白海娜，王振宇，2

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150090；2.東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，哈爾濱 150040）

花色素（anthocyanidin）又稱(chēng)“花青素”，均指不帶糖苷的母體，接上各種糖苷基后，則成為花色素苷或花色苷（anthocyanin），是花色素的衍生物，花色苷經(jīng)水解后成為花色素，在自然界中所出現(xiàn)的萬(wàn)紫千紅顏色，均是花色苷所致，而其生理作用則取決與母體花色素?；ㄉ帐亲匀唤缱钪匾囊环N水溶性的色素之一，分布于27個(gè)科，72個(gè)屬的植物中?；ㄉ詹粌H賦予植物鮮艷的顏色以利于授粉和種子傳播、抵抗植物蟲(chóng)害以及預(yù)防植物的紫外線(xiàn)照射損傷，而且對(duì)于人類(lèi)具有許多生理保健功能，如清除體內(nèi)自由基［1］、抗腫瘤［2－3］、抗癌［4］、抗炎、抑制脂質(zhì)過(guò)氧化［5－6］等。

1 花色苷概述

1.1 花色素

花色素是一類(lèi)廣泛存在于植物中的水溶性色素，來(lái)源于不同種水果和蔬菜，如紫甘薯、越橘、酸果蔓、藍(lán)莓、葡萄皮［7］、黑加侖、黑米和紅甘藍(lán)等，顏色從紅到紫。

花色素的基本結(jié)構(gòu)為2－苯基苯并吡喃鹽，已知自然界存在的花色素有23種［8］，結(jié)構(gòu)如圖1所示。最常見(jiàn)的有天竺葵色素（Pg）、矢車(chē)菊色素（Cy）、飛燕草色素（Dp）、芍藥色素（Pn）、牽?；ㄉ兀≒t）和錦葵色素（Mv）6種［9］。其中矢車(chē)菊色素約占自然界總花色素的50%，天竺葵色素約12%，飛燕草色素約12%，芍藥色素約12%，錦葵色素約7%，牽?；ㄉ丶s7%［8］。

1.2 花色苷

自然條件下游離的花色素極少見(jiàn)，3，5－碳位上常與一個(gè)或多個(gè)葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等結(jié)合成糖配體，以糖苷形式存在，稱(chēng)為花色苷（Anthocyanin）。花色苷中的糖苷基和羥基還可以與一個(gè)或幾個(gè)分子的香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、對(duì)羥基苯甲酸等芳香酸和脂肪酸通過(guò)酯鍵形成酰基化的花色苷，目前有超過(guò)500種不同花色苷。

1.3 理化性質(zhì)

花色苷的種類(lèi)不同，其溶解性會(huì)有所不同，一般會(huì)溶于水或乙醇中，其色調(diào)隨經(jīng)基（－OH）、甲氧基（－OCH3）、糖結(jié)合的位置及數(shù)目和花色苷的種類(lèi)的不同而有所差別?；ㄉ盏奶卣餍再|(zhì)即色調(diào)及穩(wěn)定性受pH變化的影響較大，其色調(diào)會(huì)隨pH變化，pH從強(qiáng)酸性至中性乃至堿性，花色苷的色調(diào)會(huì)從紅色變化至紫色乃至藍(lán)色。在強(qiáng)酸性環(huán)境中，花色苷主要以單一的黃烊鹽陽(yáng)離子（flavyliulncation）的形式存在，呈穩(wěn)定的紅色。在弱酸性至中性溶液中，以脫水堿基陰離子（anbydro－base）存在，其最大吸收波長(zhǎng)移向長(zhǎng)波側(cè)，呈紫色。特別地，在堿性溶液中，以脫水堿離子（anbydrobaseanion）存在，呈藍(lán)色。脫水堿基不太穩(wěn)定，容易水化成無(wú)色的假堿基（pseudobase）?；ㄉ辗€(wěn)定性較差，為了使花色苷穩(wěn)定，必須想方設(shè)法防止它水解。

花色苷對(duì)光、氧化及熱的穩(wěn)定性，不同來(lái)源的花色苷有所不同，大多數(shù)花色苷對(duì)熱都不太穩(wěn)定，對(duì)光敏感，如石榴汁花色苷；也存在對(duì)光、熱穩(wěn)定的花色苷類(lèi)，如紫甘薯花色苷、石榴皮花色苷等［10］。實(shí)驗(yàn)證明，無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)酸、糖及酚類(lèi)對(duì)同一種花色苷有一定的濃色效果，而L－抗壞血酸及H2O2對(duì)一些花色苷起著褪色作用，在使用花色苷時(shí)要注意這一點(diǎn)。

1.4 分離、提取和純化的方法

1.4.1 分離鑒定方法的一般步驟

（1）利用酸化甲醇、乙醇［11］或丙二醇粗提花色素苷；（2）利用乙酸乙酯［12］對(duì)粗提的花色素苷進(jìn)行初步純化；（3）利用離子交換吸附劑層析對(duì)花色素苷進(jìn)一步的純化；（4）利用薄層層析和紫外分光光度計(jì)測(cè)定花色素苷物質(zhì)的種類(lèi)；（5）利用高效液相色譜儀對(duì)花色素苷的組份含量進(jìn)行測(cè)定；（6）利用核磁共振及電子噴射質(zhì)譜法對(duì)花色素苷物質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定。

1.4.2 提取方法

（1）有機(jī)溶劑萃取法。這是目前國(guó)內(nèi)外最廣泛使用的提取方法。多數(shù)選擇甲醇、乙酮、丙酮等混合溶劑對(duì)材料進(jìn)行溶解過(guò)濾，通過(guò)調(diào)節(jié)溶液酸堿度萃取濾液中的花青素。國(guó)內(nèi)吳信子［13］等用鹽酸－甲醇溶液提取，然后用紙層析法（中號(hào)）和柱層析法（聚乙酰胺）進(jìn)行花色苷的分離。目前，有機(jī)溶劑萃取法已成功地應(yīng)用于諸如葡萄籽、石榴皮、藍(lán)莓等絕大多數(shù)含花青素物質(zhì)的提取分離。有機(jī)溶劑萃取法的關(guān)鍵是選擇有效溶劑，要求既要對(duì)被提取的有效成分有較大溶解度，又要避免大量雜質(zhì)的溶解。該方法原理簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求較低，不足之處是大多數(shù)有機(jī)溶劑毒副作用大且產(chǎn)物提取率低。

（2）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(guò)程環(huán)境污染大，因此，使用水溶液提取應(yīng)慎重。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(shù)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。它是Duncan和Gilmour（1998）發(fā)明的提取花青素的方法，此方法設(shè)備要求簡(jiǎn)單，但產(chǎn)品純度低。

（3）超臨界流體萃取法。超臨界流體（supercritical fluid，SF）是指某種氣體（液體）或氣體（液體）混合物在操作壓力和溫度均高于臨界點(diǎn)時(shí)，使其密度接近液體，而其擴(kuò)散系數(shù)和黏度均接近氣體，其性質(zhì)介于氣體和液體之間的流體。超臨界流體萃取法（supercritical fluid extraction，SFE）技術(shù)就是利用超臨界流體為溶劑，從固體或液體中萃取出某些有效組分，并進(jìn)行分離的一種技術(shù)。

超臨界流體萃取法的特點(diǎn)在于充分利用超臨界流體兼有氣、液兩重性的特點(diǎn)，在臨界點(diǎn)附近，超臨界流體對(duì)組分的溶解能力隨體系的壓力和溫度發(fā)生連續(xù)變化，從而可方便的調(diào)節(jié)組分的溶解度和溶劑的選擇性。超臨界流體萃取法具有萃取和分離的雙重作用，物料無(wú)相變過(guò)程因而節(jié)能明顯，工藝流程簡(jiǎn)單，萃取效率高，無(wú)有機(jī)溶劑殘留，產(chǎn)品質(zhì)量好，無(wú)環(huán)境污染。但是，超臨界流體萃取法也有其局限性，二氧化碳－超臨界流體萃取法較適合于親脂性、相對(duì)分子量較小的物質(zhì)萃取，超臨界流體萃取法設(shè)備屬高壓設(shè)備，投資較大。

張瑞菊［14］等人用超臨界CO2流體萃取法，從苦參中提取黃酮類(lèi)化合物操作簡(jiǎn)單、活性成分保存好、提取物純度高，安全無(wú)毒，不存在溶劑殘留問(wèn)題。

（4）微波提取法。微波提取是利用微波能來(lái)提高提取率的一種最新發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，它以微波穿透加熱的原理為基礎(chǔ)，即微波對(duì)物料為立體加熱，而常規(guī)方法大多為平面加熱。微波萃取具有設(shè)備簡(jiǎn)單、適用范圍廣、萃取效率高、重現(xiàn)性好、節(jié)省時(shí)間、污染小等。目前使用微波 提取法提 取紫甘薯［15］、石榴［16］、果 桑［17］中的花色苷。

（5）超聲波提取法。超聲波在20世紀(jì)50年代后逐漸應(yīng)用于化學(xué)化工生產(chǎn)過(guò)程之中，且主要集中在植物中藥用成分、多糖以及其它功能性成分的提取等研究領(lǐng)域。超聲波是一種彈性機(jī)械波，利用超聲振動(dòng)能量使細(xì)胞周?chē)图?xì)胞內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，提高了細(xì)胞壁和細(xì)膜的通透性，克服了熱浸法提取時(shí)間長(zhǎng)，耗能大，很難有效破碎細(xì)胞，提取率低等缺點(diǎn)，有利于細(xì)胞內(nèi)有效成分的提取。超聲波提取運(yùn)用前景好、操作簡(jiǎn)單、快速高效、生產(chǎn)過(guò)程清潔無(wú)公害。孟凡麗［18］等人采用超聲波提取法提取越橘果實(shí)中的花色苷提取溶液選擇0.1%HCl乙醇，時(shí)間30min，提取率比熱浸提法3h高。

（6）微生物發(fā)酵提取法。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。王振宇［19］采用微生物和纖維素酶降解大花葵細(xì)胞壁提取花青素就是可靠的研究實(shí)例。該方法的優(yōu)點(diǎn)是操作穩(wěn)定性及可靠性高，環(huán)境友好。I－Hsin Lee［20］等人利用曲霉菌，在不同培養(yǎng)條件下，測(cè)定發(fā)酵黑豆日本清酒曲的總酚和花色苷含量，發(fā)現(xiàn)在30℃發(fā)酵3天產(chǎn)生清酒曲含有最高量的多酚和花色苷。

（7）亞臨界水提取技術(shù)。亞臨界水提取技術(shù)是最近幾年來(lái)的新成果，它的具體做法就是在適度壓力下，將水加熱到100℃以上，臨界溫度374℃以下的高溫，使水的極性隨溫度的變化而改變，對(duì)原材料中的花青素進(jìn)行提取。近兩年的研究實(shí)例有Luque－Rodriguez等人［21］采用動(dòng)態(tài)過(guò)熱流體提取葡萄皮中的花青素，并優(yōu)化了最佳提取工藝。對(duì)比于其他提取方法，亞臨界水提取方法清潔、有效、花青素提取量為傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)固液萃取的三倍，且產(chǎn)品性能更優(yōu)，不足之處是工藝條件要求較高。

（8）聯(lián)合輔助提取。單一的方法在有利的同時(shí)肯定存在它的不足之處，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中我們總期望達(dá)到最佳的產(chǎn)率與效益。因此，許多試驗(yàn)者嘗試將不同的提取方法進(jìn)行整合，各取其優(yōu)。例如王振宇等人［22］以大花葵為原料，采用CO2超臨界－超聲波聯(lián)用技術(shù)，用CO2超臨界裝置對(duì)材料進(jìn)行預(yù)處理后，再進(jìn)行超聲輔助提取獲得成功；朱洪梅等人［23］紫甘薯為原料，采用有機(jī)溶劑萃取－超聲波聯(lián)用技術(shù)，進(jìn)行超聲輔助大大提高了提取率。

1.4.3 純化方法。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(shù)脂法、膜分離和綜合技術(shù)法等。其中大孔樹(shù)脂吸附是近年來(lái)花青素提純最常用的方法之一［24］，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，但其方法的創(chuàng)新性與優(yōu)越性不容置疑。

2 展望

雖然超臨界CO2法、酶解法較傳統(tǒng)溶劑法有很多提高，但由于酶法、超臨界CO2法成本過(guò)高而產(chǎn)量低等原因，都不適合用于工業(yè)化生產(chǎn)。相反，超聲法、溶劑法不僅操作簡(jiǎn)單快捷，而且由于提取用的溶劑只要控制合理，可以循環(huán)使用進(jìn)行多次大批量生產(chǎn)，更加符合生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)要求。如何在高效率、低能耗、安全、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的條件下，用一些好方法對(duì)傳統(tǒng)方法進(jìn)行改良，更好地將新科技成果朝生產(chǎn)轉(zhuǎn)化，是一個(gè)尚繼續(xù)深入研究的課題。

根據(jù)最近調(diào)查，我們能夠預(yù)測(cè)，花青素作為天然色素，在不同的產(chǎn)品中使用將顯著增加，具有很好的應(yīng)用前景?？紤]到這些分子對(duì)健康有益的作用，它們?cè)谑称泛惋嬃闲袠I(yè)將具有重要的價(jià)值。在不久的將來(lái)，更好的提取、純化方法，將對(duì)著色劑和標(biāo)準(zhǔn)品成本有影響，以及對(duì)設(shè)立新的用于食品產(chǎn)品質(zhì)量控制方法，將具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

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