科普中國(guó)-花青素

花青素（anthocyanidin）又稱花色素，是自然界一類廣泛存在于植物中的水溶性天然色素，是花色苷水解而得的有顏色的苷元1。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物質(zhì)大部分與之有關(guān)。在植物細(xì)胞液泡不同的pH值條件下，花青素使花瓣呈現(xiàn)五彩繽紛的顏色。已知花青素有20多種，食物中重要的有6種，即天竺葵色素、矢車菊色素、飛燕草色素、芍藥色素、牽牛花色素和錦葵色素。自然狀態(tài)的花青素都以糖苷形式存在，稱為花色苷，很少有游離的花青素存在?；ㄇ嗨刂饕糜谑称分矫?，也可用于染料、醫(yī)藥、化妝品等方面。2

種類

已知天然存在的花色素有250多種，存在于27個(gè)科、73個(gè)屬的植物中。已確定的有20種花青素，在植物中常見的有6種，即天竺葵色素（Pg）、矢車菊色素（Cy）、飛燕草色素（Dp）、芍藥色素（Pn）、牽?；ㄉ兀≒t）和錦葵色素（Mv）。

結(jié)構(gòu)及特性

花青素是糖苷衍生物，基本結(jié)構(gòu)如下：

一般自然條件下游離的花青素極少見，常與一個(gè)或多個(gè)葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等通過(guò)糖苷鍵形成花色苷，花色素中的糖苷基和羥基還可以與一個(gè)或幾個(gè)分子的香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、對(duì)羥基苯甲酸等芳香酸和脂肪酸通過(guò)酯鍵形成酸基化的花色素3。

花青素分子中存在高度分子共軛體系17，含有酸性與堿性基團(tuán)，易溶于水、甲醇、乙醇、稀堿與稀酸等極性溶劑中。在紫外與可見光區(qū)域均具較強(qiáng)吸收，紫外區(qū)最大吸收波長(zhǎng)在280nm附近，可見光區(qū)域最大吸收波長(zhǎng)在500～550nm范圍內(nèi)。花青素類物質(zhì)的顏色隨pH值變化而變化，pH＜7呈紅色，pH=7～8時(shí)呈紫色，pH>11時(shí)呈藍(lán)色。4

主要來(lái)源

花青素廣泛存在于開花植物（被子植物）中，其在植物中的含量隨品種、季節(jié)、氣候、成熟度等不同有很大差別。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)：在27個(gè)科，73個(gè)屬植物中均含花青素，如紫甘薯、葡萄、血橙、紅球甘藍(lán)、藍(lán)莓、茄子、櫻桃、紅莓、草莓、桑葚、山楂、牽?；ǖ戎参锏慕M織中均有一定含量。6

最早最豐富的花青素是從紅葡萄渣中提取的葡萄皮紅色素，它于1879年在意大利上市7，該色素可通過(guò)葡萄酒酒廠的廢料-葡萄渣提取。接骨木漿果（Elderberries）中含大量的花青素，并且都是矢車菊素，每百克鮮重在200~1000 mg。另外，花青素在大麥、高粱、豆科植物等糧食作物中也廣泛存在。研究發(fā)現(xiàn)，葡萄籽與松樹皮的提取物中花青素的含量最高。6

提取方法

溶劑提取法

溶劑提取是花青素的常規(guī)提取方法，溶劑多選擇甲醇、乙醇、丙酮、水或者混合溶劑等。為了防止提取過(guò)程中非?；幕ㄇ嗨亟到?，常在提取溶劑中加入一定濃度的鹽酸或者甲酸，但在蒸發(fā)濃縮時(shí)這些酸又會(huì)導(dǎo)致?；幕ㄇ嗨夭糠只蛉康乃?。另外，對(duì)于提取物中可能含有脂溶性成分的樣品，需采用有機(jī)溶劑如正己烷、石油醚、乙醚等進(jìn)行萃取。傳統(tǒng)的溶劑提取方法提取時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率較低，且熱溶劑容易造成花青素降解以及生理活性的降低。8

國(guó)外提取花青素的傳統(tǒng)方法是采用低溫（4~8℃）或者常溫（25℃）避光條件下1%HCl甲醇溶液浸提16~20h，或者采用5%、1%的三氟乙酸的甲醇溶液，4℃條件下浸提24h。考慮到食品中殘留甲醇的毒性，也有用1%的HCl乙醇溶液代替甲醇溶液。另外為了避免?；幕ㄇ嗨氐乃?，也可選擇弱酸如酒石酸、檸檬酸代替鹽酸。而國(guó)內(nèi)則多采用熱溶劑（50~70℃）浸提1~2h的方式，溶劑可選擇不同濃度的醇溶液或酸化的水溶液。8

加壓溶劑萃取法

加壓溶劑萃取，又稱加壓液體萃?。≒ressurized Liquid Extraction，PLE）、快速溶劑萃取（Accelerated Solvent Extraction，ASE），它是通過(guò)外來(lái)壓力提高溶劑的沸點(diǎn)，進(jìn)而增加物質(zhì)在溶劑中的溶解度以及萃取效率的。

PSE技術(shù)對(duì)于食品中功能成分的提取主要集中在類黃酮、酚類物質(zhì)以及其他抗氧化活性成分的研究上。該技術(shù)在花青素的提取方面也有報(bào)道。采用此技術(shù)優(yōu)化紫甘藍(lán)中花青素的最佳提取工藝，最佳參數(shù)為：樣品215g，溫度99℃，提取時(shí)間7min，溶劑為V（水）:V（乙醇）:V（甲醇）=94:5:1。8

水溶液提取法

有機(jī)溶劑萃取的花青素多有毒性殘留且生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境污染大，有鑒于此，水溶液提取應(yīng)運(yùn)而生。該方法一般將植物材料在常壓或高壓下用熱水浸泡，然后用非極性大孔樹脂吸附；或直接使用脫氧熱水提取，再采用超濾或反滲透，濃縮得到粗提物。6

微生物發(fā)酵提取法

此方法將生物發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用于花青素的提取之中，是生物科學(xué)與化工生產(chǎn)之間的超強(qiáng)滲透與有效結(jié)合。微生物發(fā)酵法利用微生物或酶讓含有花青素的細(xì)胞胞壁降解分離，使細(xì)胞胞體內(nèi)花青素充分溶入到提取液中，從而增加提取的產(chǎn)率與速率。6

其他提取方法

包括高壓脈沖電場(chǎng)輔助提取、雙水相萃取、超高壓輔助提取。前兩種可應(yīng)用于蛋白質(zhì)、核酸、多糖的提取研究， 而超高壓輔助提取已成功用于葡萄中花青素的提取之中，且對(duì)比發(fā)現(xiàn)高壓輔助提取花青素等多酚類的效率可以提高近50%。

純化工藝

花青素的純化多采用液相萃取、固相萃取、薄板層析、柱層析、酶法、離子交換法、大孔樹脂法、膜分離和綜合技術(shù)法等。其中大孔樹脂吸附是近年來(lái)花青素提純最常用的方法之一9，而新的純化方法例如高速逆流色譜應(yīng)用、電泳法還處于起步發(fā)展階段。

鑒定方法

花青素總量測(cè)定多采用分光光度法，樣品經(jīng)沸水提取，加酸性乙醇顯色，生成特有的剛果紅，于波長(zhǎng)納米處測(cè)吸光度，該法不受黃酮苷及兒茶素的干擾，但受原花色素、花白素干擾，分析結(jié)果往往偏高，靈敏度也不夠理想，但是茶葉中花青素總量分析沿用此法。除此，還可以采用高效液體相色譜法對(duì)花青素單一成分結(jié)構(gòu)的鑒定，可以用HPLC對(duì)貴州黑糯米稻米表皮中提取的三種花青素結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定11，用UV-VIS、IR、H-NMR和HPLC等方法，對(duì)藍(lán)靛果中分離出來(lái)的純花青素（矢車菊素）的結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定12。

應(yīng)用

抗氧化及清除自由基功能

花青素屬于生物類黃酮物質(zhì)，而黃酮物質(zhì)最主要的生理活性功能是自由基清除能力和抗氧化能力。研究證明：花青素是當(dāng)今人類發(fā)現(xiàn)最有效的抗氧化劑之一，也是最強(qiáng)效的自由基清除劑之一，花青素的抗氧化性能比VE高50倍，比VC高20倍13。紫色甘薯花色苷產(chǎn)品對(duì)-OH、H2O2，等活性氧均具有清除和抑制作用，尤其對(duì)-OH的清除能力強(qiáng)于抗壞血酸，且清除作用與濃度呈劑量關(guān)系14。

抗突變功能

花青素的作用不僅使植物呈現(xiàn)五彩繽紛的顏色，也具有降低酶的活性，抗變異等保健功能的活性分子。研究表明有一定花青素濃度的提取物能有效預(yù)防不同階段癌變發(fā)生，但花青素的個(gè)體作用并不確定，部分原因是與其它酚類物質(zhì)等穩(wěn)定成分分離后進(jìn)行生物測(cè)定，花青素易降解。4

在食品中的應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)食品添加劑的安全性越來(lái)越重視，天然添加劑的開發(fā)利用已成為添加劑發(fā)展使用的總趨勢(shì)。花青素在食品中不但可作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，而且還可作為食品防腐劑代替苯甲酸等合成防腐劑，并且可作為食品著色劑應(yīng)用于平常飲料和食品，符合人們對(duì)食品添加劑天然、安全、健康的總要求15。