花青素的提取方法及應(yīng)用研究進展

李小東，王鈺，效碧亮，巨婷婷，李剛剛

(蘭州理工大學(xué) 技術(shù)工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

花青素(Anthocyanidin)，又名花色素，為3，5，7-三羥基-2-苯基苯并吡喃陽離子結(jié)構(gòu)，是一種廣泛存在于自然界植物中的水溶性天然色素，同時也是構(gòu)成花瓣和果實顏色的主要色素之一，屬于黃酮類化合物?；ㄇ嗨剡@個名稱是Marquart在1835年給車矢菊花朵中提取出的藍色物質(zhì)命名的時候提出來的，并且沿用至今現(xiàn)在為同類物質(zhì)的統(tǒng)稱[1]。

1947年法國波爾多大學(xué)(University of Bordeaux)馬斯魁勒首次在給牲畜吃的花生皮和花生仁的包衣中發(fā)現(xiàn)了一種沒有毒的非常苦澀的“神秘物質(zhì)”，這種“神秘物質(zhì)”就是花青素?；ㄇ嗨刂饕蕴擒盏男问酱嬖谟谠S多植物的細(xì)胞液中，之后花青素被科學(xué)家陸續(xù)在藍莓、茶葉、葡萄等植物中發(fā)現(xiàn)?；ㄇ嗨嘏c糖類以糖苷鍵結(jié)合而形成的一類化合物叫做花色苷，是1835年被Marquart首次提出來的[2]。目前為止，在化學(xué)上已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的花青素有20多種，其中的車矢菊色素、天竺葵色素、飛燕草色素、錦葵色素、芍藥色素、牽?；ㄉ厥且蕴擒諡橹饕嬖谛问降某Ｒ姷目墒秤玫幕ㄇ嗨?。

1 提取方法

花青素是一種極性化合物，既能溶于水，又能溶于有機極性溶劑，因此，以此作為基礎(chǔ)的花青素的提取方法主要有水提取法和溶劑提取法。

1.1 水提取法

劉強[3]在花青素提取工藝的研究進展中提到水提取法的優(yōu)點是生產(chǎn)過程無毒無害，工藝流程簡單，水作為提取劑方便易得，價格便宜，不需要回收，便于實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)化。缺點是提取率低，提取周期長，原料利用率低，雜質(zhì)含量大，浪費嚴(yán)重造成的經(jīng)濟效益低。

1.2 溶劑提取法

溶劑提取法是將原料通過粉碎后加入提取溶劑進行浸提的操作，為了避免在提取過程中花青素被分解，有學(xué)者提出浸提之前把原材料低溫處理[4]；由于花青素在酸性條件下比較穩(wěn)定，為了防止花青素分解，通常也會加入一些有機酸或者無機酸，例如甲酸、乙酸、鹽酸等。溶劑提取法作為目前工業(yè)上和實驗室應(yīng)用較為普遍的提取花青素的方法之一，有較強的適用能力與靈活性，常以有機溶劑為有效的提取劑，目前常用的有機溶劑包括甲醇、乙醇等。

陳華等[5]以甲醇為提取溶劑對南果梨紅果皮中的花青素進行提取，最終確定的最佳工藝為在50 ℃，pH=4，0.1%的鹽酸-甲醇溶液以1∶4的料液比的條件下浸提2次共240 min，提取量可以達到40 mg 花青素/g原料。

劉振華等[6]以乙醇為提取劑優(yōu)化黑枸杞中花青素的提取工藝時發(fā)現(xiàn)，在提取溫度為55 ℃，70%的乙醇溶液，物料比為1∶13提取2.5 h時，此時達到最大提取率0.424%。

溶劑提取法的優(yōu)點是設(shè)備要求低，工藝簡便，操作簡單，提取效率相比水提取法要高。缺點是有機溶劑溶解的不止是花青素，還有其他物質(zhì)所以導(dǎo)致提取出的產(chǎn)物含雜量大，提取時間長，相比于當(dāng)下新的提取工藝，提取效率低；若將提取出的花青素用于食品工業(yè)時，則對所用溶劑的要求必須是無毒且最終產(chǎn)物純度高。

1.3 輔助提取法

1.3.1 微波輔助提取法 微波輔助提取法(Microwave assisted extraction)，簡稱MAE，作為一種新型的萃取技術(shù)在花青素的提取工藝中發(fā)揮著越來越重要的作用，這種方法的基本原理是在微波場中，吸收微波能力的差異使得基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使得被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離，進入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對差的萃取溶劑中。

張曉靜等[7]利用微波輔助乙醇溶劑提取釀酒葡萄籽中的花青素時，實驗數(shù)據(jù)表明：微波時間5 min時，體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇，料液比為1∶10(g/mL)，微波功率為600 W的條件下，釀酒葡萄籽原花青素的得率為5.09%。

賈士芳等[8]在不同方法提取玉米花青素的對比研究一文中對熱水浸提、直接酸解、微波輔助和超聲波輔助法4種提取方法對玉米穗花青素的提取的結(jié)果，結(jié)果表示：在4種方法所用的時間分別為720，360，7，40 min，提取溫度為65，60，40，50 ℃時，花青素的提取率分別為7.85%，12.11%，16.78%，18.42%。由此得出結(jié)論，微波提取法相比其他方法更具有優(yōu)勢。

微波輔助提取法的優(yōu)點是提取時間短，溶劑的消耗量比較少，穿透性、專屬性強、提取效率高等，由于以上優(yōu)點，這種方法受到越來越多科研工作者的提倡與使用。但是這種方法必須以極性溶劑作為提取劑，設(shè)備費用高，所以在實際的生產(chǎn)過程中用的不多，目前多用于實驗室研究且在使用過程中一定要加強安全意識[4，9]。

1.3.2 超聲波輔助提取法 超聲波提取法的原理是利用超聲波具有的機械效應(yīng)、空化效應(yīng)和熱效應(yīng)，通過增大介質(zhì)分子的運動速度、增大介質(zhì)的穿透力以提取生物有效成分。目前這一方法被廣泛應(yīng)用于中草藥、植物油、植物細(xì)胞中多酚、多糖、等生物活性物質(zhì)的提取。

付莉等[10]在紫茄皮紅色素超聲波提取工藝及其性質(zhì)的研究中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)超聲波功率為150 W，以4.5%的檸檬酸為提取劑，料液比為1∶200時，在60 ℃下提取40 min達到最優(yōu)提取工藝。顧紅梅等[11]在對紫薯中花青素的超聲波提取工藝中得出結(jié)論：料液比為1∶40時，以0.1%HCl∶95%CH3COOH=4∶6(體積比)為提取劑，在溫度為60 ℃下以40 Hz的頻率超聲波提取30 min，一次可達到89.45%的提取率。

這種方法的優(yōu)點是利用超聲波的熱效應(yīng)、強振動和強空化效應(yīng)的特點加速了植物中花青素進去提取溶劑的速度，提取時間短、溫度低，效率高，設(shè)備簡單操作方便，對環(huán)境污染小，容易實現(xiàn)工業(yè)化等。缺點是此方法使用的有機溶劑過多，因此需要對有機溶劑進行有效的回收處理，減少對環(huán)境的負(fù)擔(dān)，另外有機溶劑多具有易燃易爆的特點，所以在實際的生產(chǎn)過程中必須考慮設(shè)備的安全性[3，4，12]。

1.3.3 其他提取方法 超臨界流體萃取(Supercritical Fluid Extraction)，簡稱SFE。這種方法是以超臨界狀態(tài)下的流體為溶劑，利用它的高滲透性和高溶解性來提取分離混合物的過程。在超臨界的狀態(tài)下，流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性的將極性不同、沸點不同和分子質(zhì)量大小也不同的物質(zhì)依次萃取出來。然都對超臨界流體進行減壓、升溫的操作使其變?yōu)槠胀怏w，而被萃取的物質(zhì)則自動地完全(或基本)析出從而達到分離提純的目的，并且將萃取和分離兩個過程合為一體[13]。目前常見的超臨界流體有二氧化碳、氨、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、乙醇和水等。而CO2由于對萃取分離有機溶液有利，且具有不燃不爆無毒，穩(wěn)定廉價無腐蝕，化學(xué)性能良好還容易與萃取物質(zhì)分離的優(yōu)點越來越得到人們的關(guān)注[14]。

超高壓提取法是近年來廣泛受到關(guān)注的新的提取技術(shù)之一，因其具有耗時短，能耗低，溶劑消耗量少，雜質(zhì)組分析出量少，環(huán)保等優(yōu)點受到廣大科研工作者的青睞。

亞臨界水提取法，在374.2 ℃，22.1 MPa的高溫，高壓下，可以形成既不是液體又不是氣體的第四狀態(tài)，這種狀態(tài)被稱為“超臨界狀態(tài)”，此狀態(tài)下的水稱為“超臨界水”。溫度和壓力略低于超臨界狀態(tài)的溫度和壓力的水被稱為“亞臨界水”。這兩種狀態(tài)下的水都具有強烈溶解有機物和強分解能力等特點[15]。利用這些特點來提取有效成分的方法被稱為亞臨界水提取法。這種方法的優(yōu)點是亞臨界水提取法是不使用酸、堿和催化劑的水在高溫高壓下的處理技術(shù)，因此這一方法又被稱之為“綠色的處理法”。此外，這種方法提取可以在數(shù)秒鐘到數(shù)分鐘的短時間內(nèi)完成，故而具有可以進行連續(xù)處理的優(yōu)點。

2 花青素的保健應(yīng)用

2.1 花青素的抗氧化作用

因為花青素具有很好的抗氧化性，在藥品、食品等領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用空間?；ㄇ嗨氐目寡趸韺嵸|(zhì)上是其結(jié)構(gòu)中的酚羥基和人體內(nèi)的自由基分子發(fā)生反應(yīng)生成一種半醌式自由基從而減少體內(nèi)的自由基從而達到抗氧化的目的。并且花青素在人體內(nèi)可以長時間存在，所以其在人體內(nèi)對自由基的消除作用大大增強。

劉超[16]將從紫甘薯中提取的花青素與常見的抗氧化劑(抗壞血酸、α-生物酚、BHA)進行對比。最終的結(jié)果表明：花青素?fù)碛兄瑥姷那宄蹶庪x子、羥基自由基和DPPH自由基的能力。陳健等[17]在對藍莓花青素提取液的抗氧化性進行研究時發(fā)現(xiàn)：藍莓花青素有比較強的清除DPPH自由基的能力，且隨著濃度的增加，對自由基的清除率也增加。當(dāng)提取液的濃度達到0.3 mg/mL時，花青素對自由基的清除率最低可以達到85%。

2.2 花青素抗抑郁的作用

研究發(fā)現(xiàn)，富含花青素的植物或其提取物對抑郁癥癥狀有極好的改善作用。近年來，采用花青素對慢性應(yīng)激模型動物進行直接的干預(yù)研究也證實：花青素具有抗抑郁的作用。戰(zhàn)麗等[18]在原花青素抗抑郁作用的研究進展中提到：在經(jīng)典的小白鼠懸尾試驗和強迫游泳實驗中，對小白鼠急性給藥花青素60 min后發(fā)現(xiàn)：原花青素可以顯著拮抗強迫游泳實驗中的小鼠不動或絕望行為，顯著減少小鼠不動的時間抑制達27.7%。

2.3 花青素對神經(jīng)系統(tǒng)疾病的作用

2.3.1 花青素對腦動脈粥樣硬化癥修復(fù)的作用 腦動脈粥樣硬化癥是腦血管疾病的重要發(fā)病基礎(chǔ)，其中血管壁膽固醇的積蓄和炎癥反復(fù)發(fā)作是腦動脈粥樣硬化癥產(chǎn)生與發(fā)展的主要環(huán)節(jié)，而葡萄籽原花青素(GSPE)對動脈結(jié)構(gòu)具有修復(fù)和保護作用從而減少動脈粥樣硬化的形成[19]。

2.3.2 花青素對脊髓損傷恢復(fù)的作用 陳春梅等[20]發(fā)現(xiàn)原花青素可以提高脊髓損傷后的血清SOD活性，抑制MDA的含量，促進腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達。以上說明花青素可以促進脊髓損傷后運動功能的恢復(fù)。

2.3.3 花青素對神經(jīng)系統(tǒng)其他疾病的作用 在病理性神經(jīng)疼痛方面，鄧雪婷等[21]對大鼠坐骨神經(jīng)慢性壓迫模型進行了研究，研究發(fā)現(xiàn)花青素對正常小鼠的基礎(chǔ)痛域并沒有明顯的影響，但是可以明顯抑制CCI導(dǎo)致的熱痛覺過敏，而且鎮(zhèn)痛作用持續(xù)的時間明顯長于嗎啡的持續(xù)時間，他們認(rèn)為這可能和花青素的抗氧化自由基作用相關(guān)。

3 展望

花青素具有抗氧化、抗抑郁以及對神經(jīng)系統(tǒng)保護等作用，廣泛存在于自然界植物中的物質(zhì)，其種類多，來源廣，應(yīng)用范圍大，保健應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挕鹘y(tǒng)的提取工藝有著能耗大、效率低、毒害大、設(shè)備費用高、操作危險等缺點，這些缺點決定它已經(jīng)越來越無法滿足需求。因此，研究和推廣更多新型、高效、節(jié)能、綠色經(jīng)濟的提取方式已經(jīng)迫在眉睫。隨目前人們對花青素的應(yīng)用領(lǐng)域的研究越來越廣，它的用途也會越來越多，研究更多種類的花青素的必要性也越來越大。因此花青素的提取及保健應(yīng)用研究有著巨大的潛力。