天然色素花青素研究現狀及其在食品工業中的應用前景

花青素是一種廣泛存在于植物中的水溶性色素，對生物體具有重要的生理活性。文章中對花青素的結構、提取和純化的方法、生理功能進行系統闡述，并對其在食品工業中的發展前景進行展望。

花青素又叫花色素、花色苷，屬黃酮類化合物，是一類廣泛存在于植物中的水溶性天然色素，構成植物花瓣和果實的主要色素之一。作為一種天然色素，花青素安全、無毒、資源豐富，且具有一定的營養價值和保健作用，故在食品、醫藥、化妝品等眾多領域有著巨大的開發潛力。本文在花青素相關研究的基礎上，對天然色素花青素的化學結構、分離與提純、生理功能及其在食品中的應用前景進行全面的闡述，為花青素的進一步深入研究提供必要的參考依據和奠定基礎。

花青素的化學結構

1947年，年輕的法國杰克·馬斯魁勒博士在花生的包衣中發現了一種的物質，它在酸性的條件下加熱能夠轉變為花青素。花青素屬于酚類化合物中的類黃酮類水溶性色素，廣泛存在于紅葡萄、藍莓、紫薯、草莓、樹莓等植物中。天然花青素的母體結構為2—苯基苯并吡喃即花色基元，以C6-C3-C6為骨架，如圖1所示。大多數花青素在花色基元的3-，5-，7-碳位上有取代基。由于A環和B環各碳位上的取代基不同，從而形成了各種各樣的花青素。迄今發現的天然存在的花青素有22大類，分布于27個科，73個屬的植物中。常見的主要有天竺葵素、矢車菊素（芙蓉花色素）、翠雀素（飛燕草色素）、芍藥素、錦葵色素、牽牛花色素6種，其中含量最高的是矢車菊素。花青素極其不穩定，自然條件下游離的花青素極少見，常與一個或多個多糖分子通過糖苷鍵形成花色素。

花青素的提取及純化方法

花青素的提取方法對比。近年來，隨著國內外學者對花青素關注度的提升，花青素的提取方法逐漸成為研究發展的熱點課題。在傳統的有機溶劑萃取法的基礎上，許多輔助方法如微波、超聲、加壓、超臨界等技術被應用到花青素的提取中來，這些新技術與傳統方法的有機結合，大大提高了花青素的得率，縮短了提取時間，表1中對常見的花青素提取方法進行總結，對比了各種提取方法的優缺點。

花青素的純化方法。為了獲得高純度的花青素，常需要對其進行純化，以去除其中的雜質。目前應用較多的純化方法主要有大孔樹脂法、液相萃取法、固相萃取法、基質固相萃取法等。大孔樹脂法因其工藝簡單、成本較低應用較廣。而液相色譜法和高速逆流色譜法作為新興的提純方法，因其分離效率高，操作簡單，優越性日益凸顯，目前已得到廣泛應用。

花青素的生理功能

抗氧化活性。花青素屬黃酮類化合物，在清除自由基分子機制上與黃酮類化合物類似。黃酮類化合物通過酚羥基與自由基分子反應生成較穩定的半醌式自由基，終止自由基鏈式反應，從而減少并清除自由基。花青素的抗氧化性能比維生素E高出50倍，比維生素C高出近20倍，是迄今為止人們發現的最有效的抗氧化劑和最有效的自由基清除劑。

花青素主要通過以下四種方式清除體內自由基，一是通過阻止過氧根離子反應；二是螯合體內某些特定的金屬離子，阻止羥基的產生；三是抑制脂質過氧化反應；四是與膠原蛋白作用形成保護屏障隔離組織與外界自由基的接觸。王榮嬌等人采用Fenton反應體系和鄰苯三酚自動氧化體系測定了北陸花青素對羥自由基和超氧陰離子自由基的清除作用，結果表明該花青素在低劑量條件下，對兩種自由基仍具有較強的清除作用，清除率可達到50%以上。鄧紅梅等人研究發現在相同濃度下，葡萄皮渣花青素對DPPH自由基的清除率比維生素C好。韋艷雙等人在研究藍莓花青素對糖尿病小鼠肝、腎、心臟組織的抗氧化能力的影響中發現，連續給藥4周后，在小鼠器官組織中，模型+劑量組與模型對照組相比，丙二醛含量顯著降低，谷胱甘肽過氧化物酶、超氧化物歧化酶活性、總抗氧化能力和抑制羥自由基能力顯著增加，這說明藍莓花青素能夠保護受損的器官，具有一定的抗氧化作用。2014年田喜強等人采用超聲波法輔助提取紫薯花青素進行清除羥基自由基抗氧化性能力的研究。研究表明，pH 7.0時，紫薯花青素具備較好的清除羥基自由基能力，其抗氧化能力強于抗壞血酸。景志行等人在對野生藍莓的體外抗氧化性研究時發現，野生藍莓花青素抗氧化能力顯著，與濃度梯度呈正相關關系；在濃度800μg/m L時對超氧陰離子的清除率達到86.86%，濃度為100μg/m L時對雙氧水自由基的清除率達到73.93%。

預防心血管疾病，保護肝臟。大量研究發現，花青素在預防心血管疾病和保護動物肝臟方面具有重要作用。歐海龍等每天用不同劑量（低、中、高：50、100、200 mg/kg）的花青素喂食小鼠，連續灌胃8周后，對血清和肝臟各項血脂含量進行檢測，發現總膽固醇（TC）、三酰甘油（TG）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平，隨著花青素劑量的增加不斷降低，說明花青素對高脂誘導的動脈粥樣硬化小鼠具有降低血脂的功能。Hwang等在對紫薯花青素抗叔丁基氧化產物誘導肝毒性保護機制的研究中發現，花青素能夠有效降低大鼠肝臟損傷發生的概率。閆倩倩等在紫甘薯花青素對小鼠乙醇性肝損傷的預防保護作用研究中發現，紫甘薯花青素各劑量組均能不同程度降低急性乙醇肝損傷小鼠血清中丙氨酸氨基轉移酶（ALT）、天門冬氨酸氨基轉移酶（AST）的活性，升高組織中超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽轉移酶（GST）、過氧化氫酶（CAT）的活性及谷胱甘肽（GSH）的含量。這表明紫甘薯花青素對乙醇引起的急性肝損傷具有很好的保護作用。

抗腫瘤作用。癌癥是人類健康的“第二”大殺手，嚴重的威脅人們的生命。開發一種天然的、無毒副作用的抗癌藥物已成為醫學界亟需解決的重要課題。大量研究表明花青素具有一定的抗癌作用。目前，對于花青素的抗腫瘤機制的推測主要集中在：抗突變，抗氧化，抗炎，誘導轉化，調節信號轉導通路抑制腫瘤細胞增殖，誘導細胞周期阻滯，促進腫瘤細胞凋亡，誘導自噬，抗腫瘤侵襲及轉移，逆轉腫瘤細胞耐藥性及增加對化療的敏感性等方面。 景志行等人研究表明：野生藍莓花青素在100μg/g劑量灌胃時，對耳廓腫脹抑制率為47.04%；在體外對白血病細胞K562增殖抑制的IC50為79.01μg/m L。2016年，呂留莊等在對中國野生藍莓花青素的研究中發現，該花青素對A549細胞活力有明顯的抑制作用，對細胞周期也有明顯影響并能引起早期凋亡現象以及ROS釋放。韓彬、羅麗萍等人研究發現黑米花青素能夠抑制MDA-MB-453細胞異種移植瘤向肺轉移，該抑制作用可能與BRACs抑制腫瘤細胞的增殖和促進腫瘤細胞凋亡有關。 陳琦等從藍莓中提取花青素，研究其對人腎小球系膜細胞（GMC）的生長抑制作用及細胞凋亡的誘導效應。結果表明藍莓花青素能呈劑量依賴性抑制GMC的增殖，誘導細胞的凋亡，這可能與激活Caspase-9和Cytochrome-C的表達有關。

此外，大量研究表明花青素在乳腺癌、結腸癌、食道癌、皮膚癌等方面均有預防和治療的功效。

抗炎鎮痛作用。花青素具有抑菌作用，故對病原感染的炎癥具有抑制作用。鄒宇曉研究發現高劑量荔枝殼花青素能顯著降低大鼠左側繼發性足腫脹厚度，緩解大鼠佐劑性關節炎引起的不適癥狀，這可能與花青素的抗氧化和抗炎水平有關。王靜等在研究花青素對小鼠鎮痛消炎作用中發現：金葉女貞果實花青素具有抗炎鎮痛作用，其機制可能與提高小鼠抗氧化能力，減少NO和炎性因子PGE2的生成有關。也有研究表明，藍莓花青素能夠抑制膠原酶，加強膠原基質，治療關節炎。

保護視力。近年來，有關花青素在保護視力方面的報道越來越多。大量研究發現，花青素能夠啟動視網膜酶，激活和提高機體的視紫紅質的再生能力，使人們能夠較快的適應黑暗環境。早在2005年，劉春民等在對青少年近視治療研究中發現，口服花青素的近視青少年在一個月后，視力有明顯的改善。黃宗銹等在對120名志愿者分組研究35天后發現，花青素復方膠囊具有緩解視疲勞作用。馬越等將100名志愿者分成兩組，開展花青素飲料對改善視疲勞的作用。30天后試食組視疲勞癥狀總積分明顯改善，這說明花青素飲料能有效緩解人體視疲勞。花青素具有保護視力的作用，與其強抗氧化能力密不可分，花青素能夠加快微血管循環，減輕自由基對眼睛的傷害，從而起到保護視力的功效。

除此以外，還有研究表明花青素在降血糖、抗衰老、提高記憶力等方面具有一定功效。

花青素在食品工業中的發展方向

健康食品和保健食品的開發。隨著人們生活質量的提高，越來越多的人注重營養。花青素具有抗氧化、降血糖、抗衰老、保護視力等生理功能，如能將富含花青素的食物進行工業加工，開發成飲料、休閑食品、保健食品等，除了豐富加工食品和保健食品的種類，更能為人們提供一定量的花青素，增強身體的抵抗力。目前，以紫薯為原料生產的食品較多，如紫薯汁、紫薯酒、紫薯餅等，這些食品抗氧化性強，對人體健康有益。

作為天然色素的使用。合成色素因其低成本被廣泛應用于食品行業中，但同時，人們對其食品安全性也存在質疑。花青素作為一種安全性高、無毒、純天然的植物色素，可被添加到食物中，使食物呈現出五彩繽紛的顏色。但花青素易受外界光照、溫度、pH等因素的影響而分解，在食品中應用受限，因此，在食品加工過程中如何提高花青素的穩定性成為亟待解決的問題。

總之，花青素在醫藥、營養、保健等方面都具有重要的價值，在實際應用中具有廣闊的應用前景。

作者簡介：崔紅（1980—），遼寧現代服務職業技術學院講師，碩士，研究方向：食品營養與檢測。