玫瑰茄花青素的提取分離研究進展

晁晴晴，胡亞琦，杜新永，謝宜臻，郭興峰

(聊城大學農學院食品科學與工程系，山東 聊城 252000)

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【中藥與天然活性產物】

玫瑰茄花青素的提取分離研究進展

晁晴晴，胡亞琦，杜新永，謝宜臻，郭興峰*

(聊城大學農學院食品科學與工程系，山東 聊城 252000)

綜述了近年來國內外應用溶劑提取法、微波輔助提取法、超聲波輔助提取法、膜過濾及樹脂吸附純化等方法對玫瑰茄花青素的提取、分離和純化的最新研究進展。這些方法仍存在提取溫度高、溶劑回收難和設備可靠性差等問題，應用新型低溫提取技術，如超臨界/亞臨界流體萃取、高靜壓提取以及生物酶技術等，是今后玫瑰茄花青素提取分離的發展方向。

玫瑰茄；花青素；提取分離

玫瑰茄(Hibiscussabdariffa)，又名洛神花，是錦葵科木槿屬的一年生草本植物，原產于西非、印度等熱帶和亞熱帶地區，在我國云南、福建、廣西、廣東和臺灣等南方省份均有栽培[1]。玫瑰茄花瓣紫紅黑亮，具有輕微香氣，含有豐富的有機酸、還原糖、蛋白質、氨基酸及多種礦物質等，其干花萼含有機酸10%～15%、蛋白質3.5%～7.9%、還原糖16%、纖維11%、維生素約1%、灰分12%以及花青素約1%～1.5%[2](質量分數)。研究表明，玫瑰茄具有降低膽固醇、降血壓、降血糖、提高免疫力、預防肥胖及心血管疾病、抗菌和保護肝臟等作用。玫瑰茄的主要生物活性成分之一花青素作為一種天然色素，在食品加工過程中可作為食品的功能性天然色素使用，除具有較高的安全性，還有清除自由基、抗氧化、抗衰老、抑制癡呆癥的發生和預防腦細胞變性等作用[3]。由于花青素具有不穩定性，在提取分離過程中會造成對其的破壞，致使目前玫瑰茄花青素及其相關產品應用還不廣泛。本文綜述了玫瑰茄花青素的提取、分離和純化的最新研究進展，以促進玫瑰茄及其花青素相關產品在我國保健飲料和色素領域的研究與應用。

1 玫瑰茄花青素的種類

玫瑰茄中的花青素很早就得到各國科學家的關注，研究表明其主要以矢車菊素和飛燕草素類花青素(圖1)糖苷的形式存在。早在1932年，Yamamato等[4]首先從玫瑰茄中分離出一種結晶的花青苷，稱為Hibiscin，并測定其結構為矢車菊素-3-O-葡萄糖苷。1973年， Du 等[5]對特立尼達(Trinidad)產的玫瑰茄紅色素進行層析分離和鑒定，發現主要色素為矢車菊素-3-O-接骨木二糖苷和飛燕草素-3-O-接骨木二糖苷，其次為矢車菊素-3-O-葡萄糖苷和飛燕草素-3-O-葡萄糖苷。江南生等[6]研究發現我國云南產玫瑰茄紅色素含有兩種主要色素和一種微量色素，經過鑒定其中較大量的為飛燕草素-3-O-雙葡萄糖苷，次之為矢車菊素-3-雙葡萄糖苷和微量的飛燕草素-3-葡萄糖苷。Segura-Carretero等[7]利用固相萃取技術和毛細管電泳串聯質譜等鑒定出，飛燕草素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-葡萄糖苷是玫瑰茄中花青素的主要成分，矢車菊素-3-O-蕓糖苷、飛燕草素-3-O-葡萄糖苷、矢車菊素-3,5-二糖苷和綠原酸等是微量組分。

圖1 矢車菊素和飛燕草素結構式Fig.1 Structures of cyanidin and delphinidin

2 玫瑰茄花青素的提取研究

2.1 溶劑提取法

溶劑提取法是花青素提取過程中最常用的方法，溶劑多選擇水、乙醇、甲醇、丙酮或其混合溶劑等。由于花青素在高溫、光照條件下不穩定，提取過程一般在低溫下進行，通常在提取溶劑中添加少量的酸以得到花青素陽離子形式并提高其穩定性。但是，酸會導致酰基化的花青素部分水解。傳統的溶劑提取法使用熱的溶劑進行提取，導致花青素降解，從而降低其生理活性功能[8]。基于以上不足，溶劑提取法逐漸得到改進。Amor等[9]研究并將即時控制壓降(D. I. C)處理應用到了溶劑萃取過程中，結果表明，D. I. C對萃取動力學及玫瑰茄干花萼花青素的萃取有很大影響，在0.18 MPa的壓力和18 s熱處理時間的條件下，花青素含量比傳統提取方法高出135%，飛燕草素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-葡萄糖苷占總花青素的百分比不變，有效擴散率也得到了很大提高。Sindi等[10]利用高效液相色譜法定量研究了不同溶劑對花青素萃取率的影響，結果表明萃取能力大小分別為：水>甲醇>乙酸乙酯>己烷。通過實驗結果發現，提取溶劑的萃取能力與提取溶劑的極性有很大的相關性，溶劑極性增加，會增加萃取物濃度，從而提高提取率。

2.1.1 水提取法

水是花青素提取中常用的提取溶劑，用于提取水溶性色素，通常采用酸水提取法、熱水提取法和堿水提取法等，以提高其提取效率。水提取法的優點是提取溶劑來源廣泛、價格便宜且提取成本低，缺點是水對原料中除色素以外的其他成份的選擇性較小，采用水浸提法提取出的色素雜質較多，給后續的純化、精制帶來較大困難。Cissé等[11]采用固液萃取法從玫瑰茄中提取花青素的研究表明，料液比及花萼顆粒大小是影響提取效率的主要因素，在料液比為1：25，25 ℃條件下，花青素的提取率最大，達到88%；花萼顆粒大小由2 cm減小到150 μm，明顯縮短了提取時間；溫度升高增加了擴散系數進而縮短了提取時間，但是對提取率沒有影響。同時，他們提出了一個萃取動力模型，固液比1：5條件下，花青素萃取率可達63%，花青素濃度可達到0.3 g/L。李升峰等[12]通過單因素試驗、3因素3水平的正交試驗來研究浸提溫度、浸提時間和料液比對玫瑰茄花萼可溶性固形物、總酸和單體花青素提取效率的影響，確定了最佳的浸提條件為浸提溫度75℃，浸提時間50 min，花萼與水的質量比1：25。

2.1.2 乙醇提取法

乙醇提取法是花青素的常規提取方法之一，由于乙醇具有方便回收、極性大和無毒等特點，因此成為工業提取花青素過程中最常用的提取溶劑。李升峰等[13]運用4因素2次回歸正交旋轉組合設計試驗，系統研究了玫瑰茄干花萼花青素提取過程中乙醇濃度、液料比、提取溫度和提取時間4因素對花青素得率的影響，確定了花青素的最優提取參數。通過各因素對花青素提取率的研究表明，各因素對玫瑰茄干花萼花青素提取率影響的大小順序分別為提取溫度、液料比、提取時間和乙醇濃度。花青素提取的適宜條件為溫度70.27～74.06 ℃，液料比24.12～26.18，時間1.57～1.76 h，乙醇體積分數為39.84% ～44.4%。曾哲靈等[14]應用單因素試驗和響應面分析(RSM)，以40%乙醇為提取溶劑研究了不同提取條件下玫瑰茄花青素的提取效果，最終結果表明玫瑰茄花青素的最優提取條件為：料液比1:24.8(g/mL)，提取溫度48.74 ℃，提取時間1.52 h，提取液中花青素的含量為4.88 mg/g。Borras- Linares等[15]利用酸化的乙醇提取、通過HPLC技術測定了25種玫瑰茄提取物的多酚、黃酮以及花青素含量，結果表明，由白色到黃色再到紅色，顏色逐漸加深的25種玫瑰茄中，除4種白色的無花青素外，其余玫瑰茄中飛燕草素和矢車菊素均占花青素質量分數的90%以上，且不同玫瑰茄中飛燕草素和矢車菊素的含量不同。并且,他們首次提出了可以根據玫瑰茄花青素中飛燕草素和矢車菊素的不同進行玫瑰茄的分類，為以后的研究提供了方便。

2.2 微波提取法

微波提取法是在電磁場中使極性分子從原來的隨機分布狀態轉向依照電場的極性排列取向，這些取向按交變電磁的頻率不斷變化，從而使提取溶劑及物料產生熱效應和非熱效應，加速溶劑分子對物料的滲透和待提取成分溶劑化，從而增強提取效果。微波提取法具有耗時少、選擇性高以及能耗低等優點。目前，微波技術已廣泛應用于植物中各種生物活性成分提取。張賽男等[16]應用微波輔助提取技術在單因素試驗的基礎上研究了微波功率、料液比和提取時間對玫瑰茄花青素提取率的影響，結果表明，料液比、微波功率以及提取時間為影響微波提取法提取玫瑰茄花青素得率的主要因素，最佳提取條件為料液比1：25(g/mL)，微波功率164 W，提取時間12 min，在此條件下，玫瑰茄花青素提取量為5.38 mg/g。劉宜豐[17]應用微波提取技術，通過正交實驗研究了玫瑰茄花青素提取的最優條件，確定了微波提取法提取玫瑰茄花青素的最佳工藝條件為微波功率500 W，提取液pH為3.0，微波處理時間100 s，料液比1：10(g/mL)，在此條件下玫瑰茄花青素提取率達92.78%。

2.3 超聲波提取法

超聲波提取法是利用超聲波獨特的空化效應和機械效應，加速細胞破碎、增加溶劑的穿透力、并縮短提取時間，從而達到提高提取效率的方法。應用超聲波技術提取花青素類生物活性物質，所需的提取時間明顯短于常規溶劑浸提法。

師文添[18]以冰醋酸為溶劑，采用超聲波法研究玫瑰茄中花青素的提取效果，以花青素的提取率作為評價指標，在單因素試驗的基礎上應用響應面優化得到影響玫瑰茄花青素的最佳提取條件為冰醋酸體積分數9%，液料比1：22(g/mL)，超聲時間28.5 min，超聲功率490 W。涂宗財等[19]研究超聲波輔助提取玫瑰茄花青素最佳工藝條件時，采用pH示差法對花青素含量進行測定，通過正交試驗確定了玫瑰茄花青素的最佳提取條件為超聲功率80 W，固液比1：25(g/mL)，提取溫度50 ℃，提取時間20 min。在此最佳條件下，花青素得率為0.566%，其得率與傳統浸提方法相比提高了14.3%，且大大縮短了提取時間。楊大兵等[20]采用超聲波技術提取玫瑰茄干花萼浸提液，以浸提液吸光度為評價指標，確定了最佳浸提條件為超聲波功率60 W，提取溫度70 ℃，提取時間30 min，料液比1：30(g/mL)。

3 玫瑰茄花青素的純化研究

3.1 膜過濾技術

膜過濾技術(Membrane Filtration，MF)是以壓力為動力，在常溫條件下實現對物料中某些組分的分離、提純和濃縮的分離技術，因其在常溫下進行，溶劑間沒有相變，特別對熱敏性物質具有很好的保護作用。膜過濾技術根據膜孔徑可分為微濾、超濾、納濾和反滲透等，適合于不同物質的分離、提純和濃縮，是天然產物分離、純化中的新技術之一。

胡建農等[21]用聚酰胺微濾膜對玫瑰茄浸提液進行微濾、納濾提純時，物料在40 ℃以下可有效去除浸提液中的懸浮雜質和多糖，使浸提液變得透亮、澄清，且處理后對花青素的截留很少，最終產品中花青素回收率在98%以上，充分說明膜過濾技術可很好地應用在玫瑰茄花青素的提純、濃縮過程中。郭宏等[22]以玫瑰茄花青素為研究對象，研究了超濾和反滲透技術對玫瑰茄花青素提取液的分離、提純和濃縮效果，結果表明在操作溫度30 ℃、操作壓力0.3 MPa、料液流速1.375 m/s條件下，應用截留分子量為50 000 Da的聚砜超濾膜可有效去除提取液中的果膠類物質，果膠和色素分離率分別大于90%和96%；在相同溫度下，調節操作壓力至4.5 MPa，采用HR95PP聚酰胺反滲透膜可將玫瑰茄超濾透過液濃縮至 20°Bx。張賽男等[23]應用納濾和反滲透濃縮玫瑰茄花青素，確定了玫瑰茄色素納濾和反滲透濃縮的最佳條件為UH100超濾膜和NS027納濾膜進行組合，操作壓力分別為0.4 MPa和1.5 MPa，操作溫度分別為30～35 ℃和40 ℃，純化后花青素含量可達32.7 mg/g干粉重，為生產高純度的玫瑰茄色素產品提供了一個較好的方法。

3.2 樹脂純化技術

樹脂吸附作用是依靠樹脂填料與被吸附物質分子之間的范德華力、氫鍵等相互作用力，通過其巨大的比表面積進行的物理性吸附過程，經不同洗脫能力的溶劑洗脫分開從而達到分離、純化的目的。大孔吸附樹脂的物理化學性質比較穩定，不溶于有機溶劑、酸及堿，對有機物選擇性好，解析條件溫和，常用于花青素的提取純化過程中。

張國銘等[24]應用大孔吸附樹脂分離純化玫瑰茄紅色素，結果表明在DA-20l、H-103、X-5、S-8四種樹脂中，對玫瑰茄花青素吸附效果最好的為DA-201吸附樹脂，吸附率為82.47%，用無水乙醇作為洗脫劑，脫附率可達95.68%；經該樹脂分離純化后，花青素質量分數減少4.26%，但色價可提高7.36倍。實驗證明，采用DA-201大孔樹脂分離純化工藝對玫瑰茄紅色素的富集是行之有效、成本低廉且效果顯著的方法，可工業化推廣。尹忠平等[25]研究了大孔樹脂吸附純化玫瑰茄花萼粗提花青素的條件和方法，結果表明，X-5樹脂對玫瑰茄花青素具有較好的吸附性能，最佳條件為上柱液pH=3.0、質量濃度5.63 mg/mL、流速 2.0 mL/min ；最佳洗脫劑為體積分數60%的乙醇，經吸附純化后所得花青素色價從5.1提高到了32.3，且樹脂經多次重復使用，吸附性能無明顯減弱，可以進行循環利用。許立松等[26]利用HPD-100大孔吸附樹脂吸附玫瑰茄紅色素時，發現其同樣具有很好的吸附、洗脫效果，工藝過程較為穩定，適合規模化生產。Zhang等[27]用反相色譜C18填料及Sephadex 葡聚糖凝膠LH-20柱分離純化了玫瑰茄提取物，并得到兩個高抗氧化和抗腫瘤活性的組分，經過HPLC-ESI-MS/MS檢測其含量，結果表明玫瑰茄的此兩種花青素含量分別是863.41 mg/g和617.25 mg/g。

4 玫瑰茄花青素提取分離技術研究現狀與展望

4.1 研究現狀與存在問題

綜上所述，玫瑰茄花青素早在幾百年前已得到關注和研究，并作為天然功能性色素應用到食品加工過程中。隨著科學技術的發展，很多新型的提取分離手段也逐步在玫瑰茄花青素的提取分離過程中得到研究和應用，如水提取法、乙醇提取法、微波輔助提取法、超聲波輔助提取法、膜分離和樹脂分離等，這些提取分離技術的應用對玫瑰茄花青素的提取起到了很好的強化效果，但是也存在一些問題和不足，主要表現在：

(1)提取溶劑回收成本較高，以水或乙醇作為提取溶劑在濃縮過程中有大量溶劑需要回收，造成成本的增加；

(2)常規方法提取過程中均有熱效應，會導致玫瑰茄中花青素的降解，造成花青素色價和生物活性功能的下降；

(3)一些新的提取方法需要新型提取設備的支持，存在前期投入大、設備生產能力和穩定性有待于進一步提高等問題。

4.2 未來展望

玫瑰茄含有的豐富的花青素、有機酸等生物活性物質，在食品、保健品和藥品中具有較好的開發前景。花青素作為玫瑰茄的主要活性成分，應用更加安全、高效的技術手段相互結合使用、優勢互補，實現進一步的提取、分離和純化，使其得到更好的發展利用，已成為當前重要的研究課題之一，也是花青素提取、純化方法未來的發展趨勢。

近年來一些提取分離的新技術、新方法，可以為玫瑰茄花青素的開發開辟新途徑。超臨界/亞臨界流體萃取技術具有產品無溶劑殘留、萃取溫度低、能有效保護花青素生理活性功能等的優點，可用于熱敏性花青素類活性物質的提取、純化的研究過程中。高靜壓提取利用100～1 000 MPa的高壓在常溫下使細胞壁和細胞膜破損，使通透性改變，近年來在生物活性成分的提取方面有了長足的發展。利用纖維素酶、果膠酶等生物酶技術可促進細胞壁分解和細胞內色素物質的溶出，在玫瑰茄花青素的提取純化過程中具有十分廣闊的應用前景。另外，微波-超聲波輔助提取技術、高壓脈沖電場輔助提取技術、高速逆流色譜分離技術以及基質固相萃取技術等，近年來也在該領域得到越來越多的研究和應用。通過對上述低溫提取和分離技術的集成，可以優化花青素的提取純效果，從而進一步促進玫瑰茄及其花青素產品的開發和利用。

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Advances on extraction and purification of anthocyanins fromHibiscussabdariffaLinn.

CHAO Qing-qing, HU Ya-qi, DU Xin-yong, XIE Yi-zhen, GUO Xing-feng*

(Department of Food Science and Engineering, School of Agriculture, Liaocheng University, Liaocheng 252000, China)

∶We review the latest advances on solvent extraction, microwave assisted extraction, ultrasonic assisted extraction, membrane filtration and resin absorption and purification for extraction, separation and purification of anthocyanins fromHibiscussabdariffaLinn. These approaches have such defects as high extraction temperature, difficult solvent recovery and poor equipment reliability. Therefore, novel low temperature purification technologies such as supercritical/ subcritical fluid extraction, high hydrostatic pressure extraction and bio-enzyme are future development trend for extraction and separation of anthocyanins fromHibiscussabdariffaLinn.

∶HibiscussabdariffaLinn.; anthocyanins; extraction and purification

10.3976/j.issn.1002-4026.2016.05.007

2016-04-13

聊城大學大學生創新創業訓練技術(201410447038)；聊城大學大學生科技文化創新項目(SF2014212，2014196 SF)

晁晴晴(1991—)，女，研究方向為保健食品加工。Email: 973672385 @qq.com

*通信作者，郭興峰(1983—)，男，博士，講師，研究方向為天然產物研究與開發、農產品加工。Email: guoxingfeng@lcu.edu.cn

R284.2

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