影響花色苷降解的因素研究現(xiàn)狀

黃 滟， 余小平

（成都醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院，四川成都 610500）

花色苷（Anthocyanin，Acy） 是一種水溶性色素，廣泛分布于植物各部位，并具有抗氧化、抗炎、防治腫瘤、保護心腦血管和抗代謝性疾病等生物活性作用[1]。但是花色苷性質(zhì)不穩(wěn)定，易受pH 值、溫度、氧、抗壞血酸、酶等因素的影響，導(dǎo)致花色苷的降解和顏色改變[2]。

1 花色苷結(jié)構(gòu)

花青素是多酚類黃酮化合物， 具有典型的C6- C3- C6 骨架結(jié)構(gòu)（見表1），不同花青素以R1，R2上取代基不同而區(qū)分。自然條件下游離花青素很少見，大部分與糖基（半乳糖、阿拉伯糖和葡萄糖等） 結(jié)合以花色苷形式存在，花青素苯環(huán)上不同碳位常與不同的糖基以糖苷鍵結(jié)合而形成結(jié)構(gòu)各異的花色苷。但是由于花色苷結(jié)構(gòu)上具有活躍的酚羥基，其性質(zhì)并不穩(wěn)定，可進一步被不同的芳香酸或脂肪酸等修飾形成酰基化花色苷、酯基化花色苷及吡喃類衍生物。

花青素的基本結(jié)構(gòu)見表1。

表1 花青素的基本結(jié)構(gòu)

2 花色苷穩(wěn)定性的影響因素

2.1 物理因素

2.1.1 溫度

食品藥品行業(yè)經(jīng)常會對產(chǎn)品進行熱加工，即使在產(chǎn)品的貯藏過程中，溫度也是影響花色苷降解的一個不能忽視的因素。Silva N L 等人[3]提出花色苷的降解是一種吸熱反應(yīng)，高溫為花色苷的降解過程提供能量，可加速花色苷降解產(chǎn)物的形成。溫度越高、作用時間越長，花色苷降解越快。Zhou F 等人[4]研究發(fā)現(xiàn)，當溫度升高至70 ℃時，花色苷含量顯著降低，且降解率與溫度呈正相關(guān)。但在相同的溫度條件下，不同來源或基質(zhì)條件下的花色苷降解率各有差別。Sinela A 等人[5]研究表明，飛燕草素- 3 - O -桑布雙糖苷對溫度升高的降解敏感度明顯高于失車菊素- 3 - O - 桑布雙糖苷。此外，Zhou M等人[6]以高溫處理桑葚時發(fā)現(xiàn)，固體桑葚的花色苷降解遵循二級動力學，而不同于液體花色苷提取物符合的一級降解動力學。

2.1.2 非熱加工技術(shù)

為了避免高溫加工導(dǎo)致的花色苷降解與顏色改變，一些非熱加工技術(shù)被陸續(xù)提出[7]。壓力和溫度對花色苷的降解具有協(xié)同作用，與室溫高壓技術(shù)相比，若高壓加工溫度達50 ℃及以上則會增加花色苷的降解率；同時，由于二氧化碳降低了產(chǎn)品的pH 值，二氧化碳高壓加工可使花色苷具有更高的穩(wěn)定性[8]。超聲、脈沖電場也能促使花色苷的降解。Sun J 等人[9]的報告中表明，隨著超聲時間和功率的增加，天竺葵素- 3 - O - 葡萄糖苷提取液的抗氧化活性會降低。Wu J 等人[10]研究發(fā)現(xiàn)，雖然用脈沖電場對藍莓花色苷進行預(yù)處理也會導(dǎo)致花色苷的降解，但與直接加熱預(yù)處理藍莓花色苷相比，其降解率會小很多。

2.2 化學因素

2.2.1 pH 值

pH 值的變化會使花色苷的結(jié)構(gòu)改變。在酸性條件下以穩(wěn)定的黃酮型結(jié)構(gòu)為主，而當pH 值升高時，不穩(wěn)定的查耳酮型假堿、甲醇和醌型的百分比將增加。因此，花色苷在酸性條件下比較穩(wěn)定，在中性或堿性條件下易降解。Hosseini S 等人[11]的研究表示，在冷凍儲存時，未添加酸液的花色苷降解得更快。Iliopoulou I 等人[12]研究表明，雖然所有花色苷化合物在酸性條件下的熱穩(wěn)定性都較高，但是酰化和非酰化組分的相對穩(wěn)定性取決于pH 值；在低pH 值下，酰化的化合物比未酰化的化合物更穩(wěn)定，但是在更高的pH 值下情況相反。在同一酸度條件下不同結(jié)構(gòu)的花色苷的穩(wěn)定性也會產(chǎn)生差異。Levy R 等人[13]研究發(fā)現(xiàn)，在同一酸度下，隨著共軛糖的增加，花色苷穩(wěn)定性增強。

2.2.2 氧氣與抗氧化劑

Zhou M等人[6]運用不同干燥方法處理桑葚果時發(fā)現(xiàn)，在相同溫度下，真空干燥處理組的矢車菊素-3 - O - 葡萄糖苷和矢車菊素- 3- O- 蕓香糖苷的保留率均高于熱風干燥組，表明低氧環(huán)境有助于減輕花色苷的熱降解。并且隔氧提取也可提高花色苷提取率[14]。在Li J 等人[15]的報告中顯示，添加高濃度抗壞血酸 （Ascorbic Acid，AA） （360 mg/L） 的紫薯花色苷的熱降解率比添加低濃度AA （120 mg/L） 的更高，推測抗壞血酸的熱降解產(chǎn)物的產(chǎn)生會導(dǎo)致花色苷降解率增高。Gérard V 等人[16]研究也表明，添加AA 會顯著降低花色苷在空氣或氮氣中的熱穩(wěn)定性；抗氧化劑如綠原酸、芥子酸可以延遲抗壞血酸向脫氫抗壞血酸轉(zhuǎn)化，因此可提高花色苷在抗壞血酸存在下的光、熱穩(wěn)定性；而另一些抗氧化劑（如單寧酸、異槲皮苷、肉豆蔻精類） 對提高花色苷穩(wěn)定性的效果不大。

2.2.3 金屬離子

金屬離子對花色苷的作用體現(xiàn)在輔色效果與穩(wěn)定作用2 個方面。王亞云等人[17]研究發(fā)現(xiàn)Mg2+，Mn2+，Cu2+可與花色苷發(fā)生螯合作用，因此對紫薯花色苷起到一定輔色作用。但是同一金屬離子對不同結(jié)構(gòu)組成的花色苷穩(wěn)定作用有時并不一致。例如，對馬齒莧花色苷的研究表示，Mg2+、K+對馬齒莧花色苷影響較小，而Cu2+、Fe3+對馬齒莧花色苷有明顯的破壞作用[18]。周丹蓉等人[19]的報告中顯示高濃度的K+離子和低濃度的Fe3+離子可增強芙蓉李花色苷的穩(wěn)定性，Al3+則使花色苷的穩(wěn)定性下降。但根據(jù)Sigurdson G T 等人[20]的研究報告，Al3+對花色苷的顏色穩(wěn)定性影響作用較弱。也有研究表明，添加某些大分子如海藻酸鹽可增加金屬離子- 花色苷螯合物的穩(wěn)定性[21]。

2.3 生物分子因素

2.3.1 蛋白質(zhì)類

花色苷的生物降解多與植物中的糖苷酶、多酚氧化酶和過氧化物酶有關(guān)[22]。花色苷一方面可通過多酚氧化酶和過氧化物酶直接或間接作用被氧化，另一方面也可通過糖苷酶去糖基化而自發(fā)地脫色和降解。Lang Y 等人[23]的研究表示，牛血清蛋白（Bovine serum albumin，BSA） 具有只抑制而不破壞花色苷清除自由基的能力，并且添加0.15 mg/mL 的BSA 能對花色苷光降解發(fā)揮更大的保護作用。在Chung C 等人[24]的研究中，L - 苯丙氨酸、L - 酪氨酸、L - 色氨酸和ε - 聚賴氨酸均能使花色苷的顏色穩(wěn)定性延長，其中L - 色氨酸的加入對花色苷的穩(wěn)定性影響最為顯著。

2.3.2 糖類與酚酸

不同的糖類對花色苷的穩(wěn)定性具有不同的影響，并且降解程度主要與糖類的降解產(chǎn)物糖醛有關(guān)。甘露醇與木糖醇對于馬齒莧花色苷的輔色效應(yīng)均會隨其濃度的改變而改變，甘露醇隨濃度增加對馬齒莧花色苷的減色作用增強；木糖醇濃度越高其增色能力越強，達峰值后增色作用減弱[18]。蔗糖對花色苷的光、熱穩(wěn)定性幾乎沒有影響或影響很小[24]，但有抗壞血酸的存在時，蔗糖可導(dǎo)致花色苷降解且呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢[25]。酚酸也可以影響花色苷的穩(wěn)定性。20 mg/L阿魏酸能穩(wěn)定花色苷，但阿魏酸濃度的增加反而會降低其保護作用或無影響[26]。咖啡酸則會加速紫甘薯中花色苷的降解[27]。

3 花色苷降解前后的生理功能變化

花色苷降解會導(dǎo)致其顏色變化，但出乎意料的是，由于某些降解產(chǎn)物具有強大的抗氧化和清除自由基的能力，花色苷的生物活性并不會隨著花色苷的降解而大幅度下降[9]。此外，即使花色苷的某些降解產(chǎn)物也具有生物活性作用，但可能由于含量太低而無法行使生理功能。如Pace E 等人[28]的研究表示，矢車菊素- 3- O- 葡萄糖苷的主要熱降解產(chǎn)物間苯二甲醛雖然會對肝癌細胞（HepG2 細胞） 產(chǎn)生明顯的抗增殖作用，但由于它是降解產(chǎn)物，含量較低，因此無法誘導(dǎo)HepG2 細胞毒性。

4 提高花色苷穩(wěn)定性方法

提高花色苷穩(wěn)定性的方法主要有2 個方面，一是應(yīng)用基因調(diào)控等生物技術(shù)培育高產(chǎn)量、高穩(wěn)定性的富含花色苷植物；二是應(yīng)用化學修飾、分子改性、改善外界條件來提高花色苷提取物的穩(wěn)定性。除此之外，花色苷混合物也通常比單體花色苷發(fā)揮生物活性作用更強。

4.1 基因調(diào)控

在植物花色苷的生物合成階段，某些調(diào)控基因的變化也會對花色苷含量和性質(zhì)產(chǎn)生影響。柳巧禛等人[29]用6－芐基腺嘌呤處理葡萄植株，通過上調(diào)花色苷合成相關(guān)基因PAL、CHS1、UFGT 的轉(zhuǎn)錄水平，促進了葡萄果實花色苷的積累。楊中義等人[30]通過遮光處理不同花序發(fā)育期的地被菊來抑制CmUFGF 基因的表達，以達到促進花色苷的合成或緩解花色苷降解的目的。

4.2 結(jié)構(gòu)修飾

從花色苷結(jié)構(gòu)上說，酰化花色苷比非酰化花色苷更穩(wěn)定，目前酰基化方法主要有化學法、酶法和植物培養(yǎng)法[31]。Quan W 等人[32]研究表明，雙酰基和雙糖基化形式的花色苷在存儲過程中比其他花色苷更穩(wěn)定。除此之外，將花色苷酯基化或形成吡喃類衍生物也能提高花色苷的穩(wěn)定性[33]。

4.3 外界條件控制

改變外界因素也可改善花色苷穩(wěn)定性，如考慮水合作用，干燥的花色苷產(chǎn)品比液態(tài)產(chǎn)品穩(wěn)定性更高。在儲存過程中，降低溫度、避光隔氧是必要的，此外提高酸度和添加包埋劑也能提高穩(wěn)定性。有研究表明，殼聚糖等材料包埋花色苷可改善花色苷穩(wěn)定性[34]。

5 結(jié)語

花色苷作為一種天然色素，因具有獨特豐富的生理功能作用而逐漸成為研究熱點，但是因其穩(wěn)定性低，限制了花色苷的應(yīng)用。因此，廣泛探索花色苷穩(wěn)定性的影響因素、改善花色苷低利用率是一個不可避免的問題。現(xiàn)今對花色苷穩(wěn)定性的研究主要集中于光、熱及pH 值對花色苷穩(wěn)定性的影響及降解動力學，而關(guān)于其他影響因素，特別是在復(fù)雜基質(zhì)下對花色苷穩(wěn)定性的綜合研究較少；評價花色苷降解率的指標也多以花色苷保留率和光譜變化為主，而鮮有關(guān)注花色苷降解產(chǎn)物及降解前后的生物活性功能變化。

多種因素相互作用下的不同結(jié)構(gòu)花色苷穩(wěn)定性各有不同，因此在食品藥品應(yīng)用的具體加工操作過程中，若要改善花色苷穩(wěn)定性必須綜合考慮各種影響因素。此外，除了考慮花色苷降解問題外，還需關(guān)注花色苷的人體吸收率、生物利用率等方面的因素。