中文名	藏紅花醛
英文名	safranal
別名	1,1,3－三甲基－2,4－環(huán)己二烯－2－甲醛，紅花醛，藏花醛
CAS	116-26-7
EINECS	204-133-7
化學式	C10H14O，
分子量	150.218
inchi	InChI=1/C10H14O/c1-8-5-4-6-10(2,3)9(8)7-11/h4-5,7H,6H2,1-3H3
密度	0.975g/cm3
沸點	217.3°C at 760 mmHg
閃點	80.4°C
蒸汽壓	0.134mmHg at 25°C
折射率	1.529
天然存在	圓柚、藏紅花、綠茶
香氣特征	具有木香、辛香、藥香、粉香
用途	用于調配老姆酒、無花果、茶葉以及木香香型、藥草香型的食用香精
參考用量	在最終加香食品中的建議用量為5～10mg/kg
安全管理	FEMA編號為3389，CoE編號為 10383，中國GB 2760-1996批準為允許使用的食品香料
參考價格	￥10900/KG(奇華頓)

藏紅花提取物性質、用途與生產(chǎn)工藝

藏紅花提取物以鳶尾科植物番紅花Crocus sativus L. 花柱的上部及柱頭為原料提取的產(chǎn)品，主要成分有苦藏花素、胡蘿卜素類化合物、紅花醛、桉油精、蒎烯等物質，還含有少量的異鼠李素、山柰素及維生素B1 和維生素B2等。藏紅花提取液是羥自由基與超氧自由基的強效清除劑，能夠抗氧化反應，改善線粒體功能，抑制視神經(jīng)細胞凋亡，還具有改善微循環(huán)，提高免疫力，抗動脈硬化，抗氧化，降血脂，利膽保肝，防治骨質疏松，保護腎臟等功效。

來源植物 【基源】為鳶尾科植物番紅花Crocus sativus L. 花柱的上部及柱頭。

【別名】番紅花、西紅花。

【分布】我國北京、上海、山東、浙江、四川、新疆等有少量試驗性栽培，國外在西班牙、伊朗、意大利、德國、法國、希臘、奧地利、原蘇聯(lián)和日本等均有栽培。

【植物形態(tài)】多年生草本。地下鱗莖呈球狀，外披褐色膜質鱗葉。葉9～15片，自鱗莖生出，無柄，葉片窄長線形，長線形，長15～20厘米，寬2～3厘米，葉緣反卷，具細毛，基部由4～5片廣闊鱗片包圍?；斏?，直徑2.5～3厘米; 花被6片，倒卵圓形，淡紫色，花筒長4～6厘米，細管狀，雄蕊3枚，花藥大，基部箭形，雌蕊3，心皮合生，子房下位，花柱細長，黃色，頂端三深裂，伸出花筒外部，下垂，深紅色，柱頭頂端略膨大，有一開口呈漏斗狀。蒴果，長形，具三鈍棱，長約3厘米，寬約1.5厘米，當果實成熟時始伸達地上。種子多數(shù)，圓球形，種皮革質?；ㄆ?1月上旬至中旬。

圖1 藏紅花

化學成分

1.揮發(fā)油類

藏紅花花冠雌蕊(柱頭)中的揮發(fā)油成分是由玉米黃質等胡蘿卜素類降解產(chǎn)生, 結構特殊, 其中主要為三甲基環(huán)乙烯衍生物中的藏紅花醛, 占揮發(fā)油總量的72%,它是藏紅花苦素的降解產(chǎn)物, 也是中藥臧紅花質量控制指標之一。有學者從藏紅花揮發(fā)油中鑒定出46 種化合物, 占揮發(fā)油總量的90.99%。其中, 酮類化合物5 個占6.16%, 醛類化合物5 個占2.39%, 醇類化合物6 個占4.98 %, 酸類化合物6 個占19.77 %, 烯烴類化合物8 個占36.42%, 烯烴氧化物2 個占5.74%, 烷烴類化合物8 個占12.5%, 酯類化合物2個占0.48 %, 其他化合物4 個占2.55%。在已鑒定出的藏紅花揮發(fā)油組分中, 相對含量較高的主要是烯烴及烯烴氧化物,屬于萜類化合物, 此外相對含量較高的還有酸類化合物。

2.黃酮類

黃酮類化合物主要分布于藏紅花的花被中, 常見的有紫云英苷, 槲皮素-3-對香豆酰葡萄糖苷, 山奈素-3-葡萄糖-6-乙酰葡萄糖苷和山奈素-3-葡萄糖-葡萄糖苷, 飛燕草素, 三甲基飛燕草素等。

3.揮發(fā)油前體

藏紅花柱頭的干燥和儲存過程中通過不同的降解途徑產(chǎn)生的部分揮發(fā)油前體, 屬于三甲基環(huán)已烯衍生物的苷類化合物, 主要有藏紅花苦素等。藏紅花苦素是藏紅花中的主要苦味成分, 它在酸或堿性條件下或酶的作用下可轉化為藏紅花醛, 這也是不同品種中藏紅花醛含量不同的原因。

4.共軛多烯及其苷類

共軛多烯及其苷類是中藥藏紅花中的主要有色成分。主要包括以下兩類:

（1）類胡蘿卜素及其苷類

藏紅花酸是類胡蘿卜素及其苷類的主要組成部分。包括類胡蘿卜素藏紅花酸及其糖苷, 如龍膽雙糖苷、葡糖苷、二龍膽酸糖苷、龍膽葡萄糖苷和雙葡糖苷；B-藏紅花酸, C-藏紅花酸等。

（2）胡蘿卜素類

主要有a , b-胡蘿卜素, 如番茄紅素和玉米黃質。

5.其他

主要包括酚類、幾丁質酶、三萜皂苷和甾體皂苷等。

臧紅花醛的合成

1、建立超臨界二氧化碳萃取-高效液相色譜-氣相色譜法無損測定藏紅花中藏紅花醛含量方法

藏紅花，藏紅花的干燥和深紅色柱頭，是一種非常昂貴的香料，主要用作食用色素和調味劑，并作為藥物(如抗腫瘤活性)。藏紅花主要產(chǎn)自印度、伊朗、西班牙和希臘，西班牙是主要產(chǎn)地，產(chǎn)品按質量分為三個等級:Mancha, Rio和Sierra。藏紅花的主要生物活性代謝物是藏紅花素，一種紅色的水溶性類胡蘿卜素，都是藏紅花素的糖苷。此外，藏紅花還含有少量的藏紅花苦甙和臧紅花醛。藏紅花苦甙是4-羥基-2,6,6-三甲基-1-羧基-1-環(huán)己烯(HTCC)苷元的無色糖苷，是藏紅花產(chǎn)生苦味的主要物質。藏紅花醛是揮發(fā)油的主要成分，是藏紅花特有香氣的來源，這種香氣是藏紅花干燥過程中從藏紅花苦甙和HTCC中獲得的，如圖1所示。由于這種化合物不存在于新鮮的柱頭，它在藏紅花中的濃度強烈地取決于干燥和儲存條件。

藏紅花成分的提取和定量方法不統(tǒng)一。許多涉及溶劑的萃取工藝已被報道，從水或親水性溶劑-水混合物(即甲醇-水)到高度疏水性溶劑(即石油醚)。就藏紅花而言，溶劑的疏水性越大，可提取的揮發(fā)性化合物的濃度就越大。然而，纖維素基質的親水特性阻礙了疏水溶劑對藏紅花的提取，在所有情況下，提取過程包括樣品破壞和加熱。但是，不同溶劑的萃取性能產(chǎn)生不同的結果。例如，提高提取溫度來加強提取過程，可以改變藏紅花揮發(fā)性成分的原始含量。藏紅花應該被認為是一種有生命的香料，其代謝物的數(shù)量組成是非恒定的。超臨界二氧化碳萃取法(SFE)作為傳統(tǒng)的液體溶劑萃取法分離固體基質中活性代謝物的一種有價值的替代方法，正日益受到人們的重視。超臨界流體具有接近于液體的密度和溶解能力，但具有較高的溶質擴散率和較低的粘度，從而改善了傳質性能，縮短了萃取時間。此外，密度和溶劑強度都可以通過簡單地改變施加的壓力和/或溫度來改變。利用二氧化碳作為超臨界流體具有無毒、不易燃、惰性、廉價和易于減壓從萃取物中去除等優(yōu)點，因為它具有低臨界壓力(Pc=7.28 MPa, Tc=31.18°C, ρc=0.472 mg/ml)。[1]

圖1 用化學方法將藏紅花苦素轉化為4-羥基-2,6,6-三甲基-1-環(huán)己烯-1-羧醛(HTCC)和臧紅花醛[1]

2、密度泛函理論計算的反應預測:Diels-Alder反應合成藏紅花醛的研究

近年來，現(xiàn)代量子化學方法顯著提高了其準確性，計算設備允許高效計算分子的物理性質和化學反應的機理細節(jié)。隨著可靠性的提高，量子化學不僅可以用來驗證和解釋實驗結果，而且可以預測沒有實驗結果的新反應的潛在結果。如果這個預測是基于對已知和未知反應的計算數(shù)據(jù)的比較，只要這兩個反應的化學性質足夠相似，那么這個預測就特別有希望。

藏紅花的主要香味成分，用于食品、煙草和香水中，也是合成有機和藥理學相關化合物如視網(wǎng)膜素、香豆素、萜類或紫杉烷類化合物的有用起始材料。它的合成首先是由庫恩和溫特完成的，從那以后，許多合成方法被開發(fā)出來。其中大多數(shù)是冗長的或涉及有毒的試劑，如汞鹽或有機硒化合物。最好的策略是先環(huán)化檸檬醛，然后溴化/脫氫溴化步驟(圖2)，盡管總收率相當?shù)汀2]

在我們關于官能團反應較差的環(huán)加反應的項目框架中，我們認為Diels-Alder反應作為關鍵步驟，可以使臧紅花醛的合成更加高效和經(jīng)濟，如圖3所示。途徑A表明，3-甲基-2-丁烯醛和4-甲氧基五戊-1,3-二烯之間發(fā)生Diels-Alder反應，提供了一個合適的前體，通過消除甲醇可以生成臧紅花醛。試劑的選擇有明顯的優(yōu)勢:(a) 3-甲基-2-丁烯醛是市場上可以買到的。(b) 4-甲氧基戊-1,3-二烯的合成不超過兩個步驟，從商業(yè)上可獲得的材料開始，遵循已公布的方法。(c)類似的富電子二烯與缺電子親二烯的Diels-Alder反應，例如1-甲氧基丁二烯與丙烯醛或(Z)-2-丁烯醛的Diels-Alder反應，在文獻中也有描述，并且對于隨后甲醇的消除有優(yōu)先級。

然而，有一些問題可能使反應復雜化:(a) Diels-Alder反應中，1,3-二烯可以通過[1,5]- sigmatroic h遷移發(fā)生雙鍵移位，從而產(chǎn)生副產(chǎn)物。(b)二烯可以作為兩個立體異構體存在，甲氧基在Z或E位。此外，雙鍵體系可以采用s-cis或s-trans構象，且只有前者適合Diels-Alder反應。(c) Diels-Alder反應可能受到甲基取代基的電子效應和空間效應的影響，導致反應的活化勢壘較高，反應條件較差。(d)可以形成四種不同的產(chǎn)物，即兩對區(qū)域化學不同的立體異構體，如圖4所示?；衔?1a和11b適合作為臧紅花醛的前體，消除甲醇得到相同的產(chǎn)物。因此，Diels-Alder反應需要具有高度的區(qū)域選擇性，而立體選擇性則不那么重要。[2]

另外，提出了2,4-二甲基五-1,3-二烯-3-碳醛與甲氧基乙醛的反應(圖3中的途徑B)，該反應不存在立體化學問題，區(qū)域化學控制是充分的。此外，二烯的雙鍵移位不會改變其性質。另一方面，二烯的合成不那么簡單，可能需要不合理的努力，而且起始原料的逆電子需求對Diels-Alder反應不太有利。而且，二烯的末端C=C鍵與羰基共軛。因此，跨越C=C - C=O基團的雜- diels - alder反應可以作為潛在的副反應發(fā)生。在文獻中，α、β不飽和醛參與這類反應的先例是存在的?？紤]到上述因素，我們決定使用DFT計算來預測反應性，并評估兩個提議的反應對合成藏紅花醛的適用性。研究結果可為合成策略和反應條件的選擇提供指導。[2]

圖2 根據(jù) Kōnst  and Cainelli 提出的臧紅花醛的合成路線[2]

圖3 建議采用Diels-Alder反合成方法制備臧紅花醛[2]

圖4 途徑A的Diels-Alder反應的反應物和產(chǎn)物[2]

3、提出的藏紅花酸(crocetin)和臧紅花醛(safranal)的生物合成途徑

香料藏紅花的香氣和紅色部分是由于酶和熱降解產(chǎn)生的類胡蘿卜素裂解產(chǎn)物的風格特異性積累。M. Giaccio 回顧了藏紅花重新燃起的興趣，認為它是一種著色劑、香料和營養(yǎng)劑。藏紅花酸(Crocetin)是從玉米黃質中提取的一種C20脫輔基類胡蘿卜素(apocarotenoid)(圖5)。[3]

從國內藏紅花中分離到2個與玉米VP14同源的ccd。兩種CsCCDs的顏色互補和免疫定位實驗表明，一種酶是底物混雜的，定位于細胞質，而另一種酶是質體定位的，在7,8,7',8'-雙鍵處特異性地切割玉米黃質。這種酶產(chǎn)生藏紅花素二醛和羥基環(huán)檸檬醛。有趣的是，藏花質體玉米黃質7,8(7',8')-裂解雙加氧酶(CsZCD)沒有n端質體定位序列，這意味著一個內部質體定位信號。藏紅花素二醛是一種可能產(chǎn)生藏紅花素的氧化還原酶的底物。西紅花素和羥基-β-檸檬醛都是糖基化的。[3]

藏紅花苦甙是揮發(fā)性藏紅花醛的前體。藏紅花酸糖基化形成雙糖基、二-龍膽二糖基、混合酯或單酯，如圖5所示。Moraga等人從番紅花中分離出一種風格特異性的udp -葡萄糖基轉移酶(UDP-GTase)，并顯示其在互補系統(tǒng)中的功能，該酶對切割途徑的產(chǎn)物具有特異性。當玉米黃質在質體中發(fā)生分裂時，分裂產(chǎn)物的糖苷儲存在液泡中。UDP-GTase可能與膜轉運蛋白有關，是代謝工程師需要考慮的色素積累的關鍵組成部分。[3]

圖5 藏紅花酸(crocetin)和臧紅花醛(safranal)的生物合成途徑 [3]

4、從藏紅花殘留物到天然藏紅花:通過β-葡萄糖苷酶對廢物進行評估

藏紅花(番紅花)香料，傳統(tǒng)上用作食品添加劑的著色和調味性能，顯示出巨大的潛力，以促進健康。在藏紅花香料的主要成分中，藏紅花已被證明能緩解和預防胃紊亂、心血管疾病，并發(fā)揮抗驚厥、抗焦慮、抗抑郁和神經(jīng)保護作用。利用嗜酸脂環(huán)桿菌(Aac)的嗜鹽嗜熱β-葡萄糖苷酶，從藏紅花殘基中提取藏紅花苦甙，并對其進行高效的生物轉化，得到相應的苷元4-羥基紅花素，其轉化率為>99%，反應時間為15 min。經(jīng)熱處理后，得到了優(yōu)良的產(chǎn)率。為了使這一過程更加高效和可持續(xù)，一鍋兩步化學-酶轉化被建立起來，產(chǎn)生一種有市場的天然臧紅花醛作為最終產(chǎn)品。[4]

圖6 從天然藏紅花苦甙制備臧紅花醛[4]

藏紅花的藥理作用

1.對子宮的作用

藏紅提取物對小鼠、豚鼠、兔、犬及貓的離體子宮及在體子宮均有興奮作用。已孕子宮更為敏感；藏紅各種提取液的作用強度順序為：煎劑>乙醇提取液>揮發(fā)成分>乙醚提取液。興奮子宮的作用，可被乙磺酸麥角毒堿部分阻斷，對阿托品不敏感，故認為對子宮的作用，一部分為對子宮肌細胞的直接作用，一部分則與腎上腺素能受體有關。

2.對循環(huán)系統(tǒng)的影響

藏紅提取物可使麻醉狗、貓血壓降低，并能維持較長時間，對呼吸有興奮作用。降壓時腎容積縮小，顯示腎血管收縮，對蟾蜍血管亦呈收縮作用。在離體蟾蜍心臟上有較顯著的抑制作用。經(jīng)化學分析，抑制心臟的成分與鉀鹽有關，因此今后番紅花之藥理研究應首先除去鉀鹽。

3.抗腫瘤的作用

藏紅花制劑具有明顯的抑癌抗癌能力, 特別是藏紅花萃取物(二甲基藏紅花酸)對白血病、卵巢癌、結腸癌、橫紋肌肉瘤、結腸癌、乳頭肉瘤、扁平細胞瘤和軟組織肉瘤等都具有較強的抑制作用。其抗癌機理可能是破壞DNA合成酶系, 即破壞了對細胞DNA 合成至關重要的DNA-蛋白質聯(lián)系媒介如拓撲異構酶II , 從而抑制DNA和RNA的合成, 達到抑制腫瘤細胞生長的作用。此外, 藏紅花素類物質還抑制細胞蛋白激酶的活性以及原癌基因的表達。

4.對肝膽的作用

藏紅花提取物具有利膽作用, 有效成分為α-藏紅花酸鈉鹽及藏紅花酸酯。α-藏紅花酸能降低膽固醇和增加脂肪代謝, 可配合山楂、草決明、澤瀉等傳統(tǒng)中藥, 用于脂肪肝的治療。

5.抗氧化作用

藏紅花提取物特別是藏紅花素能有效抑制氧自由基及黃嘌呤氧化酶的活性, 表現(xiàn)出抗氧化生物活性。

6.保護腎臟

通過研究大鼠C-BSA 腎炎模型，發(fā)現(xiàn)實驗組大鼠蛋白尿現(xiàn)象減輕，腎病理損害程度減輕等現(xiàn)象。其中藏紅花主要是通過抑制環(huán)氧化酶、減少前列腺素的合成，近而達到腎毛細血管通暢，血流量增加，促進炎癥損傷修復的作用。提示，藏紅花可以通過改善血小板及炎性介質的釋放血小板干擾腎臟炎癥的發(fā)生。

7.干預心律失常

藏紅花提取物的有效成分藏紅花酸有較好的對抗烏頭堿、哇巴因和氯化鈣等誘導的室性心律失常模型的作用，為藏紅花用于治療心律失常提供了實驗依據(jù)，為進一步開發(fā)，研究藏紅花作為抗心律失常、心肌缺血的中藥制劑提供了可行性依據(jù)，提示藏紅花可能稱為一種新型的預防心腦血管性疾病的預防保健性中藥。

8.調節(jié)免疫功能

藏紅花提取物具有明顯的活血化瘀、抗菌消炎等功效，繼而增強機體耐力，升高免疫細胞含量，以此來提高人體的免疫力，起到調整機體氣血運行，平衡人體陰陽的作用。

9.防治動脈粥樣硬化

藏紅花提取物在調血脂，降血壓繼而防治動脈粥樣硬化方面具有很好的療效。

10.視網(wǎng)膜保護作用

用新西蘭白兔制作高眼壓動物模型, 一定劑量的藏紅花提取液從耳緣靜脈注射, 每日1次, 并設立高壓對照組。結果顯示治療組視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的數(shù)量明顯多于高壓對照組(P <0.05), 說明藏紅花提取液通過改善視網(wǎng)膜血液循環(huán), 阻斷慢性高眼壓條件下缺血低氧對視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(RGC)的損害, 對RGC 起保護作用。提示藏紅花提取液可能通過降低視網(wǎng)膜內的自由基, 阻斷自由基對RGC膜性結構、亞細胞器及細胞核的損傷, 對RGC起保護作用。

11.其他作用

藏紅花乙醇提取物(CSE)可以防止乙醇引起的海馬體長期增強效應(LPT)的抑制。在麻醉的小鼠鋸齒形腦回中, CSE(250 mg·kg -1)也可以有效防止乙醛引起的LPT 抑制, 而不致影響小鼠的學習功能。藏紅花的水提取液可以顯著抑制順鉑(cisplatin)、環(huán)磷酰胺(cyclophosphamide)、絲裂霉素C(mitomy cin C)和氨基甲酸乙酯(urethan)等抗癌藥所產(chǎn)生的生殖毒性, 而抑制作用的大小與劑量沒有顯著關系。這主要是因為藏紅花提取物顯著降低了生殖毒性對肝谷胱甘肽S 轉移酶(GST)的影響。

參考文獻

[1] P Lozano; D Delgado; D Gómez; M Rubio; J.L Iborra (2000). A non-destructive method to determine the safranal content of saffron (Crocus sativus L.) by supercritical carbon dioxide extraction combined with high-performance liquid chromatography and gas chromatography. , 43(1-3), 0–378. doi:10.1016/s0165-022x(00)00090-7.

[2] Gabriele Wagner, Nadia Vahdati, Ashley Howkins, and Louisa Cubitt. Reaction Prediction using Density Functional Theory Calculations:A Study into the Synthesis of Safranal via Diels-Alder Reactions. Z. Naturforsch. 2011, 66b, 1141 – 1150.

[3] Matthews, Paul & Wurtzel, Eleanore. (2022). 5.3 Biotechnology of Food Colorant Production.

[4] Giorgia Catinella, Gigliola Borgonovo, Sabrina Dallavalle, Martina L. Contente, Andrea Pinto,From saffron residues to natural safranal: Valorization of waste through a β-glucosidase,Food and Bioproducts Processing,Volume 131,2022,Pages 144-148,https://doi.org/10.1016/j.fbp.2021.11.002.