藍莓花青素的研究進展

矯馨瑤，田金龍，司旭，李冬男，孫希云，李斌

（沈陽農業大學食品學院，國家漿果加工技術研發專業中心，遼寧省健康食品營養與創制重點實驗室，遼寧沈陽 110161）

藍莓（Vacciniumspp.）是杜鵑花科越桔屬，果實呈藍色，近圓形，單果質量0.5～2.5 g，最大的為5 g，是世界糧農組織推薦的五大健康水果之一。最早栽培藍莓的國家是美國，我國從1981 年開始引進和栽種[1]。藍莓營養豐富，除含有常規的營養成分之外，還含有維生素E、維生素A、超氧化物歧化酶（SOD）、花青素和大量的微量元素，如鈣、磷、鎂、鋅、鐵、鍺、銅等[2]。藍莓花青素含量豐富，有文獻報道稱藍莓中花青素含量為387～487 mg/100 g，而黑莓為245 mg/100 g，樹莓為116 mg/100 g，草莓為35 mg/100 g[3]。花青素具有多種生理功能，將藍莓中花青素提取出來作為膳食補充劑，不但能充分利用其生理功能，還可以解決藍莓不耐貯藏、易腐爛的問題，提高藍莓的商品價值。因此，近年來藍莓花青素受到廣泛的關注。

1 花青素的結構與性質

1.1 化學結構

花青素屬于酚類化合物中的類黃酮類。其基本結構包含兩個苯環，并由-3 碳的單位連結（C6-C3-C6），花青素的基本母核是2-苯基苯并吡喃，即花色基元，結構如圖1 所示[4]。花青素通常與一個或多個葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖等通過糖苷鍵形成花色苷。

1.2 種類

現在已知的花青素有20 多種，花色苷有250 多種。在植物的可食部分主要存在6 種花青素，矢車菊色素（Cyanidin）、天竺葵色素（Pelargonidin）、芍藥色素（Peonidin）、飛燕草色素（Delphinidin）、牽牛花色素（Pelunidin）和錦葵色素（Malvidin），分別約占自然界中花青素含量的50%、12%、12%、12%、7%和7%，其化學結構如表1 所示[5]。藍莓中主要的花青素為飛燕草色素、矢車菊色素、芍藥色素、牽牛花色素和錦葵色素。

表1 六種常見花青素的結構特點Table 1 Structural characteristics of six common anthocyanins

1.3 化學性質

花青素分子含有酸性與堿性基團，溶于水和乙醇等醇類化合物。在紫外光與可見光區域均具有較強的吸收，在280 nm 附近和500～550 nm 范圍內具有最大吸收波長。花青素在不同的pH 下呈現不同的顏色，pH＜7 呈紅色，pH 在7～8 時呈紫色，pH＞11 時呈藍色[6]。

2 藍莓花青素的生理功能

2.1 抗氧化

已有大量的研究利用化學方法和細胞抗氧化方法對藍莓花青素的抗氧化活性進行評價，結果表明藍莓花青素具有很強的抗氧化活性。王健等[7]通過羥自由基、DPPH自由基、H2O2、超氧陰離子自由基及Fe3+清除率試驗評價藍莓花青素的抗氧化能力，結果表明藍莓花青素具有很高的抗氧化活性。Petko Denev 等[8]檢測北美沙果、接骨木莓、紅醋栗、黑莓和藍莓這5 種漿果中花青素提取物的抗氧化性，通過測定提取物的氧自由基吸收能力（ORAC）、羥基自由基轉移能力（HORAC）、總氫過氧自由基捕獲抗氧化劑參數（TRAP）、清除NO 和抑制脂質過氧化作用，結果發現藍莓提取物的HORAC 和NO 清除能力最強。Spela Moze Bornsek 等[9]在人類結腸癌（Caco-2）、肝癌（HepG2）、人類內皮細胞（EA.hy926）和大鼠血管平滑肌細胞（A7r5）等不同細胞系下進行細胞內抗氧化試驗（CAA），結果表明花青素具有細胞內抗氧化性。Sun Liqiong 等[10]對9 個中國引進的藍莓品種中花青素單體的抗氧化活性進行研究，結果表明飛燕草色素苷和花青素-3-糖甙是藍莓抗氧化性的主要有效成分。

2.2 保護視力

藍莓花青素是保護視力的重要元素，它能夠保護眼睛的微血管，從而促進血液循環；而且能夠加速視紫質樸再生，視紫質樸是良好視力不可或缺的物質[11]。藍莓花青素能夠明顯改善視物模糊、眼睛干澀、明視持久度及總有效率，從而緩解視疲勞[12]。輕度近視兒童每天補充500 mg 藍莓花青素能夠有效控制和緩解兒童近視的發展[13]。

2.3 降血糖

對肥胖雄性大鼠灌胃給予200 mg/(kg·d) 藍莓花青素，4 周后空腹采血測定血糖，結果表明，與對照組相比藍莓花青素處理能夠顯著降低大鼠的空腹血糖水平，而且藍莓花青素能夠提高肥胖大鼠胰島素的敏感性[14]。Grace MH 等[15]給予小鼠藍莓花青素后小鼠血糖水平降低了33%～51%，而給予二甲雙胍的小鼠的血糖水平降低了27%，說明藍莓花青素能有效緩解小鼠的高血糖癥狀。

2.4 抗增殖

Bunea A 等[16]研究表明藍莓花青素對小鼠黑色素瘤細胞B16-F10 有抗增殖和促進細胞凋亡的作用。選擇50、100、150、200 μg/mL 這4 種濃度的藍莓花青素作用于人腎小球系膜細胞24 h，對細胞的抑制率分別為40.98%、60.39%、59.60%和64.66%，表明藍莓花青素呈劑量依賴性的抑制細胞增殖，誘導細胞凋亡[17]。

2.5 其他生理功能

近年來學者們發現除了具有以上生理功能外，藍莓花青素還具有其他的一些功能，如體外抑制乙型肝炎病毒、抗肝損傷、抗輻射損傷、鎮痛抗炎、緩解焦慮等[18-23]。

3 影響藍莓花青素穩定性的因素

藍莓花青素的穩定性較差，pH、溫度、光照、金屬離子和添加劑等加工條件都會影響其穩定性，阻礙花青素的應用。藍莓花青素在酸性條件下穩定，高溫和光照會加速其降解，金屬離子和糖類對其穩定性的影響與其濃度有關。因此，在加工過程中應當盡量避免堿性、高溫環境，在低溫、避光條件下保存。

3.1 pH 值

pH 對藍莓花青素的穩定性影響顯著，當pH＜3 時，藍莓花青素比較穩定；當pH＞3 時，花青素結構不穩定，易降解[24]；花青素在不同pH 值下的分子結構會發生改變，從而導致呈色的改變[25]。

3.2 溫度

藍莓花青素在高溫下穩定性顯著降低，隨著溫度的升高，藍莓花青素的降解速度加快。劉軍波等[26]研究表明，當低于60 ℃時，對藍莓花青素穩定性影響較小；Wang Bochu 等[27]研究結果表明，藍莓花青素對高溫（≥80 ℃）敏感。

3.3 光照

在光照條件下，藍莓花青素不穩定。研究表明，花青素在自然光下不穩定、易降解，在避光條件下穩定性較好，因此藍莓花青素應避光保存[25,27]。

3.4 金屬離子

在加工過程中常會引入一些金屬離子，這些金屬離子會影響花青素的作用，因此研究金屬離子對花青素穩定性的影響十分重要。研究結果表明，Fe3+、Fe2+、Cu2+影響花色苷的穩定性；濃度大于1.2 mmol/L 的Zn2+離子、濃度大于12 mmol/L 的Cu2+和濃度大于12 mmol/L 的Ca2+，有利于藍莓花青素的穩定；Na+對藍莓花青素穩定性影響不顯著[25,27]。

3.5 氧化劑和還原劑

在加工過程中會用到氧化劑和還原劑，藍莓花青素對氧化劑（H2O2，0.5%～2.0%）和還原劑（Na2SO3，0.005～0.040 mol/L）敏感[27]。孫倩怡等[24]研究發現隨著氧化劑和還原劑濃度的增加，藍莓花青素的保存率快速降低；在H2O2和Na2SO3濃度為2%時，藍莓花青素的保存率較低，分別為34%和35%。

3.6 糖類

糖類廣泛應用于食品加工中，常用的有葡萄糖、蔗糖和果糖，糖類對藍莓花青素穩定性的影響與糖類的使用濃度有關。孫倩怡等[24]的研究結果表明20%以上濃度的葡萄糖、蔗糖和果糖對藍莓花青素穩定；嚴紅光等[25]的研究表明濃度高于10%的蔗糖和葡萄糖對花青素稍有護色作用，而低濃度的蔗糖和果糖能夠降低藍莓花青素的穩定性；劉軍波等[26]研究表明濃度低于50 g/L（5%）的蔗糖對藍莓花青素沒有顯著影響，而高質量濃度蔗糖能提高穩定性。這些結果表明，高濃度糖類利于藍莓花青素的穩定性。

3.7 其他食品添加劑

食品添加劑可以延長食物的保質期，同時還可以改善食品的感官性狀，滿足人們的感官需求，在食品加工過程中廣泛使用。研究結果表明，VC 能夠破壞花青素的結構使花色苷降解，而苯甲酸鈉、0.15%的檸檬酸和蘋果酸對藍莓花色苷的穩定性有促進作用[25,27]。

3.8 其他因素

在食品加工過程中，除了以上因素對藍莓花青素的穩定性有影響之外，有些加工條件也會影響藍莓花青素的穩定性。如Nadiarid Jiménez 等[28]測定了黑莓汁樣品在三個不同的水分活度下花青素的降解速率，結果發現隨著水分活度從0.99 減少到0.34，花青素的降解速率常數從0.9×10-3/s 增加到3.5×10-3/s，這表明水分活度的減少對于花青素在高溫下的穩定性具有負面影響。

4 藍莓花青素的提取純化

4.1 提取方法

目前，藍莓花青素的提取方法主要包括有機溶劑提取法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法和酶法，也有將幾種方法聯用的，如超聲法酶法提取和超聲微波聯用提取等。

4.1.1 溶劑提取法

溶劑提取法是花青素最常用的提取方法之一。由于花青素溶于乙醇和甲醇等醇溶液，因此通常使用乙醇或甲醇作為萃取劑，且花青素在酸性條件下穩定，通常在酸性條件下提取藍莓花青素。

甲醇溶液是常用的藍莓花青素提取溶劑，可以加入少量的鹽酸或乙酸溶液來提高提取效率，并且通過調節料液比、提取溫度和提取時間得到最佳的工藝條件[29,30]。但是甲醇溶液具有一定的毒性，且對環境不友好，因此常使用乙醇溶液作為提取溶劑[31]。

4.1.2 超聲提取法

超聲波使藍莓的細胞壁及整個藍莓果實的破裂在瞬間完成，縮短了破碎時間，同時超聲波產生的振動作用加強了胞內物質的釋放、擴散和溶解，從而顯著提高提取效率。伍錦鳴等[32]采用響應面法分析優化藍莓花青素超聲提取工藝，得出藍莓花青素的最佳提取條件為超聲功率730 W、料液比1:18、提取時間40 min、提取溫度55 ℃，此工藝條件下花青素提取率為5.79%。

4.1.3 酶法

酶可以分解植物組織，從而加速植物細胞內有效物質的釋放，進而提高提取率。趙爾豐等[33]利用纖維素酶提取藍莓果渣中的花青素，所得藍莓果渣中花青素的提取率為4.12%。

4.1.4 其他方法

薄艷秋[34]對比分析了溶劑法及微波輔助提取法兩種方法對花青素提取率的影響，結果表明微波輔助提取法的提取效果較好。Michael Schwarz 等[35]證實了高速逆流色譜大規模分離花青素的潛力，并且高速逆流色譜具有幾個優勢：載樣量較高，分離溶劑成本低，不需要昂貴的固相萃取柱；操作條件溫和。Wang Erlei 等[36]使用柱層析法結合半制備高效液相色譜法，成功地從野生藍莓中分離出高純度花青素混合物和花青素單體，建立了一個有效的分離高純度花青素化合物的洗脫體系：首先在Amberlite XAD-7HP 柱中放入含有0.01%鹽酸的乙醇水溶液（乙醇:水=35:65），然后在Sephadex LH-20 柱中放入含有0.01%鹽酸的乙醇水溶液（乙醇:水=35:65）。

4.2 純化方法

藍莓花青素的粗提液中含有多種雜質，如蛋白質、糖、果膠等物質，為了提高產品的質量和延長產品的保質期，純化藍莓花青素的粗提液很有必要。

4.2.1 樹脂法

大孔樹脂吸附分離技術是采用特殊的吸附劑有選擇地吸附有效成分，除去無效成分的一種提取精制的新工藝。該方法具有設備簡單、操作方便、節省能源、成本低、產品純度高、不吸潮等優點，目前樹脂法是藍莓花青素主要的提純方法。Timothy J.Buran 等[37]研究發現Amberlite FPX66 樹脂是從藍莓水提取物中回收花青素和黃酮類物質最合適的樹脂。

4.2.2 固相萃取法

Petko Denev 等[8]使用固相萃取（SPE）純化5 種漿果（北美沙果、接骨木莓、紅醋栗、黑莓和藍莓）中的花青素，結果表明使用吸收劑Amberlite XAD7 進行固相萃取（SPE）是純化含有如糖、酸、蛋白質、果膠等雜質的復雜提取物中花青素的一個快速、簡單和可靠的方法。

5 發展前景

藍莓中花青素含量較高，且功能性較好，是花青素的良好來源，已經在食品、醫療、化妝品等領域得到廣泛應用。但是藍莓花青素的穩定性較差，在生產過程中損失較多，如何最大程度上地保留花青素以及其生理活性的問題亟待解決。并且花青素在人體胃腸道中穩定性差，生物利用率低，而花青素的生物特性主要取決于生物利用率，因此如何提高花青素的生物利用率也是今后的重點研究內容。