萜类化合物的代表性成分，不仅是西红花苦味和香味的来源，还具有抗氧化、抗抑郁、治疗糖尿病等功能[6]。到目前为止(1982-2021)，西红花中共分离得到萜类成分共39 种，其中包括单萜类20 种[3,7]、二萜类12 种、三萜类2 种(azafrine 1 和azafrine 2)以及四萜类成分5 种(八氢番茄红素、六氢番茄红素、四氢番茄红素、玉米黄素和β-胡萝卜素)[3]。

1.2 黄酮类

目前西红花中已测定的黄酮类化合物超过40 种，主要为黄酮醇类和花色苷类成分。黄酮醇类包括山奈酚(kaempferol)及其糖苷类成分、槲皮素(quercetin)及其糖苷类成分和异鼠李素(isorhamnctin)及其糖苷类成分；而花色苷类主要为飞燕草素(delphinidin)、矮牵牛素(petunidin)和锦葵色素(malvain)的糖苷类成分；这些黄酮类化合物分布于西红花花瓣、叶片、球茎、柱头等部位，并以花瓣中的种类和含量最为丰富[8]。此外，西红花柱头中同样富含黄酮类化合物，且总量高于球茎和叶部，主要包括山奈酚糖苷类、异鼠李素糖苷类和二氢槲皮素糖苷类成分[9]。

1.3 酚酸类

酚酸类化合物广泛分布于西红花的花瓣、球茎、柱头和叶片等部位。21 世纪初，从西红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 个酚酸类化合物[10-11]。之后，Esmaeili 等[12-13]在西红花球茎中分离得到水杨酸(salicylic acid)、龙胆酸(gentisic acid)、和咖啡酸(cafeic acid)等6 种酚酸类化合物。此外有研究表明，西红花柱头中同样含有大量的酚酸类成分，例如绿原酸(chlorogenic acid)、没食子酸(gallic acid)和咖啡酸等[14]。而Mykhailenko 等[15]则在西红花叶片中提取到绿原酸、咖啡酸、阿魏酸(ferulic Acid)和肉桂酸(cinnamic acid)。

1.4 多糖

药用植物的体内通常含有大量的天然多糖，且已证实这些多糖是自由基或活性氧的清除剂[16]。饶君凤等[17]通过离子色谱-脉冲安培法测定，西红花球茎、柱头、花瓣、侧芽等部位提取的多糖均由岩藻糖(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)组成。另有研究表明，从尼泊尔、西班牙、希腊以及中国等国家所产的西红花柱头中可提取到一种多糖，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]组成，但其中各类单糖的具体含量因产地而异。

1.5 其他成分

藏红花醛作为西红花最主要的芳香活性化合物，是其柱头独特气味的来源，除此之外西红花中还包含了一些重要的香气成分，例如在柱头中分离出的异佛尔酮(iverone)和茶香酮(tea flavone)等酮类化合物，苯乙醇(benzene ethanol)和芳樟醇(linalool)等醇类物质，亚油酸(linoleic acid)和棕榈酸(palmiticacid)等酸类以及大黄素(emodin)等蒽醌类成分，其中酮类是除藏红花醛等醛类物质外含量最高的香气成分[19-21]。此外，西红花中还含有少量的生物碱，例如烟酰胺(nicotinamide)、腺苷(adenosine)、尿嘧啶(uracil)、和哈尔满碱(harman)等等[10-11]。

2 西红花中功能成分提取及其生物活性研究进展

2.1 功能成分的提取

早期常见的西红花功能成分提取方法为传统溶剂萃取法，溶剂一般选用水、乙醇或甲醇，例如将10 g 西红花干燥柱头磨碎，浸泡在500 mL 乙醇(80%)中3 d，过滤后在40 ℃下减压浓缩即可得到提取物[22-23]。同样经典的还有索氏萃取法(soxhlet extraction)，它们操作较简单，适用于一般小型工业，但共同缺点是耗时长、溶剂多，不够环保，且容易在提取物中混入残留物与污染物。随着科技水平不断提高，高效、环保的“绿色提取”方法逐渐应用于西红花活性成分的提取中。Goleroudbary等[24]使用超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide，SC-CO2)作为萃取溶剂提取西红花苷和藏红花醛，通过响应面法确定了在2 种成分提取过程中温度、压力、SC-CO2流速以及动态提取时间的最佳参数，分别为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。这种超临界流体萃取(supercritical fluid extraction，SFE)方法有效缩短了提取时间，同时以可回收的超临界流体代替有机溶剂，虽然绿色环保，但对提取样品有一定的限制。相比之下，超声辅助提取(ultrasonication-assisted extraction，UAE)的适用范围更广，操作技术更简便且提取效率高。Kyriakoudi 等[25]发现，用50%浓度的甲醇萃取西红花粉末并超声处理30 min(占空比为20%)，为提取西红花苷的最佳工艺；而提取藏红花苦苷的最佳工艺参数为0.44%的甲醇、30 min 的超声处理以及60%的占空比。值得注意的是，动态超声处理会稀释提取物，并且高超声功率产生的自由基易使化合物失活。此外，还有微波辅助提取(microwave assisted extraction，MAE)、脉冲电场(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 法提取花被片中的黄酮类化合物时，认为以100%的乙醇溶液混合样本、并在25 ℃下微波处理5 min 为最佳提取工艺。此法提取时间短、提取率高，与传统方法相比更具成本效益，但同时存在机器设备昂贵、操作技术较复杂的问题。

2.2 生物活性

2.2.1 治疗中枢神经系统疾病

中枢神经系统疾病(central nervous system disease，CNS)一般包括阿尔茨海默症(Alzheimer's disease，AD)、帕金森病(Parkinson's disease，PD)等神经退行性疾病，以及抑郁症、焦虑症、失眠症等精神疾病。研究表明，西红花苷和西红花酸均能够抑制β-淀粉样蛋白的聚集并减轻其神经毒性作用，可用于治疗AD[28-29]。同时，西红花苷还能通过减弱氧化应激以及线粒体功能障碍，帮助延缓PD的加重[30]。另有试验证明，西红花苷可能是通过增加海马体中的cAMP 反应元件结合蛋白、脑源性神经营养因子和神经生长因子可诱导（nerve growth factor inducible，NGF）水平来实现其抗抑郁作用[31]。

2.2.2 治疗心血管疾病

西红花中的西红花苷、西红花酸和藏红花醛等活性成分在治疗心血管疾病方面均具有良好的效果。Imenshahidi 等[32]研究表明，西红花苷和藏红花醛可能是西红花柱头水提取物中降低大鼠平均动脉血压的主要活性成分。另外，西红花苷和西红花酸均具有抗动脉粥样硬化的作用，但两者作用机制不同，前者可能是通过增加Bcl-2/Bax 的表达来发挥作用[33]，而后者主要利用其抗氧化和抗炎特性[34]。

2.2.3 抗肿瘤

近代药理研究证实，西红花能够诱导宫颈癌[35]等多种肿瘤细胞的凋亡，并抑制癌细胞增殖，具有良好的抗肿瘤功效。但各功能成分对癌细胞的作用通路不同，比如在治疗胰腺癌方面，西红花苷是通过下调Bcl-2 触发半胱天冬酶信号通路，显著降低BxPC-3 和Capan-2 的细胞活力，同时促使细胞色素C 的释放来诱导细胞凋亡[36]；而西红花酸主要通过增加Bax/Bcl-2 的比值来诱导细胞凋亡，同时显著抑制了BxPC-3、Capan-1 和ASPC-1 胰腺癌细胞中H-3-胸苷的掺入，进而抑制癌细胞增殖[37]。

2.2.4 抗糖尿病

西红花苷和藏红花醛均能够减少氧化应激，并降低TNF-α等炎症介质的水平，揭示了其可能是通过抗氧化、抗炎和抗细胞凋亡的机制来改善糖尿病及其并发症[38-39]。Zheng 等[40]研究表明，西红花酸处理显著降低了GDM 大鼠的血糖水平，提高抗氧化酶活性的同时下调了NF-κB 等因子的表达水平，表明西红花酸可以通过抗氧化和抗炎来治疗妊娠期糖尿病。此外，西红花酸还具有抑制蛋白质非酶糖化反应、减少晚期糖基化终产物沉积的作用，可用于预防和治疗糖尿病血管病变[41]。

2.2.5 肝脏保护

西红花可以通过抗氧化、抗炎和抗细胞凋亡机制来保护肝脏[42]。例如对于四氯化碳(CCl4)诱导的肝损伤，西红花苷和西红花酸显著降低了天冬氨酸转氨酶和碱性磷酸酶活性，并提高了GSH 水平以及抗氧化酶活性，从而起到保护肝脏的作用[43]。脂合成代谢的增强是引起甘油三酯在脂肪肝患者体内异常堆积的主要原因之一，西红花苷可以下调肝脏mTOR 磷酸化水平来控制脂合成代谢，同时上调AMPK 磷酸化的水平以减少肝脏脂质沉积，具有治疗非酒精性脂肪肝的潜力[44]。

2.2.6 其他作用

西红花中的藏红花醛和藏红花苦苷均具有一定的抑菌活性，前者对念珠菌属真菌表现出良好的抗性[45]，后者则对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌有抑制作用[46]。同时，有研究报道藏红花醛具有抗紫外线的活性，其作用机制除了抗氧化特性外，还表现为对弹性蛋白酶、胶原酶和透明质酸酶的显著抑制作用，这说明藏红花醛是一种强光保护剂，可用于抵抗皮肤衰老[47]。

3 西红花系列产品开发研究进展

3.1 保健品

3.1.1 保健食品

西红花保健食品的开发以茶饮、酒和口服液为主，如毛丽鸿等[48]研发了一种保健养生茶，原料包括石斛茎、桦树茸和西红花，可使人体提高免疫力、降低三高和调整胃口。西红花保健酒的原料多以人参、党参、黄芪等补气药材与西红花相辅，功效多为提高人体免疫力。主要产品有补气血的药食同源酒[49]、综合调理人体机能的药酒[50]等等。此外，还有以果蔬和西红花为原料的复合酵素口服液[51]，其中富含多种生物活性成分，可有效清除自由基、提高免疫力。

3.1.2 保健用品

滕华军等[52]以藏红花作为主药，并配以当归、吴茱萸、五倍子和丁香等，将这些药材清洗、干燥后进行超声和消毒处理，最后用纱布装成中药包，可外敷或入浴，具有祛风散寒、活血止痛和通经化淤的功效。此外，添加西红花为原料的保健用品还有外用保健液[53]、保健眼贴[54]和术后康复用的茶油[55]等等。

3.2 化妆品

目前，西红花作为香料和中药已广泛应用于牙膏、香皂、护发素、面霜、精华液等化妆品领域，其中牙膏以及香皂等清洁类产品的原料多以中药为主、化学成分为辅，具有消炎、修复、止血等功效。西红花中含有多种活性成分，是天然的植物原料，因而近年来关于西红花护肤品的开发逐步完善，涉及到水乳、面霜、精华、面膜等多个品类。这些产品成分均包含大量的纯天然植物提取物，基本少含或不含人工合成的化学成分；产品原料除西红花外，大多还添加了人参、金银花、三七、珍珠粉、芦荟、当归、白芷等中药，且主要功效涵盖了美白嫩肤、补水保湿、舒缓消炎和去皱抗衰等多个方面[56-58]。由此可见，西红花在护肤品方面具有较大的应用潜力。

3.3 药品

西红花作为传统中药材，其主要成分以及药理活性一直以来都是研究热点，相关药品的研发在所有西红花产品中更是占有重要比例，2021 年至今就有超过40 种含有西红花的药物类专利进行申请并公开。目前已上市的药物有用于缓解胸闷、心绞痛、冠心病的六味西红花口服液[59]，治疗心血瘀阻型心绞痛的西红花多苷片[60]，以及用于内外伤止血的八味西红花止血散[61]等，3 种药品类型均为中成药。近几年西红花相关药品的研发方向仍以中药和中成药为主，并多以川芎、三七、当归、党参、人参、枸杞、黄芪、细辛、天麻、柴胡等中药搭配西红花作为原料；有些中药可按配方直接煎煮成汤剂服用，而中成药则可加工制成片剂、擦剂、贴剂等剂型应用；功效主要包括益气补血、活血化瘀、消炎止痛、疏通经络、清热解毒等等，根据不同配方可用于治疗风湿、脑梗、乳腺癌、鼻炎、心脑血管等疾病。

4 结 语

西红花作为珍贵的药食同源植物及天然的香料和染料，其市场应用面广，经济价值高。随着药理学研究的不断深入，西红花柱头的提取物及主要活性成分在模拟治疗癌症、心脑血管疾病以及精神类疾病等试验中表现出一定的治疗潜力，具有较高的临床价值。但因西红花柱头的比重小、产量低，其功能成分的提取与应用难以实现规模化和产业化。近年来，UAE、MAE 等新型提取技术被广泛应用于西红花有效成分的提取中，并通过响应面法优化了提取工艺，与传统方法相比不仅大大缩短了提取时间、提高了提取率，而且制备过程更加绿色环保。但新型技术的仪器成本较高，并且对样品的要求有一定限制性，因此在工业生产中仍以简便易行、成本较低的传统方法为主。今后在对西红花功能成分的进一步研究中，应考虑将传统方法与新型技术相结合，简化操作步骤，尽可能地提高有效成分的提取率。此外，还可以探究西红花主要成分的生物合成途径，明确其次生代谢调控机制，通过生物工程技术从根本上提高西红花功能成分的含量。目前，西红花相关产品的研发以保健食品、化妆品及药品为主，产品类型虽较为丰富，但大多将西红花的干燥柱头或提取物直接用作辅料，缺乏深度研发，创新性产品较少；同时，西红花柱头所占植物体比例极小，仅利用柱头部分容易造成西红花非药用部位资源的极大浪费。因此，西红花的综合开发与利用还存在较大的发展空间。近几年针对西红花的产品研发虽日益增加，但实际上能够投入生产并于市面流通的并不多。未来还需根据市场需求与规则，对产品特色与定位、产品加工工艺、产品质量及标准等方面进行深入探究，通过技术创新来提高西红花花瓣等副产品的利用率，增加高附加值功能性产品的比例，实现西红花资源的充分开发，促进产业可持续发展。