天然植物花色苷研究进展

摘 要：花色苷是花青素的显色成分，存在于很多植物体内，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、鉴别及定量分析、生物学特性研究进展，并展望了花色苷在食品中的应用。

关键词：花色苷；研究进展；应用

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 花色苷简介

花青素具有典型的类黄酮结构，主要以植物色素的形式存在，可显现出红色、蓝色和紫色，以糖苷形式广泛分布于有色水果中，特别是浆果，其显色成分为花色苷。研究发现花色苷的抗氧化能力较强，具有抗癌、抗肥胖、抗糖尿病以及预防DNA损伤等效用。因此，富含花青素的食物具有良好保健功效，经常食用能有效降低患慢性疾病的风险。

目前，已有500余种天然花色苷被发现，涉及27个科，72个属。已知的花青素包括天竺葵色素、飞燕草色素、芍药素、牵牛花素以及锦葵素等。花青素与糖以糖苷键的形式结合生成花色苷，存在植物的不同部位。结合糖有葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖等单糖以及鼠李葡萄糖、龙胆二糖、槐二糖等二糖类。目前，研究较多的是越橘、葡萄、桑甚、笃斯越橘、樱桃及草莓等浆果中的花色苷，主要应用于饮料、酒类、水果制品等食品的上色方面。植物叶中也存在花色苷，如从紫甘蓝叶中提取、精制而成的紫甘蓝花色苷，类似地从植物叶中提取得到的还有菟菜花色苷、紫苏花色苷等，但这几类植物花色苷在我国并未作为着色剂被批准使用。部分植物根块中也存在花色苷，如较为常见的从甘薯根块中提取得到的紫甘薯色素。有研究表明，由于酰基与2-苯基苯并（喃）离子吡啶环的叠加，降低了水的亲核攻击敏感性以及假碱或查尔酮的形成，酰化的花青素分子可以提高色素在加工过程中的稳定性和存储期限。这些发现加速了以对酰基花青素为基础的食品色素的研究，花色苷广泛存在于被子植物的果实、花、茎、叶、根器官的细胞液中，受pH值或金属离子的影响而呈现出不同的色泽，最具代表性的为红色、紫红色、蓝色。花色苷作为一种黄酮类化合物，具有强抗氧化性、抗癌及抗炎功能，因此被广泛应用于食品、保健品、化妆品、医药等领域中。

2 花色苷提取方法研究

常见的花色苷提取方式有超声、微波、超临界流体萃取等。不同的提取方式在效率、成本、效能上均有不同，而提取方式的选取依赖于提取化合物的目的及其理化特点。当用于含量或鉴别分析时，不宜破坏其结构，而如果将花色苷作为着色剂来提取，则可优化其工艺参数以得到最佳得率和最高的色素稳定性。

较为传统的花色苷提取法为溶剂直提法。花色苷中的糖基结构决定了其在极性溶剂中的溶解度较好。常见的提取试剂为水和乙醇、甲醇、丙酮以一定比例混合后的溶液。此外，由于花色苷稳定性受pH值影响较大，常在提取试剂中加入一定量的强酸或中强酸以调节提取环境的pH值，保证花色苷的提取效率和稳定性能。

花青素以不同形式存在于植物组织中。在酸性环境中，花青素的主要存在形式为黄酮离子，在水溶液中呈红色。在较高的pH值下，黄酮离子转化为其他无色的化合物，在某些条件下，这种转化几乎是不可逆的[1]。黄酮类阳离子在高酸性介质下稳定，这种化学特性使得提取试剂常采用含有有机酸的溶剂。近20年来，超声辅助提取技术高速发展并得到了普遍应用，是一种节能高效的提取手段。超声辅助提取所需时间相对较短，提取温度低，而提取效率较高，这使得其在萃取热敏性提取物上具备天然的优势。相比于传统溶剂提取法，超声辅助提取法更能有效地提取黑加仑、甜樱桃和黑莓等中的花青素。近年来，超声波辅助提取被用于提取几种黑莓中的花青素，并研究了用不同方法提取的花青素的组成、稳定性、抗氧化和抗癌性能。微波辅助萃取是利用微波能量加热与样品接触的溶剂从而将目标物从样品基质中分离到溶剂中的过程。LI等[2]通过匀浆-微波辅助提取法优化了黑醋栗果实中黄酮醇和花青素的提取工艺参数。以黄酮醇和花青素得率为指标，考察了影响提取效率的因素。与常规提取工艺相比，在较短的提取时间内，黄酮醇和花青素的提取率较高。ZHENG等[3]研究了微波辅助提取蓝莓粉中花青素的工艺特点及最佳工艺参数，得到关键提取参数如时间、温度、乙醇浓度、料液比对花青素提取率的影响呈现先正后负变化趋势的结论。

3 花色苷的理化性质和稳定性研究

花色苷可溶于水、乙醇溶液，溶解度因种类的不同而有差异。由于不同花青素的羟基、甲氧基以及与糖结合的位置数目不同，不同植物提取物的颜色也不同，如深红色可能表明含有较多的芍药色素，红色则表示飞燕草素、矮牵牛素含量较高。同时，花色苷的呈色受pH值影响较大，当pH值为酸性时，一般为红色，当pH值上升时，可能由红色转为紫色，并且发生结构性的变化。

花色苷类色素的稳定性受到很多因素的影响，如日照、氧气、温度、酸度及金属离子。一般认为，糖苷配基的羟基化程度与花色苷稳定性下降有关，反之糖基化、酰基化以及甲基化可提高花色苷的稳定性。大部分花色苷的稳定性受光和热影响较大，但也有少量对光和热稳定的花色苷，如紫甘薯色素、高粱红色素、板栗皮棕色素等。pH值也是影响花色苷稳定性的重要因素。花色苷一般在pH值低于4的酸性条件下比较稳定，但也有稳定范围较宽的花色苷，如山竹壳色素和板栗皮棕色素。此外，金属离子、有机酸、还原糖、酚类、抗坏血酸、防腐剂和抗氧化剂等都在一定程度上影响花色苷类色素的稳定性。研究表明，有机酸、糖和酚类有利于花色苷的稳定，而亚硫酸钠、双氧水和抗坏血酸使得花色苷显色变淡，金属离子Zn2+等在浓度较低时可以起到增色作用，Fe3+、Fe2+则有减色效果。

4 花色苷的鉴别及定量分析

花色苷的鉴定方法主要有高效液相色谱、红外光谱、核磁共振、紫外-可见光谱以及质谱等。随着科技的不断进步，现更倾向于将多种手段相结合进行分离鉴别。

（1）纸色谱法。纸色谱法是一种最早使用的花色苷定性方法，是通过对照比移值的差异来估算植物提取物中花色苷的类别。纸色谱法的缺点是耗时长且定量困难。郭庆启等[4]建立了纸色谱对树脂纯化后的树莓花色苷进行分离鉴定的方法，盐酸水溶液水解后以正戊醇萃取，展开剂为甲酸盐酸水溶液，结果发现纯化后的花色苷主要成分为矢车菊和天竺葵色素。

（2）分子吸收光谱法。分子吸收光谱法是利用物质分子、原子或原子核对某一波长范围的光进行选择性吸收，对物质进行定性、定量分析，包括紫外吸收光谱法和红外吸收光谱法。

（3）紫外吸收光谱法。紫外光谱数据提供了花青素结构的重要信息[5]，也积累了较多的数据，可以对花色苷的结构有进一步的了解。

（4）质谱法。质谱法是用电场和磁场将运动的离子按质荷比分离后进行检测的方法。PAULA等[6]对10个蓝莓品种的花色苷组成进行了表征，并利用液相色谱-质谱联用法结合多元分析对结果进行了比较。

（5）核磁共振技术。核磁共振技术是化合物结构分析最准确的手段之一，对花色苷中的同分异构体及其糖苷和酰基化位点进行分析具有质谱所不具有的优势。赵昶灵等[7]利用核磁共振结合高效液相色谱和气相色谱等方法，确认了一种梅花的主要花色苷，为此种色素的研发和利用提供了研究基础。

（6）液相色谱法。液相色谱法是用液体作为流动相的色谱法。相比于其他方法，高效液相色谱法的优点是快速、灵敏、可准确定量。但在相似的分析条件下，绝对峰保留时间可能不同，且缺乏便宜易得的标准品。因此，尽管液相色谱法在定性定量上有更大优势，可对单个花色苷进行定量分析，但考虑到其标准品昂贵等因素，企业中仍常用分光光度法来进行定性定量分析。

5 花色苷的生物学特性

花色苷失去一个电子才能保持稳定，这个性质使其具有较强的抗氧化性。花色苷的抗氧化活性与其化学结构存在一定关系，改变芳香环上化学基团的位置和种类，花色苷从自由基分子接受未配对电子的能力就会发生变化，其抗氧化活性引起了许多研究者的兴趣。BERTUGLIA等[8]研究了越橘花青素对仓鼠颊囊微循环缺血再灌注损伤的影响。结果表明，越橘花青素能够减少缺血再灌注损伤引起的微血管损伤，保护内皮细胞，减少白细胞黏附，改善毛细血管灌注。TSUDA等[9]研究证明，矢车菊素3-O-β-d-葡萄糖苷可显著抑制由肝I/R引起的血清转氨酶升高。LEILA等[10]研究发现薰衣草花在0.1%HCl/甲醇（V/V）溶液中浸渍得到的花青素提取物对氧化应激具有保护作用。Zuiki是一种芋头，新鲜Zuiki中约一半的花青素煮沸后被破坏，且清除自由基活性明显降低，说明花青素和清除自由基活性具有关联性[11]。

6 结语

花色苷食用安全性高，易上色，色价高，可用于食品着色。目前，《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760—2014）中已规定多种花色苷可用作着色剂，如越橘红、葡萄皮红、蓝锭果红等。而随着经济的发展，人们生活节奏加快，压力不断增大，各种现代慢性疾病（包括肥胖、心血管疾病、糖尿病、高血压和癌症等）的发病率不断上升。花色苷类成分具有抗氧化、抗突变、抗肿瘤、抗辐射、保护心脑血管、保护肝脏、改善视力、提高免疫、抑制肥胖、抗炎以及抗菌等功效。因此，花色苷已逐渐被用于功能性健康食品的开发，花色苷在食品中的应用极具潜力。日本、韩国、欧洲均研发了以花色苷为主要成分的保健品，部分国家已批准花青素提取物作为抗炎剂及血管保护剂。

参考文献

[1]TARO K，SUMIO K，KATSUYUKI O，et al.Hydrolysis of β-glucosyl ester linkage of p-hydroxybenzoyl β-d-glucose a chemically synthesized glucoside， by β-glucosidases[J].Journal of Bioscience and Bioengineering，2000，90（6）：614-618.

[2]LI X，CHEN F L，LI S Y，et al.An efficient homogenate-microwave-assisted extraction of flavonols and anthocyanins from blackcurrant marc： optimization using combination of Plackett-Burman design and Box-Behnken design[J].Industrial Crops and Products，2016，94：834-847.

[3]ZHENG X Z，XU X W，LIU C H，et al.Extraction characteristics and optimal parameters of anthocyanin from blueberry powder under microwave-assisted extraction conditions[J].Separation and Purification Technology，2013，104：17-25.

[4]郭庆启，张娜，付立营.大孔树脂法纯化树莓花色苷及初步鉴定[J].食品与发酵工业，2010，36（6）：171-174.

[5]VICTOR H，RONALD E W.Use of HPLC separation/photodiode array detection for characterization of anthocyanins[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2002，38（3）：708-715.