[科普中國]-花青素

概述種類

已知天然存在的花色素有250 多種，存在于27 個科、73 個屬的植物中。目前已確定的有20 種花青素，在植物中常見的有6 種，即天竺葵色素( Pg) 、矢車菊色素( Cy) 、飛燕草色素( Dp) 、芍藥色素( Pn) 、牽?；ㄉ? Pt) 和錦葵色素( Mv)。

結(jié)構(gòu)及特性花青素是糖苷衍生物，基本結(jié)構(gòu)如下:

一般自然條件下游離的花青素極少見，常與一個或多個葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等通過糖苷鍵形成花色素，花色素中的糖苷基和羥基還可以與一個或幾個分子的香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、對羥基苯甲酸等芳香酸和脂肪酸通過酯鍵形成酸基化的花色素1。

花青素分子中存在高度分子共扼體系，含有酸性與堿性基團(tuán)，易溶于水、甲醇、乙醇、稀堿與稀酸等極性溶劑中。在紫外與可見光區(qū)域均具較強(qiáng)吸收，紫外區(qū)最大吸收波長在280 nm 附近，可見光區(qū)域最大吸收波長在500 ～ 550 nm 范圍內(nèi)。花青素類物質(zhì)的顏色隨pH 值變化而變化，pH 7 呈紅色，pH= 7 ～ 8 時呈紫色，pH > 11 時呈藍(lán)色。2

主要來源花青素廣泛存在于開花植物(被子植物)中, 其在植物中的含量隨品種、季節(jié)、氣候、成熟度等不同有很大差別。據(jù)初步統(tǒng)計: 在27個科, 73個屬植物中均含花青素, 如紫甘薯、葡萄、血橙、紅球甘藍(lán)、藍(lán)莓、茄子、櫻桃、紅莓、草莓、桑葚、山楂、牽?；ǖ戎参锏慕M織中均有一定含量。3

最早最豐富的花青素是從紅葡萄渣中提取的葡萄皮紅色素, 它于1879年在意大利上市4 , 該色素可通過葡萄酒酒廠的廢料-葡萄渣提取。接骨木漿果( Elderberries)中含大量的花青素, 并且都是矢車菊素, 每百克鮮重在200 ~1000 mg。另外, 花青素在大麥、高粱、豆科植物等糧食作物中也廣泛存在。研究發(fā)現(xiàn), 葡萄籽與松樹皮的提取物中花青素的含量最高。3

提取方法溶劑提取法溶劑提取是花青素的常規(guī)提取方法, 溶劑多選擇甲醇、乙醇、丙酮、水或者混合溶劑等。為了防止提取過程中非?；幕ㄇ嗨亟到? 常在提取溶劑中加入一定濃度的鹽酸或者甲酸, 但在蒸發(fā)濃縮時這些酸又會導(dǎo)致?；幕ㄇ嗨夭糠只蛉康乃?。另外, 對于提取物中可能含有脂溶性成分的樣品, 需采用有機(jī)溶劑如正己烷、石油醚、乙醚等進(jìn)行萃取 。傳統(tǒng)的溶劑提取方法提取時間長, 生產(chǎn)效率較低, 且熱溶劑容易造成花青素降解以及生理活性的降低。5

國外提取花青素的傳統(tǒng)方法是采用低溫( 4~8 ℃) 或者常溫( 25℃ ) 避光條件下1% HCl 甲醇溶液浸提16~ 20 h, 或者采用01 5%、1% 的三氟乙酸的甲醇溶液, 4 ℃條件下浸提24h ?？紤]到食品中殘留甲醇的毒性, 也有用1% 的HCl 乙醇溶液代替甲醇溶液 。另外為了避免?；幕ㄇ嗨氐乃? 也可選擇弱酸如酒石酸、檸檬酸代替鹽酸。而國內(nèi)則多采用熱溶劑( 50~ 70℃ ) 浸提1~ 2 h 的方式 , 溶劑可選擇不同濃度的醇溶液或酸化的水溶液。5

加壓溶劑萃取法加壓溶劑萃取, 又稱加壓液體萃取( Pressurized Liquid Extraction, PLE ) 、快速溶劑萃取( Accelerated Solvent Extraction, ASE) , 它是通過外來壓力提高溶劑的沸點, 進(jìn)而增加物質(zhì)在溶劑中的溶解度以及萃取效率的。

目前PSE 技術(shù)對于食品中功能成分的提取主要集中在類黃酮、酚類物質(zhì)以及其他抗氧化活性成分的研究上。該技術(shù)在花青素的提取方面也有報道。采用此技術(shù)優(yōu)化紫甘藍(lán)中花青素的最佳提取工藝, 最佳參數(shù)為: 樣品21 5 g, 溫度99 ℃ , 提取時間7 min, 溶劑為V( 水) BV( 乙醇) BV( 甲醇) = 94:5 : 1。5

水溶液提取法有機(jī)溶劑萃取的花青素多有毒性殘留且生產(chǎn)過程環(huán)境污染大, 有鑒于此, 水溶液提取應(yīng)運而生。該方法一般將植物材料在常壓或高壓下用熱水浸泡,然后用非極性大孔樹脂吸附; 或直接使用脫氧熱水提取, 再采用超濾或反滲透, 濃縮得到粗提物。3

微生物發(fā)酵提取法此方法將生物發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用于花青素的提取之中, 是生物科學(xué)與化工生產(chǎn)之間的超強(qiáng)滲透與有效結(jié)合。微生物發(fā)酵法利用微生物或酶讓含有花青素的細(xì)胞胞壁降解分離, 使細(xì)胞胞體內(nèi)花青素充分溶入到提取液中, 從而增加提取的產(chǎn)率與速率。3

其他提取方法包括高壓脈沖電場輔助提取、雙水相萃取、超高壓輔助提取。前兩種可應(yīng)用于蛋白質(zhì)、核酸、多糖的提取研究, 而超高壓輔助提取已成功用于葡萄中花青素的提取之中, 且對比發(fā)現(xiàn)高壓輔助提取花青素等多酚類的效率可以提高近50% 。

純化工藝目前, 花青素的純化多采用液相萃取、固相萃取、薄板層析、柱層析、酶法、離子交換法、大孔樹脂法、膜分離和綜合技術(shù)法等。其中大孔樹脂吸附是近年來花青素提純最常用的方法之一6 , 而新的純化方法例如高速逆流色譜應(yīng)用、電泳法還處于起步發(fā)展階段。

鑒定方法花青素總量測定多采用分光光度法，樣品經(jīng)沸水提取，加酸性乙醇顯色，生成特有的剛果紅，于波長納米處測吸光度，該法不受黃酮苷及兒茶素的干擾，但受原花色素、花白素干擾，分析結(jié)果往往偏高，靈敏度也不夠理想，但是茶葉中花青素總量分析沿用此法; 除此，還可以采用高效液體相色譜法對花青素單一成分結(jié)構(gòu)的鑒定，可以用HPLC 對貴州黑糯米稻米表皮中提取的三種花青素結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定7，用UV-VIS、IR、H-NMR 和HPLC 等方法，對藍(lán)靛果中分離出來的純花青素( 矢車菊素) 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定8。

應(yīng)用抗氧化及清除自由基功能花青素屬于生物類黃酮物質(zhì)，而黃酮物質(zhì)最主要的生理活性功能是自由基清除能力和抗氧化能力。研究證明: 花青素是當(dāng)今人類發(fā)現(xiàn)最有效的抗氧化劑，也是最強(qiáng)效的自由基清除劑，花青素的抗氧化性能比VE高50 倍，比VC高20 倍9。紫色甘薯花色苷產(chǎn)品對－ OH、H2 O2，等活性氧均具有清除和抑制作用，尤其對－ OH 的清除能力強(qiáng)于抗壞血酸，且清除作用與濃度呈劑量關(guān)系10。

抗突變功能花青素的作用不僅使植物呈現(xiàn)五彩繽紛的顏色，也具有降低酶的活性，抗變異等保健功能的活性分子。研究表明有一定花青素濃度的提取物能有效預(yù)防不同階段癌變發(fā)生，但花青素的個體作用并不確定，部分原因是與其它酚類物質(zhì)等穩(wěn)定成分分離后進(jìn)行生物測定，花青素易降解。2

在食品中的應(yīng)用隨著科技的發(fā)展, 人們對食品添加劑的安全性越來越重視, 天然添加劑的開發(fā)利用已成為添加劑發(fā)展使用的總趨勢。花青素在食品中不但可作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑, 而且還可作為食品防腐劑代替苯甲酸等合成防腐劑, 并且可作為食品著色劑應(yīng)用于平常飲料和食品, 符合人們對食品添加劑天然、安全、健康的總要求11 。