花青素提取方法的研究進(jìn)展

◎ 李俊儒，胡繼紅，張 彩，陳 琳，隋 明

（四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 都江堰 611837）

花青素（anthocyanin）又稱(chēng)花色素，是在自然界廣泛存在于植物中的一類(lèi)水溶性天然色素，由一定數(shù)量的兒茶素、表兒茶素縮合而成，屬于酚類(lèi)化合物中的類(lèi)黃酮類(lèi)[1]?；ㄇ嗨刭x予了植物多彩的顏色，近年來(lái)的研究表明，花青素還具有多種生理功能，如抑制血小板凝固，預(yù)防血栓、心臟病，抗癌、抗炎癥，延緩衰老等作用，并且富含花青素的植物還可作為天然色素的良好來(lái)源。原花青素低聚體除了具有高效的抗氧化活性外，還具有降血糖、保護(hù)心血管系統(tǒng)、抗皮膚衰老、抑菌等作用，被廣泛應(yīng)用于藥品、食品和化妝品等領(lǐng)域，是近幾年來(lái)極具市場(chǎng)開(kāi)發(fā)價(jià)值的天然產(chǎn)物，提取花青素也成為近幾年來(lái)天然提取領(lǐng)域研究的熱門(mén)。

1　提取方法

1.1　有機(jī)溶劑提取法

有機(jī)溶劑提取法是最常用的提取方法，已經(jīng)用于紫薯、藍(lán)莓等植物中花青素的提取分離。大多有機(jī)溶劑選擇甲醇、乙醇溶劑[2]，同時(shí)在提取過(guò)程中，加入少量的酸降低pH，防止花青素降解。

劉振華等[3]使用乙醇作為提取劑，優(yōu)化了黑枸杞中花青素的提取工藝。結(jié)果表明：70%乙醇、物料比為1∶13、提取溫度為55 ℃、提取2.5 h時(shí)，提取率達(dá)到最大，為0.424%。

耿敬章等[4]利用甲醇作為提取劑提取櫻桃葉中的花青素，結(jié)果表明：在甲醇濃度70%，料液比為1∶30，提取溫度50 ℃，提取時(shí)間20 min的條件下，最佳提取率為5.17%。

有機(jī)溶劑提取法方法簡(jiǎn)單、設(shè)備要求度低，但大多數(shù)有機(jī)溶劑毒副作用大，提取率低。由于有機(jī)溶劑能夠溶解的物質(zhì)較多，造成提取產(chǎn)物中雜質(zhì)含量高，對(duì)后續(xù)純化造成影響。同時(shí)，有機(jī)溶劑如甲醇的使用往往對(duì)環(huán)境污染較大，且提取時(shí)間長(zhǎng)。有機(jī)試劑提取法中，樣品需與提取液充分接觸，才能使花青素浸出，所以要嚴(yán)格控制提取時(shí)間和溫度，否則會(huì)破壞花青素的結(jié)構(gòu)。

1.2　微波輔助提取法

微波輔助提取法在花青素的提取中發(fā)揮著重要的角色，是一種新型的萃取技術(shù)[5]。微波輔助提取法利用微波能對(duì)細(xì)胞膜產(chǎn)生一種生物效應(yīng)，從而使細(xì)胞內(nèi)溫度升高，隨著溫度的升高，當(dāng)壓力在細(xì)胞內(nèi)超出細(xì)胞壁所能承受的最大極限時(shí)，花青素即從破裂的細(xì)胞壁開(kāi)始向外流失出來(lái)，被細(xì)胞周?chē)挠袡C(jī)溶劑或者水溶液溶解。

張曉靜等[6]利用微波輔助乙醇溶劑提取釀酒葡萄籽中原花青素。實(shí)驗(yàn)表明：最佳條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，料液比1∶10(g/mL)，微波功率600 W，微波時(shí)間5 min。在此條件下釀酒葡萄籽原花青素得率為5.09%。

張衛(wèi)波等[7]利用微波提取葡萄籽中原花青素，得到最佳工藝參數(shù)：SDS水溶液濃度0.15%，料液比1∶18(g/mL)，微波溫度55 ℃，微波時(shí)間3 min，微波功率400 W，此條件下的原花青素得率為5.597%。

微波輔助提取花青素具有穿透力強(qiáng)、溶劑消耗量少、提取時(shí)間短、專(zhuān)屬性強(qiáng)及高效率等優(yōu)點(diǎn)，基于這些優(yōu)點(diǎn)，微波輔助提取法受到廣大科技人員的追捧，現(xiàn)在已經(jīng)被用于當(dāng)今熱門(mén)花青素的提取研究。但由于微波輔助提取法的提取溶劑要求為極性溶劑，設(shè)備價(jià)格昂貴，所以?xún)H限于實(shí)驗(yàn)室研究，生產(chǎn)應(yīng)用少。

1.3　超聲波提取法

超聲波提取法是利用超聲波輻射產(chǎn)生的壓強(qiáng)，使其具有空化效應(yīng)和熱效應(yīng)，從而引起相應(yīng)的機(jī)械攪拌、加速擴(kuò)散和加速溶解。利用超聲波的強(qiáng)烈震動(dòng)、熱效應(yīng)、空化效應(yīng)強(qiáng)烈等加速了植物中的花青素進(jìn)入溶劑，所以超聲波法提取時(shí)間短、提取率提高。該技術(shù)用于花青素提取時(shí)具有提取時(shí)間短、效率高、適用于熱敏成分、環(huán)境污染較小、容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、運(yùn)行代價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

武中庸等[8]用超聲波提取紫色馬鈴薯中花青素中采用響應(yīng)面法。實(shí)驗(yàn)表明：花青素提取條件最佳工藝條件為液料比28∶1，超聲波功率380 W，提取時(shí)間18 min，提取溫度47 ℃，在此條件下花青素提取量為602 mg/kg。

陳麗媛等[9]在紫玉米芯花青素的提取中使用超聲波提取法。結(jié)果表明：最佳提取條件為料液比為1∶13(g/mL)，提取溫度為41 ℃，水浴提取時(shí)間為31 min，超聲提取時(shí)間為20 min。在此條件下，得到花青素提取量為4.623 mg/g。

1.4　酶輔助提取法

在花青素中，有一些花青素被植物細(xì)胞壁包圍，不容易直接被溶劑提取出來(lái)，在這種花青素的提取如使用傳統(tǒng)的溶劑，往往提取效率比較低。酶輔助提取法的原理為利用酶的高度專(zhuān)一性來(lái)處理細(xì)胞壁不易被溶劑直接提取出此類(lèi)花青素的植物材料，從而改變以纖維素為主的細(xì)胞壁的通透性，使植物中的果膠完全分解為小分子物質(zhì)，提高有效成分的提取率。酶輔助提取法適用于干燥或浸濕的原料，具有提取條件簡(jiǎn)單、花青素的活性能得到保護(hù)、提取成本低、操作安全等優(yōu)點(diǎn)。

張輝青花等[10]利用酶法提取洛神花中花青素，結(jié)果表明：在煎煮時(shí)間為60 s，提取溫度為55 ℃，水解作用時(shí)間60 min，果膠酶Ultra Mash和果膠酶Yield Mash（120 mL/t∶45 mL/t）組合使用的條件下，可獲得最高濃度的花青素711.5 mg/100 g，該提取法的花青素得率與無(wú)酶對(duì)照樣品相比提高了119.8%。

禹華娟等[11]用纖維素酶和果膠酶對(duì)蓮房組織原花青素酶解提取，獲得了最佳工藝參數(shù)為纖維素酶添加量0.7%、果膠酶添加量0.1%、酶解溫度55 ℃、酶解時(shí)間2.5 h。優(yōu)化后的提取工藝與直接醇提法相比，原花青素的提取率提高了48%。

1.5　超臨界流體萃取法

超臨界萃取法是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種新型分離技術(shù)。超臨界流體是一種介于氣體與液體之間的流體，可以通過(guò)溫度和壓力的改變達(dá)到調(diào)節(jié)流體的性質(zhì)。CO2作為最常見(jiàn)的超臨界流體，被廣泛應(yīng)用于天然藥用植物的提取中，目前已從理論研究轉(zhuǎn)向?yàn)楣I(yè)化生產(chǎn)，如傳統(tǒng)中草藥中有效成分的提取和精制熱敏性生物制品藥物、精制天然及合成香料、提取啤酒花或色素和化學(xué)工業(yè)分離混合物等都使此方法。該方法流體為非極性溶劑CO2，因此在提取含有多羥基的原花青素過(guò)程，需加入一些極性?shī)A帶劑，如水、乙醇以及二氯甲烷等[12]。

超臨界流體萃取法作為近段時(shí)間發(fā)展起來(lái)的一種集萃取、分離一體的新型提取技術(shù)，具有很多優(yōu)點(diǎn)，如提取條件簡(jiǎn)單、有效成分易保護(hù)、試劑消耗少、速率快、溶劑幾乎無(wú)殘留等。但此方法需要高壓力環(huán)境，儀器設(shè)備昂貴且維護(hù)成本高的缺點(diǎn)也是造成該方法無(wú)法大規(guī)模使用的原因。

Veggi等[13]在提取孿葉蘇木樹(shù)皮中原花青素采用超臨界流體提取法，最終結(jié)果表明：超臨界流體為CO2和水（9∶1，V∶V），在323 K和35 MPa時(shí)，提取率為24%，總酚含量高達(dá)335 mg/g。

張相等[14]利用超臨界CO2提取落葉松樹(shù)皮原花青素。工藝條件為溫度30 ℃，壓力30 MPa，乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，顆粒度40～60目，得率20.6%，原花青素含量約75%。

1.6　其他方法

除了上述5種提取方法外，國(guó)內(nèi)外提取花青素還有加壓溶劑萃取法（PSE）和離子液體[15]等提取方法。

（1）加壓溶劑萃取又稱(chēng)快速溶劑萃?。ˋSE）和加壓液體萃?。≒LE），此法通過(guò)外來(lái)壓力提高溶劑的沸點(diǎn)，從而增加物質(zhì)的溶解度以及萃取效率。該方法主要用于提取食品中功能成分，如黃酮類(lèi)化合物、酚類(lèi)物質(zhì)以及其他抗氧化活性成分[16]。

（2）離子液體是一種新的綠色介質(zhì)，在提取過(guò)程中可以替代有機(jī)溶劑。它具備液態(tài)溫度范圍廣，高溫下穩(wěn)定，對(duì)有機(jī)物、無(wú)機(jī)物具有良好的溶解性等特點(diǎn)。在離子液體中，咪唑類(lèi)離子液體是最為穩(wěn)定的離子液體，在輔助乙醇提取法時(shí)可以提高原花青素的提取效率。如價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好的1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽（[Bmim]Cl），可以較有效地提高原花青素的提取效率[17]。

2　花青素提取方法的展望

根據(jù)現(xiàn)行方法，花青素提取方法的主要研究趨勢(shì)如下：①通過(guò)新型方法整合，通過(guò)各種新型方法的優(yōu)點(diǎn)來(lái)彌補(bǔ)各種方法的不足，進(jìn)而提高花青素的提取效率。②使用非試劑提取生物活性物質(zhì)是一種發(fā)展趨勢(shì)，該方法可以減少試劑對(duì)人體和環(huán)境的危害。同時(shí)，目前的研究的提取方法主要是針對(duì)花青素總量，而對(duì)于一些特定的花青素的提取方法發(fā)展空間還有待進(jìn)一步研究。

隨著對(duì)花青素研究和綠色環(huán)保的提取技術(shù)的不斷發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)更多、更環(huán)保的花青素提取方法，同時(shí)也會(huì)不斷優(yōu)化現(xiàn)在已有的方法，并形成一定的標(biāo)準(zhǔn)，這些趨勢(shì)必將為花青素在食品和化妝品等方面的利用提供技術(shù)支持和理論基礎(chǔ)。這些方法都將為便捷高效提取花青素提供參考，也為我國(guó)科研人員開(kāi)發(fā)新的提取方法提供強(qiáng)有力的理論實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。隨著新型環(huán)保的科學(xué)技術(shù)不斷向前發(fā)展，花青素的提取方法將得到更加深層次的研發(fā)，各種有效、快速的方法將會(huì)不斷被發(fā)現(xiàn)。