花青素的生理功能及其在乳品工業中的應用

文 / 武學寧 劉瑞敏 劉成玉 高智利 郝素梅 潘玉喜

（1內蒙古包頭輕工職業技術學院乳品工程學院；2內蒙古包頭騎士乳業有限責任公司）

花青素（Anthocyanidins）屬酚類化合物中的類黃酮類，是一種水溶性色素，其色澤隨pH不同而改變，由此賦予了自然界許多植物明亮而鮮艷的顏色。目前發現花青素類色素廣泛存在于紫甘薯、葡萄、血橙、紅球甘藍、藍莓、茄子皮、櫻桃、紅橙、紅莓、草莓、桑葚、山楂皮、紫蘇、牽牛花等植物組織的表面細胞與下表皮層[1]。花青素作為一種天然食用色素，安全、無毒、資源豐富，而且具有一定營養和藥理作用，在食品、化妝、醫藥方面有著巨大應用潛力。

1 花青素的結構

花青素具有類黃酮的典型結構，2-苯基苯并吡喃陽離子的衍生物[1]，以C6-C3-C6為基本骨架。花青素的結構如圖1所示。

現有資料表明花青素有20 余種，在植物中常見的有6 種[2]，表1所示為食品中常見的花青素。

圖1 花青素的結構

表1 植物中常見的花青素

2 花青素的化學特性

花青素溶于水和乙醇，不溶于乙醚、氯仿等有機溶劑，遇醋酸鉛試劑會沉淀，并能被活性炭吸附，其顏色隨pH值不同而改變[3]。在酸性條件下顯色較好，呈紅色，在中性、近中性條件下呈無色。在植物體內，花青素常與各種單糖結合形成糖苷，稱為花色苷（Anthocyanin）[3]。

3 花青素的提取方法

提取是分離、純化和利用花青素的主要環節。花青素提取方法是近年來花青素研究領域較為活躍的一個方面，有關的研究報道較多，一些新的提取方法如微波、超聲波、超高壓等都得到了應用。

3.1 有機溶劑萃取法

溶劑提取是花青素的常規提取方法，多數選擇甲醇、乙酮、丙酮或它們的混合溶劑對材料中的花青素進行溶解過濾，通過酸或堿調節溶液酸堿度萃取濾液中的花青素。有機溶劑萃取法已成功地應用于葡萄籽、石榴皮、藍莓等絕大多數含花青素物質的提取分離[4]。

傳統的溶劑提取方法提取時間長，生產效率較低，且熱溶劑容易造成花青素降解以及生理活性的降低。另外，有機溶劑萃取的花青素多有毒性殘留且生產過程對環境污染大，因此有研究者提出了水溶液提取法。

3.2 水溶液提取法

該方法一般是在常壓或高壓下用熱水浸泡含花青素的原材料，然后用非極性大孔樹脂進行吸附；或直接使用脫氧熱水提取，再采用超濾或反滲透經濃縮得到粗提物。此法又稱為加壓溶劑萃取、加壓液體萃取。水溶液提取法法設備簡單，無污染，產品無毒，但提取出來的花青素純度低[5]。

3.3 超臨界流體輔助提取

超臨界流體萃取是利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行提取。在超臨界狀態下，將超臨界流體與待分離的物質接觸，使其有選擇性地把極性大小、沸點高低和分子量大小不同的成分依次萃取出來[6]。

超臨界流體萃取法最大的優點是產品提取率高，可以低溫操作，避免了不飽和脂肪酸的氧化分解，溶劑無殘留，且作為超臨界流體的CO2易得，萃取能耗低。與溶劑提取法相比，省去了溶劑回收以及精煉過程，從而降低了成本，容易實現工業化生產。

3.4 微生物發酵或酶解法

此法是利用微生物或酶的作用將細胞壁成分降解，讓胞內的花青素成分迅速滲透擴散出來，以利于提取，從而增加了提取的產率與速率[6]。

4 花青素的生理功能

現代醫學試驗證明花青素對人體具有多種醫療保健作用。它是一種強有力的抗氧化劑，能夠保護人體免受自由基的損傷，花青素還能夠增強血管彈性，改善循環系統和增進皮膚的光滑度，抑制炎癥和過敏，改善關節的柔韌性。近兩年，國內外對于花青素保健功能的研究主要集中在抗癌、心血管保護和美容等方面。

4.1 清除自由基抗氧化作用

科學發現，自由基與100 多種疾病有關，人的壽命長短直接取決于人們抗氧化、抗自由基能力的強弱。花青素是羥基供體，同時也是一種自由基清除劑，它能和蛋白質結合防止過氧化，也能和金屬Cu2+等螯合，防止VC過氧化，再生VC，從而再生VE，也能淬滅單線態氧[7]。而且還能提供質子，有效清除脂類自由基，切斷脂類氧化的鏈式反應，起到防止脂質過氧化的作用。因此，花青素可以預防各種自由基產生的疾病，是當今人類發現最有效的抗氧化劑，也是最有效的自由基清除劑，花青素的抗氧化性能比VE高50 倍，比VC高20 倍[8]。

4.2 抗癌作用

體內外的試驗表明，花青素在許多方面都顯現出降低癌細胞增殖能力和抑制腫瘤形成的功能。它可使乳腺癌細胞凋亡并抑制其轉移、抑制前列腺癌；防止結腸癌惡化；防皮膚癌。花青素影響癌變進程的能力可能與其有效的抗氧化能力以及對環氧化酶的抑制等多種機理有關[9]。呂曉玲等人采用熒光化學發光法對紫甘薯花色苷的抗氧化作用進行了研究，結果表明，紫甘薯花色苷對O2-、-OH和H2O2等活性氧（ROS）均具有較強的清除作用，而ROS可參與或導致細胞致癌或促癌過程[10]。曹東旭等人以人肝癌細胞HepG2為模型研究紫甘薯花色苷的抗腫瘤活性，結果表明，高濃度的花色苷可抑制腫瘤細胞的生長，800 μg/mL花色苷處理72 h，抑制率高達80%[11]。

4.3 延緩衰老的功能

花青素還被認為具有調節認知和運動能力，加強記憶，并可預防與年齡相關的神經功能衰退的功能。Cho等將紫甘薯的花青素進行分離純化，通過用酒精處理過的老鼠來做被動回避實驗評定，發現能增強其認知能力，也能有效地抑制老鼠腦組織中脂質過氧化反應[12]。

4.4 降血脂的功能

馬淑清等人研究了紫甘薯花色苷對糖尿病大鼠血糖和血脂的影響，采用灌胃的方法對糖尿病大鼠進行治療，發現花色苷有明顯的降糖作用，以1.0%劑量最好，花色苷雖然不能顯著提高血清HDL-C（高密度脂蛋白膽固醇），但能顯著降低TC（膽固醇）、TG（甘油三酯）和LDL-C（低密度脂蛋白膽固醇），表明也有較強的降脂作用。且治療過程中肝臟未見明顯脂肪變性，肝糖原明顯增加，表明花色苷對肝功能和肝細胞膜結構有一定的保護作用[13]。

5 花青素在食品工業中的應用

植物體花青素作為一種天然色素，安全、無毒、資源豐富，具有相當的營養和藥理作用，對人類健康影響廣泛，花青素在食品中不但可作為營養強化劑，而且可作為食品著色劑應用于平常的飲料和食品中，符合人們對食品添加劑天然、安全、健康的要求。試驗證明，甘薯花青素在飲料中的穩定性超過商品色素（Enocyanin）及黑莓色素，又因其耐光性好，經花青素著色的食品無需遮光材料包裝。

楚文靖等人以紫甘薯為原料，研究了紫甘薯酒發酵的工藝條件，在最優發酵參數發酵液pH值3.8、酵母接種量3%、發酵溫度18 ℃的條件下，研制出澄清透亮、口感好的紫紅色甘薯酒，為其開發利用提供了一條途徑[14]。

方忠祥等人研究了用紫甘薯制作飲料時的加工工藝，結果表明，新鮮甘薯加3 倍水打漿，用稀鹽酸調pH值至4.5～5.0，采用0.03%淀粉酶，0.04%的果膠酶，溫度50 ℃，處理30 min，可獲得較理想的出汁率和透光度，用甘薯原汁30%，蔗糖8%，檸檬酸0.3%調配，可獲得色、香、味俱佳的紫肉甘薯飲料[15]。

6 花青素在乳品工業中的應用展望

花青素耐熱性好，能夠經受乳品工業中采用的巴氏殺菌工藝，可以溶于醇和水溶液，因此，可以用作紅色至紫紅色著色劑而添加到冰淇淋、奶酪、酸奶等乳制品中。

李思寧以紫薯和脫脂乳粉為主要原料，選用嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌組成的混合發酵劑進行發酵，得到一種新型的風味酸奶，并以感官評價為考察指標，研究紫薯酸奶的發酵工藝條件。結果表明，紫薯酸奶最佳工藝參數為：白砂糖添加量7%，發酵溫度41 ℃，發酵時間6 h。在此條件下，所得的酸奶色澤均勻、組織狀態良好、口感細膩，既有發酵乳特有的風味，又有紫薯淡淡的香氣。紫薯中的花青素既使產品表現出香芋色，又為產品增添了特有的保健功能[16]。

桑葚也是富含花青素的水果，王超等人以桑葚、脫脂乳為原料，白砂糖、穩定劑等為輔料，采用馴化的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌進行發酵研制酸奶。試驗表明，最佳配方為：白砂糖4%，桑葚∶奶=1∶7，接種量8%，明膠0.25%；采用0.20%抗壞血酸護色，83 ℃、30 min殺菌條件，于42 ℃發酵240 min，所得酸奶色澤微紅，組織均勻細膩，無異物，酸甜可口，有乳酸發酵味和桑葚味，風味獨特，且具有一定的保健功能[17]。

藍莓是營養價值很高的野生漿果，含有大量的花青素、有機酸和纖維，近年來關于藍莓在乳制品中應用的報道非常多。張振海等人以藍莓汁和酸奶為原料，通過分析和試驗得出了藍莓果汁奶的最佳配方為：發酵酸奶35%，白砂糖7%，藍莓汁6%，穩定劑0.5%，檸檬酸0.05%，藍莓香精0.08%[18]。

楊宇、張秀玲等人對藍莓涂抹型再制干酪工藝參數進行了研究，通過對樣品進行質構剖面分析（TPA）、感官評價和微觀結構分析，確定了最優的工藝參數及復合乳化鹽等因素對樣品品質的影響。結果表明，最優工藝是在加熱融化過程中添加15%藍莓果漿，18 個月成熟的Gouda干酪與3 個月成熟的Edam干酪的質量比為1∶2，質量分數為3%的檸檬酸鈉與磷酸氫二鈉的質量比為5∶1組成的復合乳化鹽，加水量60%，在85 ℃水浴加熱，轉速1 500 r/min下攪拌20 min，4 ℃迅速冷卻。所得的藍莓涂抹型再制干酪的質構與市售涂抹型再制干酪質構最為接近，且風味良好[19]。他們還對藍莓含量對涂抹型再制干酪的影響進行了研究，發現藍莓對涂抹型再制干酪的感官、pH值、質構和微觀結構產生重要的影響。研究通過感官評價和測定樣品的pH值、質構性質（TPA）、微觀結構和色差，確定了藍莓果漿對涂抹型再制干酪的影響。結果表明，藍莓含量增大使樣品pH值下降，微觀結構和質構特性發生顯著變化。藍莓帶來的纖維過多會對樣品中酪蛋白凝膠網絡結構造成損壞，添加量在10%較為適宜，纖維過大會破壞酪蛋白的凝膠結構，使樣品產生感官缺陷。含新鮮藍莓果漿的樣品呈淺藍紫色，殺菌果漿花青素損失，樣品呈暗粉色[20]。

包頭輕工職業技術學院乳品工程學院聯合天津科技大學、葫蘆島茂華生物有限責任公司、包頭騎士乳業有限責任公司利用包頭科技局科研項目，進行紫甘薯花青素酸奶、花青素冰淇淋的研究與開發，取得了階段性的成果。

7 花青素開發前景及其推廣

隨著人們生活水平的不斷提高，對保健食品、有機食品、綠色食品的關注和需求不斷上升。富含天然花青素的食品，正好符合了人們追求的食品目標。當今，在食品、醫藥衛生等行業色素的用途十分廣泛，但人工合成的色素副作用越來越受到關注，花青素具有色素含量高、色素穩定性能好、提取工藝成熟等特點，將具有很強的市場競爭力和很大市場潛力。

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