天然植物花色苷研究進(jìn)展

劉漾倫 徐文泱 李政

摘 要：花色苷是花青素的顯色成分，存在于很多植物體內(nèi)，具有抗氧化活性、抗癌、抗肥胖等作用。本研究概述了花色苷的分布、提取方式、鑒別及定量分析、生物學(xué)特性研究進(jìn)展，并展望了花色苷在食品中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：花色苷；研究進(jìn)展；應(yīng)用

Abstract： Anthocyanins are the chromogenic components of anthocyanins， which exist in many plants and have antioxidant activity， anti-cancer， anti-obesity and other effects. In this study， the distribution， extraction， identification， quantitative analysis and biological characteristics of anthocyanins were summarized， and the application of anthocyanins in food was prospected.

Keywords： anthocyanin; progress; application

1 花色苷簡(jiǎn)介

花青素具有典型的類黃酮結(jié)構(gòu)，主要以植物色素的形式存在，可顯現(xiàn)出紅色、藍(lán)色和紫色，以糖苷形式廣泛分布于有色水果中，特別是漿果，其顯色成分為花色苷。研究發(fā)現(xiàn)花色苷的抗氧化能力較強(qiáng)，具有抗癌、抗肥胖、抗糖尿病以及預(yù)防DNA損傷等效用。因此，富含花青素的食物具有良好保健功效，經(jīng)常食用能有效降低患慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

目前，已有500余種天然花色苷被發(fā)現(xiàn)，涉及27個(gè)科，72個(gè)屬。已知的花青素包括天竺葵色素、飛燕草色素、芍藥素、牽?；ㄋ匾约板\葵素等?；ㄇ嗨嘏c糖以糖苷鍵的形式結(jié)合生成花色苷，存在植物的不同部位。結(jié)合糖有葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖等單糖以及鼠李葡萄糖、龍膽二糖、槐二糖等二糖類。目前，研究較多的是越橘、葡萄、桑甚、篤斯越橘、櫻桃及草莓等漿果中的花色苷，主要應(yīng)用于飲料、酒類、水果制品等食品的上色方面。植物葉中也存在花色苷，如從紫甘藍(lán)葉中提取、精制而成的紫甘藍(lán)花色苷，類似地從植物葉中提取得到的還有菟菜花色苷、紫蘇花色苷等，但這幾類植物花色苷在我國(guó)并未作為著色劑被批準(zhǔn)使用。部分植物根塊中也存在花色苷，如較為常見的從甘薯根塊中提取得到的紫甘薯色素。有研究表明，由于?；c2-苯基苯并（喃）離子吡啶環(huán)的疊加，降低了水的親核攻擊敏感性以及假堿或查爾酮的形成，?；幕ㄇ嗨胤肿涌梢蕴岣呱卦诩庸み^(guò)程中的穩(wěn)定性和存儲(chǔ)期限。這些發(fā)現(xiàn)加速了以對(duì)?；ㄇ嗨貫榛A(chǔ)的食品色素的研究，花色苷廣泛存在于被子植物的果實(shí)、花、莖、葉、根器官的細(xì)胞液中，受pH值或金屬離子的影響而呈現(xiàn)出不同的色澤，最具代表性的為紅色、紫紅色、藍(lán)色。花色苷作為一種黃酮類化合物，具有強(qiáng)抗氧化性、抗癌及抗炎功能，因此被廣泛應(yīng)用于食品、保健品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域中。

2 花色苷提取方法研究

常見的花色苷提取方式有超聲、微波、超臨界流體萃取等。不同的提取方式在效率、成本、效能上均有不同，而提取方式的選取依賴于提取化合物的目的及其理化特點(diǎn)。當(dāng)用于含量或鑒別分析時(shí)，不宜破壞其結(jié)構(gòu)，而如果將花色苷作為著色劑來(lái)提取，則可優(yōu)化其工藝參數(shù)以得到最佳得率和最高的色素穩(wěn)定性。

較為傳統(tǒng)的花色苷提取法為溶劑直提法。花色苷中的糖基結(jié)構(gòu)決定了其在極性溶劑中的溶解度較好。常見的提取試劑為水和乙醇、甲醇、丙酮以一定比例混合后的溶液。此外，由于花色苷穩(wěn)定性受pH值影響較大，常在提取試劑中加入一定量的強(qiáng)酸或中強(qiáng)酸以調(diào)節(jié)提取環(huán)境的pH值，保證花色苷的提取效率和穩(wěn)定性能。

花青素以不同形式存在于植物組織中。在酸性環(huán)境中，花青素的主要存在形式為黃酮離子，在水溶液中呈紅色。在較高的pH值下，黃酮離子轉(zhuǎn)化為其他無(wú)色的化合物，在某些條件下，這種轉(zhuǎn)化幾乎是不可逆的[1]。黃酮類陽(yáng)離子在高酸性介質(zhì)下穩(wěn)定，這種化學(xué)特性使得提取試劑常采用含有有機(jī)酸的溶劑。近20年來(lái)，超聲輔助提取技術(shù)高速發(fā)展并得到了普遍應(yīng)用，是一種節(jié)能高效的提取手段。超聲輔助提取所需時(shí)間相對(duì)較短，提取溫度低，而提取效率較高，這使得其在萃取熱敏性提取物上具備天然的優(yōu)勢(shì)。相比于傳統(tǒng)溶劑提取法，超聲輔助提取法更能有效地提取黑加侖、甜櫻桃和黑莓等中的花青素。近年來(lái)，超聲波輔助提取被用于提取幾種黑莓中的花青素，并研究了用不同方法提取的花青素的組成、穩(wěn)定性、抗氧化和抗癌性能。微波輔助萃取是利用微波能量加熱與樣品接觸的溶劑從而將目標(biāo)物從樣品基質(zhì)中分離到溶劑中的過(guò)程。LI等[2]通過(guò)勻漿-微波輔助提取法優(yōu)化了黑醋栗果實(shí)中黃酮醇和花青素的提取工藝參數(shù)。以黃酮醇和花青素得率為指標(biāo)，考察了影響提取效率的因素。與常規(guī)提取工藝相比，在較短的提取時(shí)間內(nèi)，黃酮醇和花青素的提取率較高。ZHENG等[3]研究了微波輔助提取藍(lán)莓粉中花青素的工藝特點(diǎn)及最佳工藝參數(shù)，得到關(guān)鍵提取參數(shù)如時(shí)間、溫度、乙醇濃度、料液比對(duì)花青素提取率的影響呈現(xiàn)先正后負(fù)變化趨勢(shì)的結(jié)論。

3 花色苷的理化性質(zhì)和穩(wěn)定性研究

花色苷可溶于水、乙醇溶液，溶解度因種類的不同而有差異。由于不同花青素的羥基、甲氧基以及與糖結(jié)合的位置數(shù)目不同，不同植物提取物的顏色也不同，如深紅色可能表明含有較多的芍藥色素，紅色則表示飛燕草素、矮牽牛素含量較高。同時(shí)，花色苷的呈色受pH值影響較大，當(dāng)pH值為酸性時(shí)，一般為紅色，當(dāng)pH值上升時(shí)，可能由紅色轉(zhuǎn)為紫色，并且發(fā)生結(jié)構(gòu)性的變化。

花色苷類色素的穩(wěn)定性受到很多因素的影響，如日照、氧氣、溫度、酸度及金屬離子。一般認(rèn)為，糖苷配基的羥基化程度與花色苷穩(wěn)定性下降有關(guān)，反之糖基化、?；约凹谆商岣呋ㄉ盏姆€(wěn)定性。大部分花色苷的穩(wěn)定性受光和熱影響較大，但也有少量對(duì)光和熱穩(wěn)定的花色苷，如紫甘薯色素、高粱紅色素、板栗皮棕色素等。pH值也是影響花色苷穩(wěn)定性的重要因素。花色苷一般在pH值低于4的酸性條件下比較穩(wěn)定，但也有穩(wěn)定范圍較寬的花色苷，如山竹殼色素和板栗皮棕色素。此外，金屬離子、有機(jī)酸、還原糖、酚類、抗壞血酸、防腐劑和抗氧化劑等都在一定程度上影響花色苷類色素的穩(wěn)定性。研究表明，有機(jī)酸、糖和酚類有利于花色苷的穩(wěn)定，而亞硫酸鈉、雙氧水和抗壞血酸使得花色苷顯色變淡，金屬離子Zn2+等在濃度較低時(shí)可以起到增色作用，F(xiàn)e3+、Fe2+則有減色效果。

4 花色苷的鑒別及定量分析

花色苷的鑒定方法主要有高效液相色譜、紅外光譜、核磁共振、紫外-可見光譜以及質(zhì)譜等。隨著科技的不斷進(jìn)步，現(xiàn)更傾向于將多種手段相結(jié)合進(jìn)行分離鑒別。

（1）紙色譜法。紙色譜法是一種最早使用的花色苷定性方法，是通過(guò)對(duì)照比移值的差異來(lái)估算植物提取物中花色苷的類別。紙色譜法的缺點(diǎn)是耗時(shí)長(zhǎng)且定量困難。郭慶啟等[4]建立了紙色譜對(duì)樹脂純化后的樹莓花色苷進(jìn)行分離鑒定的方法，鹽酸水溶液水解后以正戊醇萃取，展開劑為甲酸鹽酸水溶液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)純化后的花色苷主要成分為矢車菊和天竺葵色素。

（2）分子吸收光譜法。分子吸收光譜法是利用物質(zhì)分子、原子或原子核對(duì)某一波長(zhǎng)范圍的光進(jìn)行選擇性吸收，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析，包括紫外吸收光譜法和紅外吸收光譜法。

（3）紫外吸收光譜法。紫外光譜數(shù)據(jù)提供了花青素結(jié)構(gòu)的重要信息[5]，也積累了較多的數(shù)據(jù)，可以對(duì)花色苷的結(jié)構(gòu)有進(jìn)一步的了解。

（4）質(zhì)譜法。質(zhì)譜法是用電場(chǎng)和磁場(chǎng)將運(yùn)動(dòng)的離子按質(zhì)荷比分離后進(jìn)行檢測(cè)的方法。PAULA等[6]對(duì)10個(gè)藍(lán)莓品種的花色苷組成進(jìn)行了表征，并利用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法結(jié)合多元分析對(duì)結(jié)果進(jìn)行了比較。

（5）核磁共振技術(shù)。核磁共振技術(shù)是化合物結(jié)構(gòu)分析最準(zhǔn)確的手段之一，對(duì)花色苷中的同分異構(gòu)體及其糖苷和?；稽c(diǎn)進(jìn)行分析具有質(zhì)譜所不具有的優(yōu)勢(shì)。趙昶靈等[7]利用核磁共振結(jié)合高效液相色譜和氣相色譜等方法，確認(rèn)了一種梅花的主要花色苷，為此種色素的研發(fā)和利用提供了研究基礎(chǔ)。

（6）液相色譜法。液相色譜法是用液體作為流動(dòng)相的色譜法。相比于其他方法，高效液相色譜法的優(yōu)點(diǎn)是快速、靈敏、可準(zhǔn)確定量。但在相似的分析條件下，絕對(duì)峰保留時(shí)間可能不同，且缺乏便宜易得的標(biāo)準(zhǔn)品。因此，盡管液相色譜法在定性定量上有更大優(yōu)勢(shì)，可對(duì)單個(gè)花色苷進(jìn)行定量分析，但考慮到其標(biāo)準(zhǔn)品昂貴等因素，企業(yè)中仍常用分光光度法來(lái)進(jìn)行定性定量分析。

5 花色苷的生物學(xué)特性

花色苷失去一個(gè)電子才能保持穩(wěn)定，這個(gè)性質(zhì)使其具有較強(qiáng)的抗氧化性?；ㄉ盏目寡趸钚耘c其化學(xué)結(jié)構(gòu)存在一定關(guān)系，改變芳香環(huán)上化學(xué)基團(tuán)的位置和種類，花色苷從自由基分子接受未配對(duì)電子的能力就會(huì)發(fā)生變化，其抗氧化活性引起了許多研究者的興趣。BERTUGLIA等[8]研究了越橘花青素對(duì)倉(cāng)鼠頰囊微循環(huán)缺血再灌注損傷的影響。結(jié)果表明，越橘花青素能夠減少缺血再灌注損傷引起的微血管損傷，保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞，減少白細(xì)胞黏附，改善毛細(xì)血管灌注。TSUDA等[9]研究證明，矢車菊素3-O-β-d-葡萄糖苷可顯著抑制由肝I/R引起的血清轉(zhuǎn)氨酶升高。LEILA等[10]研究發(fā)現(xiàn)薰衣草花在0.1%HCl/甲醇（V/V）溶液中浸漬得到的花青素提取物對(duì)氧化應(yīng)激具有保護(hù)作用。Zuiki是一種芋頭，新鮮Zuiki中約一半的花青素煮沸后被破壞，且清除自由基活性明顯降低，說(shuō)明花青素和清除自由基活性具有關(guān)聯(lián)性[11]。

6 結(jié)語(yǔ)

花色苷食用安全性高，易上色，色價(jià)高，可用于食品著色。目前，《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760—2014）中已規(guī)定多種花色苷可用作著色劑，如越橘紅、葡萄皮紅、藍(lán)錠果紅等。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活節(jié)奏加快，壓力不斷增大，各種現(xiàn)代慢性疾?。òǚ逝?、心血管疾病、糖尿病、高血壓和癌癥等）的發(fā)病率不斷上升?；ㄉ疹惓煞志哂锌寡趸?、抗突變、抗腫瘤、抗輻射、保護(hù)心腦血管、保護(hù)肝臟、改善視力、提高免疫、抑制肥胖、抗炎以及抗菌等功效。因此，花色苷已逐漸被用于功能性健康食品的開發(fā)，花色苷在食品中的應(yīng)用極具潛力。日本、韓國(guó)、歐洲均研發(fā)了以花色苷為主要成分的保健品，部分國(guó)家已批準(zhǔn)花青素提取物作為抗炎劑及血管保護(hù)劑。

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作者簡(jiǎn)介：劉漾倫（1990—），女，湖南長(zhǎng)沙人，碩士，工程師。研究方向：食品安全質(zhì)量控制。