天然植物花色苷研究進展

劉漾倫 徐文泱 李政

摘 要：花色苷是花青素的顯色成分，存在于很多植物體內，具有抗氧化活性、抗癌、抗肥胖等作用。本研究概述了花色苷的分布、提取方式、鑒別及定量分析、生物學特性研究進展，并展望了花色苷在食品中的應用。

關鍵詞：花色苷；研究進展；應用

Abstract： Anthocyanins are the chromogenic components of anthocyanins， which exist in many plants and have antioxidant activity， anti-cancer， anti-obesity and other effects. In this study， the distribution， extraction， identification， quantitative analysis and biological characteristics of anthocyanins were summarized， and the application of anthocyanins in food was prospected.

Keywords： anthocyanin; progress; application

1 花色苷簡介

花青素具有典型的類黃酮結構，主要以植物色素的形式存在，可顯現出紅色、藍色和紫色，以糖苷形式廣泛分布于有色水果中，特別是漿果，其顯色成分為花色苷。研究發現花色苷的抗氧化能力較強，具有抗癌、抗肥胖、抗糖尿病以及預防DNA損傷等效用。因此，富含花青素的食物具有良好保健功效，經常食用能有效降低患慢性疾病的風險。

目前，已有500余種天然花色苷被發現，涉及27個科，72個屬。已知的花青素包括天竺葵色素、飛燕草色素、芍藥素、牽牛花素以及錦葵素等。花青素與糖以糖苷鍵的形式結合生成花色苷，存在植物的不同部位。結合糖有葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖等單糖以及鼠李葡萄糖、龍膽二糖、槐二糖等二糖類。目前，研究較多的是越橘、葡萄、桑甚、篤斯越橘、櫻桃及草莓等漿果中的花色苷，主要應用于飲料、酒類、水果制品等食品的上色方面。植物葉中也存在花色苷，如從紫甘藍葉中提取、精制而成的紫甘藍花色苷，類似地從植物葉中提取得到的還有菟菜花色苷、紫蘇花色苷等，但這幾類植物花色苷在我國并未作為著色劑被批準使用。部分植物根塊中也存在花色苷，如較為常見的從甘薯根塊中提取得到的紫甘薯色素。有研究表明，由于酰基與2-苯基苯并（喃）離子吡啶環的疊加，降低了水的親核攻擊敏感性以及假堿或查爾酮的形成，酰化的花青素分子可以提高色素在加工過程中的穩定性和存儲期限。這些發現加速了以對酰基花青素為基礎的食品色素的研究，花色苷廣泛存在于被子植物的果實、花、莖、葉、根器官的細胞液中，受pH值或金屬離子的影響而呈現出不同的色澤，最具代表性的為紅色、紫紅色、藍色。花色苷作為一種黃酮類化合物，具有強抗氧化性、抗癌及抗炎功能，因此被廣泛應用于食品、保健品、化妝品、醫藥等領域中。

2 花色苷提取方法研究

常見的花色苷提取方式有超聲、微波、超臨界流體萃取等。不同的提取方式在效率、成本、效能上均有不同，而提取方式的選取依賴于提取化合物的目的及其理化特點。當用于含量或鑒別分析時，不宜破壞其結構，而如果將花色苷作為著色劑來提取，則可優化其工藝參數以得到最佳得率和最高的色素穩定性。

較為傳統的花色苷提取法為溶劑直提法。花色苷中的糖基結構決定了其在極性溶劑中的溶解度較好。常見的提取試劑為水和乙醇、甲醇、丙酮以一定比例混合后的溶液。此外，由于花色苷穩定性受pH值影響較大，常在提取試劑中加入一定量的強酸或中強酸以調節提取環境的pH值，保證花色苷的提取效率和穩定性能。

花青素以不同形式存在于植物組織中。在酸性環境中，花青素的主要存在形式為黃酮離子，在水溶液中呈紅色。在較高的pH值下，黃酮離子轉化為其他無色的化合物，在某些條件下，這種轉化幾乎是不可逆的[1]。黃酮類陽離子在高酸性介質下穩定，這種化學特性使得提取試劑常采用含有有機酸的溶劑。近20年來，超聲輔助提取技術高速發展并得到了普遍應用，是一種節能高效的提取手段。超聲輔助提取所需時間相對較短，提取溫度低，而提取效率較高，這使得其在萃取熱敏性提取物上具備天然的優勢。相比于傳統溶劑提取法，超聲輔助提取法更能有效地提取黑加侖、甜櫻桃和黑莓等中的花青素。近年來，超聲波輔助提取被用于提取幾種黑莓中的花青素，并研究了用不同方法提取的花青素的組成、穩定性、抗氧化和抗癌性能。微波輔助萃取是利用微波能量加熱與樣品接觸的溶劑從而將目標物從樣品基質中分離到溶劑中的過程。LI等[2]通過勻漿-微波輔助提取法優化了黑醋栗果實中黃酮醇和花青素的提取工藝參數。以黃酮醇和花青素得率為指標，考察了影響提取效率的因素。與常規提取工藝相比，在較短的提取時間內，黃酮醇和花青素的提取率較高。ZHENG等[3]研究了微波輔助提取藍莓粉中花青素的工藝特點及最佳工藝參數，得到關鍵提取參數如時間、溫度、乙醇濃度、料液比對花青素提取率的影響呈現先正后負變化趨勢的結論。

3 花色苷的理化性質和穩定性研究

花色苷可溶于水、乙醇溶液，溶解度因種類的不同而有差異。由于不同花青素的羥基、甲氧基以及與糖結合的位置數目不同，不同植物提取物的顏色也不同，如深紅色可能表明含有較多的芍藥色素，紅色則表示飛燕草素、矮牽牛素含量較高。同時，花色苷的呈色受pH值影響較大，當pH值為酸性時，一般為紅色，當pH值上升時，可能由紅色轉為紫色，并且發生結構性的變化。

花色苷類色素的穩定性受到很多因素的影響，如日照、氧氣、溫度、酸度及金屬離子。一般認為，糖苷配基的羥基化程度與花色苷穩定性下降有關，反之糖基化、酰基化以及甲基化可提高花色苷的穩定性。大部分花色苷的穩定性受光和熱影響較大，但也有少量對光和熱穩定的花色苷，如紫甘薯色素、高粱紅色素、板栗皮棕色素等。pH值也是影響花色苷穩定性的重要因素。花色苷一般在pH值低于4的酸性條件下比較穩定，但也有穩定范圍較寬的花色苷，如山竹殼色素和板栗皮棕色素。此外，金屬離子、有機酸、還原糖、酚類、抗壞血酸、防腐劑和抗氧化劑等都在一定程度上影響花色苷類色素的穩定性。研究表明，有機酸、糖和酚類有利于花色苷的穩定，而亞硫酸鈉、雙氧水和抗壞血酸使得花色苷顯色變淡，金屬離子Zn2+等在濃度較低時可以起到增色作用，Fe3+、Fe2+則有減色效果。

4 花色苷的鑒別及定量分析

花色苷的鑒定方法主要有高效液相色譜、紅外光譜、核磁共振、紫外-可見光譜以及質譜等。隨著科技的不斷進步，現更傾向于將多種手段相結合進行分離鑒別。

（1）紙色譜法。紙色譜法是一種最早使用的花色苷定性方法，是通過對照比移值的差異來估算植物提取物中花色苷的類別。紙色譜法的缺點是耗時長且定量困難。郭慶啟等[4]建立了紙色譜對樹脂純化后的樹莓花色苷進行分離鑒定的方法，鹽酸水溶液水解后以正戊醇萃取，展開劑為甲酸鹽酸水溶液，結果發現純化后的花色苷主要成分為矢車菊和天竺葵色素。

（2）分子吸收光譜法。分子吸收光譜法是利用物質分子、原子或原子核對某一波長范圍的光進行選擇性吸收，對物質進行定性、定量分析，包括紫外吸收光譜法和紅外吸收光譜法。

（3）紫外吸收光譜法。紫外光譜數據提供了花青素結構的重要信息[5]，也積累了較多的數據，可以對花色苷的結構有進一步的了解。

（4）質譜法。質譜法是用電場和磁場將運動的離子按質荷比分離后進行檢測的方法。PAULA等[6]對10個藍莓品種的花色苷組成進行了表征，并利用液相色譜-質譜聯用法結合多元分析對結果進行了比較。

（5）核磁共振技術。核磁共振技術是化合物結構分析最準確的手段之一，對花色苷中的同分異構體及其糖苷和酰基化位點進行分析具有質譜所不具有的優勢。趙昶靈等[7]利用核磁共振結合高效液相色譜和氣相色譜等方法，確認了一種梅花的主要花色苷，為此種色素的研發和利用提供了研究基礎。

（6）液相色譜法。液相色譜法是用液體作為流動相的色譜法。相比于其他方法，高效液相色譜法的優點是快速、靈敏、可準確定量。但在相似的分析條件下，絕對峰保留時間可能不同，且缺乏便宜易得的標準品。因此，盡管液相色譜法在定性定量上有更大優勢，可對單個花色苷進行定量分析，但考慮到其標準品昂貴等因素，企業中仍常用分光光度法來進行定性定量分析。

5 花色苷的生物學特性

花色苷失去一個電子才能保持穩定，這個性質使其具有較強的抗氧化性。花色苷的抗氧化活性與其化學結構存在一定關系，改變芳香環上化學基團的位置和種類，花色苷從自由基分子接受未配對電子的能力就會發生變化，其抗氧化活性引起了許多研究者的興趣。BERTUGLIA等[8]研究了越橘花青素對倉鼠頰囊微循環缺血再灌注損傷的影響。結果表明，越橘花青素能夠減少缺血再灌注損傷引起的微血管損傷，保護內皮細胞，減少白細胞黏附，改善毛細血管灌注。TSUDA等[9]研究證明，矢車菊素3-O-β-d-葡萄糖苷可顯著抑制由肝I/R引起的血清轉氨酶升高。LEILA等[10]研究發現薰衣草花在0.1%HCl/甲醇（V/V）溶液中浸漬得到的花青素提取物對氧化應激具有保護作用。Zuiki是一種芋頭，新鮮Zuiki中約一半的花青素煮沸后被破壞，且清除自由基活性明顯降低，說明花青素和清除自由基活性具有關聯性[11]。

6 結語

花色苷食用安全性高，易上色，色價高，可用于食品著色。目前，《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》（GB 2760—2014）中已規定多種花色苷可用作著色劑，如越橘紅、葡萄皮紅、藍錠果紅等。而隨著經濟的發展，人們生活節奏加快，壓力不斷增大，各種現代慢性疾病（包括肥胖、心血管疾病、糖尿病、高血壓和癌癥等）的發病率不斷上升。花色苷類成分具有抗氧化、抗突變、抗腫瘤、抗輻射、保護心腦血管、保護肝臟、改善視力、提高免疫、抑制肥胖、抗炎以及抗菌等功效。因此，花色苷已逐漸被用于功能性健康食品的開發，花色苷在食品中的應用極具潛力。日本、韓國、歐洲均研發了以花色苷為主要成分的保健品，部分國家已批準花青素提取物作為抗炎劑及血管保護劑。

參考文獻

[1]TARO K，SUMIO K，KATSUYUKI O，et al.Hydrolysis of β-glucosyl ester linkage of p-hydroxybenzoyl β-d-glucose a chemically synthesized glucoside， by β-glucosidases[J].Journal of Bioscience and Bioengineering，2000，90（6）：614-618.

[2]LI X，CHEN F L，LI S Y，et al.An efficient homogenate-microwave-assisted extraction of flavonols and anthocyanins from blackcurrant marc： optimization using combination of Plackett-Burman design and Box-Behnken design[J].Industrial Crops and Products，2016，94：834-847.

[3]ZHENG X Z，XU X W，LIU C H，et al.Extraction characteristics and optimal parameters of anthocyanin from blueberry powder under microwave-assisted extraction conditions[J].Separation and Purification Technology，2013，104：17-25.

[4]郭慶啟，張娜，付立營.大孔樹脂法純化樹莓花色苷及初步鑒定[J].食品與發酵工業，2010，36（6）：171-174.

[5]VICTOR H，RONALD E W.Use of HPLC separation/photodiode array detection for characterization of anthocyanins[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2002，38（3）：708-715.

[6]PAULA B P，MILENE T B，LIGIA P G R，et al.Antimicrobial activity and differentiation of anthocyanin profiles of rabbiteye and highbush blueberries using HPLC-DAD-ESI-MSn and multivariate analysis[J].Journal of Functional Foods，2016，26：506-516.

[7]趙昶靈，郭維明，陳俊愉.梅花‘南京紅花色色素花色苷的分子結構[J].云南植物研究，2004，26（5）：549-557.

[8]BERTUGLIA S，MALANDRINO S，COLANTUONI A.Effect of vaccinium myrtillus anthocyanosides on ischaemia reperfusion injury in hamster cheek pouch microcirculation[J].Pharmacological Research，1995，31（3）：183-187.

[9]TSUDA T，HORIO F，KATO Y，et al.Cyanidin 3-O-beta-D-glucoside attenuates the hepatic ischemia-reperfusion injury through a decrease in the neutrophil chemoattractant production in rats[J].Journal of Nutritional Science and Vitaminology，2002，48（2）：134-141.

[10]LEILA G，ABDELKADER S，KHAYRA Z，et al.Anthocyanin extract from flowers of lavender dentate beats oxidative stress in vitro and in vivo[J].Dhaka University Journal of Pharmaceutical Sciences，2020，19（2）：145-151.

[11]TERASAWA N，SAOTOME A，TACHIMURA Y，et al.Identification and some properties of anthocyanin isolated from Zuiki， stalk of Colocasia esculenta[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2007，55（10）：4154-4159.

作者簡介：劉漾倫（1990—），女，湖南長沙人，碩士，工程師。研究方向：食品安全質量控制。