許明秀，解思琦，張 巖，譚 偉*,李慶亮

( 1.棗莊學(xué)院食品科學(xué)與制藥工程學(xué)院，山東 棗莊 277160；2.棗莊學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，山東 棗莊 277160)

人工合成色素價(jià)格低，穩(wěn)定性高，但是大多數(shù)原料具有潛在的致癌性[1]，由于一系列的安全性問題，天然色素逐漸受到關(guān)注，其中花色苷是人工合成色素最好的天然替代物，受到世界各國的普遍重視[2]。

花色苷是一類水溶性的天然色素[3]，廣泛存在于高等植物中，屬于類黃酮酚類化合物，是植物次生代謝產(chǎn)物之一，是花色素與糖以糖苷鍵結(jié)合而成的一類化合物?；ㄉ諒V泛存在于植物的花、果實(shí)、莖、葉和根器官的細(xì)胞液中，使植物呈現(xiàn)出由紅、紫紅到藍(lán)等不同的顏色[4]。天然食用色素中，花色苷的分布極廣、數(shù)量最多，主要來源于植物的根、莖、葉。至今為止從自然界中分離和鑒定出的花色苷多達(dá)600余種，主要由6種花青素衍生而來，分別為矢車菊素(Cyanidin)、飛燕草素(Delphinidin)、芍藥花素(Peonidin)、矮牽牛素(Petunidin)、天竺葵(Pelargonidin)和錦葵色(Malvidin)[5]，這6種花青素約占全部花色素種類的95%以上。

花色苷類物質(zhì)除了能使植物的莖、葉、花和果實(shí)等呈現(xiàn)出多彩的顏色外，還具有顯著的生物活性，如抗炎、抗過敏、抗氧化、延緩衰老、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、改善胰島功能、提高免疫力、減輕肝臟機(jī)能障礙等[6-11]，并且天然色素與人工合成色素相比，還具有無毒害、副作用小、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，因此花色苷具有良好的市場(chǎng)前景。但是，天然花色苷和人工合成色素相比，花色苷由于自身結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，容易受到環(huán)境、運(yùn)輸?shù)纫蛩氐挠绊懓l(fā)生變化，降低產(chǎn)品的貨價(jià)值。因此，研究果樹中花色苷的穩(wěn)定性及尋找提高其穩(wěn)定性的方法顯得尤為重要[12]。本文就果樹中花色苷的提取方法、分離純化、影響其穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了總結(jié)，并分析了一些提高花色苷穩(wěn)定性的方法，希望可以為花色苷的利用提供一定的幫助。

1 花色苷的提取方法

花色苷的提取方法眾多，有溶劑浸提法、微波輔助提取法、超聲輔助浸提法、超臨界CO2提取法等，不同方式的花色苷提取率不同，且同一方法不同的條件提取率也可能不同。溶劑浸提法步驟簡(jiǎn)單，常用乙醇來作為提取溶劑，在50～55 ℃下提取，如在50 ℃的溫度下用乙醇浸提60 min提取藍(lán)莓中的花色苷得率[13]達(dá)46.45%，而黑果腺肋花楸花色苷的最佳提取工藝是在55 ℃的條件下用50%乙醇提取60 min花色苷提取量最高，可達(dá)到4.32±0.177 mg/g[14]。微波輔助提取法速度快且安全，得到的提取率相對(duì)較高，李欣燃[15]利用勻漿-微波聯(lián)用方法提取黑果茶藨中的花色苷，以16%乙醇作為提取溶劑，550 W下微波16 min，制得的花色苷含量是溶劑浸提法制得的花色苷含量的2倍左右。超聲波萃取浸提法操作過程容易且所用時(shí)間相對(duì)與溶劑浸提法所用時(shí)間較少，如焦彩鳳等人[16]利用超聲波輔助提取葡萄懸浮細(xì)胞中花色苷，用85%的酸化乙醇作為提取劑，380 W下超聲38 min，得到花色苷含量約為3.93 mg/L。董彩軍等人[17]比較了超聲波法、酸化乙醇法、大孔樹脂法提取紅樹莓花色苷得率，得出酸化乙醇法得率最高，為0.203 mg/g。秦公偉等人[18]采用超臨界CO2提取技術(shù)提取藍(lán)莓果渣中花色苷，與乙醇浸泡提取相比，縮短了提取時(shí)間，提高了花色苷提取率。高壓脈沖電場(chǎng)輔助提取法提取率更高，Corrales等[19]發(fā)現(xiàn)用3.0 KV/cm高壓脈沖電場(chǎng)輔助提取法處理葡萄副產(chǎn)品60 min，花色苷得率是未經(jīng)輔助提取處理的4倍、超聲波輔助提取的2倍；張燕等人[20]采用高壓脈沖電場(chǎng)輔助提取法，同時(shí)采用酸化乙醇提取紅梅花色苷，提取率達(dá)到54.24%。提高花色苷的提取率，是獲得較多天然花色苷的必要條件，利用新技術(shù)或?qū)σ延屑夹g(shù)進(jìn)行優(yōu)化改良，從實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)開發(fā)出節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境、效果更好的花色苷工廠化提取工藝是當(dāng)前的重點(diǎn)。

3 花色苷的分離純化

目前，花色苷的分離純化方法主要由色譜純化、凝膠柱層析、聚酰胺層析法等。李媛媛等人[21]采用高速逆流色譜法分離制備紅葡萄皮中花色苷單體，經(jīng)過一次高速逆流分離就可得到3種高純度的花色苷單體；與普通分離純化方法相比，高速逆流色譜法具有操作簡(jiǎn)單、樣品無污染、連續(xù)、高效、可大量制備的優(yōu)點(diǎn)。劉敬華等人[22]采用聚酰胺層析法對(duì)藍(lán)靛果中花色苷進(jìn)行分離純化，分離的花色苷純度是常規(guī)方法分離純度的1倍左右，是未經(jīng)分離純化的粗提物的14倍左右。張亞紅等人[23]采用D101大孔樹脂和6000道爾頓分子量的超濾膜純化技術(shù)對(duì)野生藍(lán)莓花色苷純化，純度可達(dá)35%以上。膜分離純化的花色苷透明度高、穩(wěn)定性好，但所需設(shè)備價(jià)格昂貴、提取效率低。陳亮等人[24]利用固相萃取的方法對(duì)桑葚中花色苷進(jìn)行分離純化，獲得的野生桑葚總花色苷含量為154.27 mg/100 g，此法與其他方法相比，優(yōu)點(diǎn)較多，固相萃取的實(shí)驗(yàn)對(duì)象在實(shí)驗(yàn)過程中不會(huì)發(fā)生乳化現(xiàn)象，樣品處理步驟簡(jiǎn)化，而且需要的溶劑量少，能夠節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本。李楊等人[25]采用大孔樹脂層析法對(duì)煙73釀酒葡萄中花色苷進(jìn)行純化，純化后的花色苷含量達(dá)到94.93%，是純化前的1.9倍左右；大孔樹脂層析法操作工藝簡(jiǎn)單，主要采用乙醇作提取溶劑，安全性強(qiáng)，同時(shí)，樹脂可以再生，可重復(fù)利用，節(jié)約成本。申芮萌等人[26]研究藍(lán)莓花色苷時(shí)，采用Sephadex LH-20凝膠柱層析分離純化，當(dāng)用30%的酸化后的乙醇為洗脫液時(shí)能分離到7個(gè)峰組分，其中花色苷類物質(zhì)占4個(gè)峰組分。眾多花色苷分離純化的方法，都存在或多或少的不足，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步研究經(jīng)濟(jì)有效的分離純化方法，從而為花色苷的商品化提供技術(shù)支撐。

4 影響花色苷穩(wěn)定性的因素

4.1 花色苷結(jié)構(gòu)

花色苷內(nèi)部的穩(wěn)定性，與花色苷的結(jié)構(gòu)[27]密切相關(guān)。不同花色苷的區(qū)別主要在于分子中羥基化的程度，羥基的數(shù)目以及甲基化的程度等。羥基化程度增加使花色素穩(wěn)定性增加，如飛燕草色素在酸性甲醇中就比矢車菊色素穩(wěn)定[28]，然而也有一些例外，這與糖苷配基的羥基化的影響不同有關(guān)。而甲基化[29]程度增加會(huì)降低花色苷的穩(wěn)定性，在C-4和C-7位置含有甲氧基比相同位置含羥基的色素穩(wěn)定性差。

另外，花色苷的糖基化和?；黾恿嘶ㄉ氐姆€(wěn)定性[28]?；ㄉ嘏c糖以糖苷鍵結(jié)合而成花色苷，花色苷在溶液中的溶解性和穩(wěn)定性都比花色素強(qiáng)。因此，花色素的糖基化形式在自然界中更普遍，而游離的糖苷配基卻很難在自然界中找到。但是Sims C A等人[29]發(fā)現(xiàn)在葡萄酒的加工過程中，雙糖苷是極不穩(wěn)定的。酰基化[28]可大大提高花色苷的穩(wěn)定性，有些花中含有的花色苷顏色很穩(wěn)定，就是因?yàn)轷；木壒?，?；某潭炔煌ㄉ疹伾姆€(wěn)定性也不同。多?；幕ㄉ疹伾葐熙；幕ㄉ疹伾€(wěn)定，且從酸性到堿性條件下都能保持高度的穩(wěn)定性。?；愋鸵灿绊懟ㄉ盏姆€(wěn)定性，含有芳香環(huán)?；〈锏幕ㄉ找群咀宓姆€(wěn)定。但是，Escribano-bailn.MT等人[30]認(rèn)為酰基化的增加會(huì)造成花色苷的降解，在傳統(tǒng)的溶劑提取法中，用弱酸代替鹽酸則能避免這一現(xiàn)象。

4.2 光

光對(duì)花色苷的穩(wěn)定性影響顯著。不同的光源、光照時(shí)間對(duì)花色苷穩(wěn)定性的影響大不相同。同一種光對(duì)不同作物花色苷的影響也不相同。陸國權(quán)等人[31]將紫甘薯、紫葡萄皮、黑米等6種作物至于自然光下保存，比較了自然光對(duì)不同作物花色苷穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明自然光對(duì)紫甘薯色素的破壞能力最小。潘少霖等人[32]的研究表明芙蓉里果實(shí)經(jīng)自然光照射后的花色苷含量增加，果實(shí)經(jīng)過套袋處理，得到的果實(shí)花色苷含量降低。

4.3 pH

pH的變化對(duì)花色苷溶液的變化影響顯著。Jeewon Koh[33]研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)莓果膠花青素含量在pH為3.0時(shí)最高，在pH4.0時(shí)最低，添加檸檬-磷酸能夠減弱藍(lán)莓果膠中花青素在pH3.0和pH4.0時(shí)的相互作用。李穎暢[34]研究藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH1.0、pH3.0時(shí)花色苷溶液為透明的紅色，pH5.0時(shí)為淺紫紅色，pH7.0時(shí)為淺綠色，pH9.0時(shí)為綠色。當(dāng)溶液的pH值發(fā)生變化時(shí)，花色苷內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間也進(jìn)行轉(zhuǎn)換。葡萄酒中花色苷主要存在4種形式的平衡：藍(lán)色醌式堿A，紅色2-苯基苯并吡喃陽離子AH+，無色甲醇?jí)A或甲醇假堿B和無色查爾酮C。在不同pH值的溶液中，花色苷以不同化學(xué)結(jié)構(gòu)形式存在，呈現(xiàn)出不同顏色。酸性條件下呈紅色；中性、近中性條件下呈無色；堿性條件下呈藍(lán)色。在一個(gè)給定的pH值下，4種結(jié)構(gòu)之間存在著平衡。蓮霧花色苷穩(wěn)定性隨pH值升高而下降，在酸性環(huán)境下較穩(wěn)定[35]。

4.4 溫度

果實(shí)中花色苷在低溫下較穩(wěn)定[35]，在高溫下不穩(wěn)定。桑葚[36]和蓮霧[35]花色苷隨著溫度的升高保存率降低。郭耀東[37]研究葡萄皮花色苷穩(wěn)定性時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高花色苷降解速度加快，40 ℃下6 h相對(duì)保存率為58.81%，當(dāng)溫度達(dá)到80 ℃時(shí)放置2.5 h后相對(duì)保存率降至33.98%。

4.5 金屬離子

不同的金屬離子對(duì)花色苷穩(wěn)定性的影響不同，而同一種金屬離子對(duì)不同果實(shí)的花色苷穩(wěn)定性的影響也有差異。Al3+對(duì)樹莓花色苷的穩(wěn)定性無顯著影響[38]，但是降低了黑果腺肋花揪花色苷的穩(wěn)定性[39]；Ca2+對(duì)黑加侖[40]、樹莓[38]、藍(lán)莓[41]、桑果[42]的花色苷的穩(wěn)定性沒有顯著影響；Fe2+能降低黑加侖、藍(lán)莓花色苷的穩(wěn)定性[40-41]，但增強(qiáng)了桑果花色苷的穩(wěn)定性[42]；Cu2+、Fe3+能降低黑果腺肋花揪、黑加侖花色苷的穩(wěn)定性[39-40]，Cu2+增強(qiáng)藍(lán)莓花色苷的穩(wěn)定性[41]；Zn2+能夠增強(qiáng)藍(lán)莓花色苷的穩(wěn)定性[41]，卻降低桑果花色苷的穩(wěn)定性[42]；Mg2+增強(qiáng)了葡萄花色苷的穩(wěn)定性[43]。

4.6 加工方式

殺菌處理是果汁生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，殺菌方式不同也會(huì)影響花色苷含量。李夢(mèng)麗[44]使用3種不同的殺菌方式處理紅樹莓果汁，發(fā)現(xiàn)巴氏殺菌、煮沸殺菌和微波殺菌后紅樹莓果汁花色苷含量分別減少了18.5%、6.9%、5.4%，高溫長時(shí)殺菌對(duì)花色苷破化作用很大，而高溫短時(shí)殺菌對(duì)花色苷破壞作用較小，并且，微波殺菌較加熱殺菌對(duì)花色苷的破壞作用最小，能夠更好的保護(hù)果汁中的花色苷。

4.7 其他因素

李玲等[45]研究火龍果果皮花色苷時(shí)發(fā)現(xiàn)氧化劑、還原劑都能使火龍果皮的花色苷含量降低，并且當(dāng)還原劑濃度較大時(shí)可嚴(yán)重破壞其結(jié)構(gòu)。蔗糖、葡萄糖對(duì)葡萄皮花色苷穩(wěn)定性沒有較大影響[37]。李棟等[46]研究桑果花色苷穩(wěn)定性時(shí)發(fā)現(xiàn)不同的添加劑對(duì)其穩(wěn)定性影響不同，能夠增加其花色苷含量的是防腐劑、酸味劑，如檸檬酸；能夠降低其花色苷穩(wěn)定性的是甜味劑、抗氧化劑，如抗壞血酸[47]、咖啡酸[48]。

5 提高花色苷穩(wěn)定性的方法

5.1 在殺菌處理時(shí)采用脈沖強(qiáng)光照射

在加工紅樹莓濃縮果汁時(shí)，采用脈沖強(qiáng)光(IPL)照射處理，與未處理的果汁相比，此方法得到的花色苷是未經(jīng)處理得到的花色苷的兩倍[49]。

5.2 添加果膠酶

通過加入果膠酶提高藍(lán)莓汁中花色苷含量，經(jīng)過果膠酶的處理，花色苷含量比未處理的增加約2倍，類黃酮含量增加約1.2倍[50]。

5.3 食品加工時(shí)進(jìn)行蒸制

陳誠等人[51]研究桑椹藥材制作工藝時(shí)，發(fā)現(xiàn)樣品在經(jīng)過蒸制以后，由于蒸制產(chǎn)生的水蒸氣對(duì)花色苷的保護(hù)作用，花色苷的含量是未蒸制過的樣品含量的1.2倍。

5.4 將果汁進(jìn)行濃縮

常規(guī)的方法有真空濃縮、膜技術(shù)濃縮、蒸發(fā)濃縮和反滲透濃縮，但幾種濃縮方法均受限制，有不同的缺點(diǎn)。沙棘濃縮汁采用新型的真空薄膜離心式蒸發(fā)器，溫度約為40 ℃，能完全保留沙棘汁的營養(yǎng)成分，使其不會(huì)受到明顯的破壞[52]。

5.5 固體飲料

曹雪丹等[53]研究固體飲料和液體飲料兩種藍(lán)莓飲料中花色苷含量隨時(shí)間的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)，在第0天時(shí)，兩種飲料中花色苷含量幾乎相等，常溫避光保存6個(gè)月以后，固體飲料中花色苷含量是液體飲料中花色苷含量的2.5倍左右。

5.6 添加護(hù)色劑

Rao等[54]和 Rein[55]發(fā)現(xiàn)β-環(huán)狀糊精和NaCl的加入會(huì)影響溶液中花色苷的含量。莊雅香等人[56]研究楊梅汁的護(hù)色效果時(shí)，發(fā)現(xiàn)檸檬酸的護(hù)色效果高于NaCl，NaCl的護(hù)色效果高于β-環(huán)狀糊精。隨著檸檬酸含量和NaCl含量的增加，花色苷的含量逐漸增加，當(dāng)β-環(huán)狀糊精的濃度大于0.20 mg/g時(shí)，隨著濃度的增加，花色苷的含量逐漸降低。

6 小結(jié)

花色苷的安全性[57]讓其成為了合成色素的最佳替代品。花色苷由于自身結(jié)構(gòu)的原因，對(duì)酸堿度、光照、溫度等因素敏感，穩(wěn)定性較差，在生產(chǎn)和加工過程中容易受到各種因素的影響，因此，花色苷的使用范圍也有一定的局限性。由于花色苷自身pH值在3左右，花色苷在酸性環(huán)境中較為穩(wěn)定，多用于酸性食品的著色穩(wěn)定。伴隨著食品工業(yè)的發(fā)展，不斷有新型食品面世，因此花色苷類天然色素在食品中的穩(wěn)定化應(yīng)用研究仍然是今后花色苷研究的重點(diǎn)方向，并且未來需要進(jìn)一步加強(qiáng)在花色苷保護(hù)方面的新技術(shù)、新材料，以及針對(duì)不同種類食品體系專屬定制穩(wěn)定化方法的研究開發(fā)工作。