5D Library › 本草的分子与风土 · English

第四章 蔓越莓:A 型原花青素

缩合单宁

原花青素(proanthocyanidins,PACs),又称缩合单宁,是由儿茶素、表儿茶素等黄烷-3-醇单元连成的链,这些单元也存在于茶和可可中。原花青素在植物中分布很广:葡萄籽、苹果、可可豆、茶、许多浆果。浓茶或年轻红酒那种发干、发涩的口感就来自它们,因为它们会与唾液中的蛋白质结合。在酸中加热时,它们会释放出有色的花青素,名字也由此而来。

原花青素链上的单元,通常由一个单元的 4 位碳与下一个单元的 8 位(或 6 位)碳之间的一根碳–碳键相连,这叫 B 型连接。A 型连接则还多一根键:上方单元的 2 位碳与下方单元 7 位碳上的氧之间,经由氧原子形成一根醚键。双重连接让两个单元之间的接合更加刚性,也改变了分子的形状。原花青素 A2,即两个表儿茶素单元以 A 型连接构成的二聚体,是最简单的例子。

证据

Foo 等人分离出了蔓越莓(Vaccinium macrocarpon)中在实验室测试里能抑制尿路致病性 P 菌毛大肠杆菌黏附的原花青素。它们主要由表儿茶素单元组成,以四聚体和五聚体为主,至少含一个 A 型连接;最常见的末端单元是原花青素 A2 (Foo et al. 2000)。Howell 等人把蔓越莓汁饮料中的原花青素,与葡萄汁、苹果汁、绿茶和黑巧克力中的 B 型原花青素作比较:蔓越莓原花青素在 60 µg/mL 时就能在体外阻止黏附,葡萄原花青素只在 1,200 µg/mL 时有轻微活性,其余都没有活性;志愿者喝蔓越莓汁饮料后,尿液中检出抗黏附活性,喝其他产品后则没有 (Howell et al. 2005)。

许多植物都含有一些 A 型原花青素;蔓越莓不寻常之处在于,A 型在它的原花青素中占很大比例。

细菌怎样附着

引起膀胱感染的细菌必须抵抗尿液的冲刷。尿路致病性大肠杆菌靠菌毛做到这一点:菌毛是毛发状的蛋白纤维,顶端带有黏附素,能与尿路内壁细胞表面的特定糖结构结合。P 菌毛与含半乳糖的糖脂结合。人们提出的蔓越莓原花青素作用机制是物理化学性的,而不是抗生素式的:原花青素或其衍生物干扰菌毛与这些受体的结合,使附着的细菌减少,但并不杀死细菌。A 型连接被认为有帮助,可能是因为它改变了分子与菌毛蛋白的相互作用方式,但确切的相互作用仍在研究中。

测定原花青素:BL-DMAC 法

原花青素很难测定,因为它们是长短不一的链的混合物,不同方法对同一样品给出的数字相差很大。蔓越莓常用的方法以 4-二甲氨基肉桂醛(DMAC)为基础,它在酸中与黄烷-3-醇反应,生成在 640 nm 附近测定的蓝绿色。

证据

一种改进的 DMAC 方法在美国、法国和中国的五个实验室,用十一份蔓越莓粉进行了验证,以市售的原花青素 A2 为对照品,称为 BL-DMAC 法 (Prior et al. 2010)。当用从蔓越莓中分离的原花青素作对照品测定同一批样品时,结果是用原花青素 A2 计算值的 2.2 倍,而且原花青素分子越大的产品差异越大 (Feliciano et al. 2012)。

对照品为什么重要,可以用一个简单的模型说明。如果每条链不论长短产生的颜色大致相同——当反应主要涉及每条链的一端时就会这样——那么一克长链产生的颜色就少于一克二聚体。原花青素比二聚体对照品长的产品,读数就会偏低。

推导

对三种链长分布,用二聚体对照品读数时,样品显示的原花青素质量占真实质量的比例。「每条链颜色相同」是一个简化假设,用来说明效应的方向和大致大小。

# A simple model of why the choice of standard matters in the DMAC assay.
# Assumption (a simplification): each chain gives about the same colour per
# molecule, so colour per milligram falls as the chain gets longer.
# Procyanidin A2, the BL-DMAC standard, is a dimer (DP 2).

def apparent_share(mix):
    """mix: {degree of polymerisation: share of PAC mass}. Returns the
    measured PAC mass, as a share of the true mass, read against A2."""
    return sum(share * 2 / dp for dp, share in mix.items())

mixes = {
    "mostly dimers":              {2: 0.6, 3: 0.2, 4: 0.2},
    "tetramers and pentamers":    {2: 0.1, 3: 0.1, 4: 0.4, 5: 0.4},
    "longer chains (DP 4 to 10)": {4: 0.2, 5: 0.2, 6: 0.2, 8: 0.2, 10: 0.2},
}
for name, mix in mixes.items():
    a = apparent_share(mix)
    print(f"{name:27s} reads {100 * a:3.0f} % of true mass "
          f"(true/measured = {1 / a:.1f})")
print("Feliciano et al. (2012): cranberry-PAC standard gave values 2.2 × those with A2")
# mostly dimers               reads  83 % of true mass (true/measured = 1.2)
# tetramers and pentamers     reads  53 % of true mass (true/measured = 1.9)
# longer chains (DP 4 to 10)  reads  34 % of true mass (true/measured = 3.0)
# Feliciano et al. (2012): cranberry-PAC standard gave values 2.2 × those with A2

中间那种情形,即 Foo 等人描述的以四聚体和五聚体为主,给出的倍数接近蔓越莓产品报告的 2.2。读规格书的人应当记住:「原花青素含量 36 mg/g」如果不说明方法和对照品,就没有意义;两家供应商的数字,只有在两者都写明时才能比较。

从试管到临床

试管里的发现不能证明一种食物可以预防疾病。体外抗黏附说明存在一种可能起作用的机制;它在人身上是否真的起作用,要靠随机对照试验回答,而试验结果并不一致。

证据

2023 年更新的一篇 Cochrane 系统综述纳入了 50 项随机试验、8,857 名受试者 (Williams et al. 2023)。与安慰剂、水或不干预相比,蔓越莓产品总体上降低了有症状且经培养证实的尿路感染风险(风险比 0.70,95% 置信区间 0.58~0.84;26 项研究),但各研究之间差异相当大。分人群看,复发性感染的女性(0.74,0.55~0.99)、儿童(0.46,0.32~0.68)以及因膀胱放疗等干预而易感的人(0.47,0.37~0.61)风险可能较低;而住在照护机构的老年人(0.93,0.67~1.30)、孕妇(1.06,0.75~1.50)以及神经肌肉疾病导致膀胱排空障碍的人(0.97,0.78~1.19)几乎没有或完全没有获益。与抗生素相比,蔓越莓可能几乎没有差别(2 项研究)。

风险比并不能告诉你有多少人获益,那取决于不用蔓越莓时感染有多常见。

推导

把综述中的风险比换算为每 100 人的数字,基线风险为假设值。基线「每 100 人 30 例」只是举例,真实数字取决于人群和随访时长。

# Relative risks from the Cochrane review (Williams et al. 2023), cranberry
# products against placebo or no treatment, symptomatic culture-verified UTI.
reviews = {
    "women with recurrent UTI": (0.74, 0.55, 0.99),
    "children":                 (0.46, 0.32, 0.68),
    "pregnant women":           (1.06, 0.75, 1.50),
}

def per_100(rr, baseline):
    """Infections per 100 people over the study period, and the number who
    would need to take cranberry for one fewer infection (if any)."""
    treated = 100 * baseline * rr
    fewer = 100 * baseline - treated
    nnt = 100 / fewer if fewer > 0 else float("inf")
    return treated, fewer, nnt

baseline = 0.30   # an assumed risk without cranberry, for illustration only
print(f"assumed risk without cranberry: {100 * baseline:.0f} in 100")
print("group                     RR (95% CI)        change per 100     NNT")
for group, (rr, lo, hi) in reviews.items():
    t, f, n = per_100(rr, baseline)
    _, f_lo, _ = per_100(hi, baseline)
    _, f_hi, _ = per_100(lo, baseline)
    nnt = f"{n:.0f}" if n != float("inf") else "none"
    print(f"{group:25s} {rr:.2f} ({lo:.2f}–{hi:.2f})  "
          f"{-f:+5.1f} ({-f_hi:+.1f} to {-f_lo:+.1f})  {nnt:>4s}")
# assumed risk without cranberry: 30 in 100
# group                     RR (95% CI)        change per 100     NNT
# women with recurrent UTI  0.74 (0.55–0.99)   -7.8 (-13.5 to -0.3)    13
# children                  0.46 (0.32–0.68)  -16.2 (-20.4 to -9.6)     6
# pregnant women            1.06 (0.75–1.50)   +1.8 (-7.5 to +15.0)  none

在这些假设下,大约 13 名复发性感染的女性服用蔓越莓,才会少一次感染;但置信区间从较大的获益一直延伸到几乎没有获益。对孕妇而言,区间既包含获益也包含害处,中心在无效应附近。

注

监管机构对这些证据的解读很谨慎。2020 年,美国食品药品监督管理局(FDA)表示,对于蔓越莓汁饮料和膳食补充剂上关于「降低曾患尿路感染的健康女性复发风险」的某些有限定条件的健康声称,它不会提出异议,前提是声称中写明证据「有限」(补充剂)或「有限且不一致」(果汁)(U.S. Food and Drug Administration 2020)。其他司法辖区有各自的规定,许多地方不允许此类声称。尿路感染需要医生评估,常常需要抗生素;蔓越莓产品不能替代治疗。正在服用华法林或其他抗凝药的人,使用浓缩蔓越莓产品前应咨询医生。

加工与浆果

蔓越莓的原花青素和赋予果实颜色的花青素,都会被热、氧和光破坏;加工过程中原花青素还会与蛋白质和细胞壁物质结合,变得更难提取和测定。浆果怎样干燥,影响剩下多少,也影响检测能找到多少。第五章转向干燥工程。

假说 · 尚未验证

尚未确立。 对同一批蔓越莓,冻干比 60 °C 及以上的热风干燥保留更多能与 DMAC 反应的原花青素(用同一对照品测定)。如果分批对照比较显示没有差异,或热风干燥后原花青素更多,假说就被推翻。即使测得的原花青素有差异,也不能据此说明对人体的作用有任何不同。

参考文献

Feliciano, R. P., M. P. Shea, D. Shanmuganayagam, C. G. Krueger, A. B. Howell, and J. D. Reed. 2012. “Comparison of Isolated Cranberry (Vaccinium Macrocarpon Ait.) Proanthocyanidins to Catechin and Procyanidins A2 and B2 for Use as Standards in the 4-(dimethylamino)cinnamaldehyde Assay.” Journal of Agricultural and Food Chemistry 60 (18): 4578–85.
Foo, L. Y., Y. Lu, A. B. Howell, and N. Vorsa. 2000. “The Structure of Cranberry Proanthocyanidins Which Inhibit Adherence of Uropathogenic p-Fimbriated Escherichia Coli in Vitro.” Phytochemistry 54 (2): 173–81.
Howell, A. B., J. D. Reed, C. G. Krueger, R. Winterbottom, D. G. Cunningham, and M. Leahy. 2005. “A-Type Cranberry Proanthocyanidins and Uropathogenic Bacterial Anti-Adhesion Activity.” Phytochemistry 66 (18): 2281–91.
Prior, Ronald L., E. Fan, H. Ji, et al. 2010. “Multi-Laboratory Validation of a Standard Method for Quantifying Proanthocyanidins in Cranberry Powders.” Journal of the Science of Food and Agriculture 90 (9): 1473–78. https://doi.org/10.1002/jsfa.3966.
U.S. Food and Drug Administration. 2020. Qualified Health Claims for Cranberry Juice Beverages and Cranberry Dietary Supplements and Reduced Risk of Recurrent Urinary Tract Infection in Healthy Women. https://www.foodnavigator-usa.com/Article/2020/07/22/fda-outlines-qualified-health-claim-for-cranberry-juice-and-supplements-for-urinary-tract-infections/.
Williams, G., C. I. Stothart, D. Hahn, J. H. Stephens, J. C. Craig, and E. M. Hodson. 2023. “Cranberries for Preventing Urinary Tract Infections.” Cochrane Database of Systematic Reviews, no. 11: CD001321. https://doi.org/10.1002/14651858.CD001321.pub7.

Fan, Y. (2026). Molecules and Terroir: Polysaccharides of Dendrobium officinale, Gingerols of Zingiber officinale, A-Type Proanthocyanidins and the Mass Transfer of Freeze-Drying [本草的分子与风土] (Version 1.0.0). 5D Library. https://doi.org/10.5281/zenodo.23693057 · Licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0).