白海娜，王振宇，2

（1.哈尔滨工业大学 食品科学与工程学院，哈尔滨 150090；2.东北林业大学 林学院，哈尔滨 150040）

花色素（anthocyanidin）又称“花青素”，均指不带糖苷的母体，接上各种糖苷基后，则成为花色素苷或花色苷（anthocyanin），是花色素的衍生物，花色苷经水解后成为花色素，在自然界中所出现的万紫千红颜色，均是花色苷所致，而其生理作用则取决与母体花色素。花色苷是自然界最重要的一种水溶性的色素之一，分布于27个科，72个属的植物中。花色苷不仅赋予植物鲜艳的颜色以利于授粉和种子传播、抵抗植物虫害以及预防植物的紫外线照射损伤，而且对于人类具有许多生理保健功能，如清除体内自由基［1］、抗肿瘤［2－3］、抗癌［4］、抗炎、抑制脂质过氧化［5－6］等。

1 花色苷概述

1.1 花色素

花色素是一类广泛存在于植物中的水溶性色素，来源于不同种水果和蔬菜，如紫甘薯、越橘、酸果蔓、蓝莓、葡萄皮［7］、黑加仑、黑米和红甘蓝等，颜色从红到紫。

花色素的基本结构为2－苯基苯并吡喃盐，已知自然界存在的花色素有23种［8］，结构如图1所示。最常见的有天竺葵色素（Pg）、矢车菊色素（Cy）、飞燕草色素（Dp）、芍药色素（Pn）、牵牛花色素（Pt）和锦葵色素（Mv）6种［9］。其中矢车菊色素约占自然界总花色素的50%，天竺葵色素约12%，飞燕草色素约12%，芍药色素约12%，锦葵色素约7%，牵牛花色素约7%［8］。

1.2 花色苷

自然条件下游离的花色素极少见，3，5－碳位上常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等结合成糖配体，以糖苷形式存在，称为花色苷（Anthocyanin）。花色苷中的糖苷基和羟基还可以与一个或几个分子的香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、对羟基苯甲酸等芳香酸和脂肪酸通过酯键形成酰基化的花色苷，目前有超过500种不同花色苷。

1.3 理化性质

花色苷的种类不同，其溶解性会有所不同，一般会溶于水或乙醇中，其色调随经基（－OH）、甲氧基（－OCH3）、糖结合的位置及数目和花色苷的种类的不同而有所差别。花色苷的特征性质即色调及稳定性受pH变化的影响较大，其色调会随pH变化，pH从强酸性至中性乃至碱性，花色苷的色调会从红色变化至紫色乃至蓝色。在强酸性环境中，花色苷主要以单一的黄烊盐阳离子（flavyliulncation）的形式存在，呈稳定的红色。在弱酸性至中性溶液中，以脱水碱基阴离子（anbydro－base）存在，其最大吸收波长移向长波侧，呈紫色。特别地，在碱性溶液中，以脱水碱离子（anbydrobaseanion）存在，呈蓝色。脱水碱基不太稳定，容易水化成无色的假碱基（pseudobase）。花色苷稳定性较差，为了使花色苷稳定，必须想方设法防止它水解。

花色苷对光、氧化及热的稳定性，不同来源的花色苷有所不同，大多数花色苷对热都不太稳定，对光敏感，如石榴汁花色苷；也存在对光、热稳定的花色苷类，如紫甘薯花色苷、石榴皮花色苷等［10］。实验证明，无机盐、有机酸、糖及酚类对同一种花色苷有一定的浓色效果，而L－抗坏血酸及H2O2对一些花色苷起着褪色作用，在使用花色苷时要注意这一点。

1.4 分离、提取和纯化的方法

1.4.1 分离鉴定方法的一般步骤

（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］对粗提的花色素苷进行初步纯化；（3）利用离子交换吸附剂层析对花色素苷进一步的纯化；（4）利用薄层层析和紫外分光光度计测定花色素苷物质的种类；（5）利用高效液相色谱仪对花色素苷的组份含量进行测定；（6）利用核磁共振及电子喷射质谱法对花色素苷物质的结构进行测定。

1.4.2 提取方法

（1）有机溶剂萃取法。这是目前国内外最广泛使用的提取方法。多数选择甲醇、乙酮、丙酮等混合溶剂对材料进行溶解过滤，通过调节溶液酸碱度萃取滤液中的花青素。国内吴信子［13］等用盐酸－甲醇溶液提取，然后用纸层析法（中号）和柱层析法（聚乙酰胺）进行花色苷的分离。目前，有机溶剂萃取法已成功地应用于诸如葡萄籽、石榴皮、蓝莓等绝大多数含花青素物质的提取分离。有机溶剂萃取法的关键是选择有效溶剂，要求既要对被提取的有效成分有较大溶解度，又要避免大量杂质的溶解。该方法原理简单，对设备要求较低，不足之处是大多数有机溶剂毒副作用大且产物提取率低。

（2）水溶液提取法。有机溶剂萃取的花青素多有毒性残留且生产过程环境污染大，因此，使用水溶液提取应慎重。该方法一般将植物材料在常压或高压下用热水浸泡，然后用非极性大孔树脂吸附；或直接使用脱氧热水提取，再采用超滤或反渗透，浓缩得到粗提物。它是Duncan和Gilmour（1998）发明的提取花青素的方法，此方法设备要求简单，但产品纯度低。

（3）超临界流体萃取法。超临界流体（supercritical fluid，SF）是指某种气体（液体）或气体（液体）混合物在操作压力和温度均高于临界点时，使其密度接近液体，而其扩散系数和黏度均接近气体，其性质介于气体和液体之间的流体。超临界流体萃取法（supercritical fluid extraction，SFE）技术就是利用超临界流体为溶剂，从固体或液体中萃取出某些有效组分，并进行分离的一种技术。

超临界流体萃取法的特点在于充分利用超临界流体兼有气、液两重性的特点，在临界点附近，超临界流体对组分的溶解能力随体系的压力和温度发生连续变化，从而可方便的调节组分的溶解度和溶剂的选择性。超临界流体萃取法具有萃取和分离的双重作用，物料无相变过程因而节能明显，工艺流程简单，萃取效率高，无有机溶剂残留，产品质量好，无环境污染。但是，超临界流体萃取法也有其局限性，二氧化碳－超临界流体萃取法较适合于亲脂性、相对分子量较小的物质萃取，超临界流体萃取法设备属高压设备，投资较大。

张瑞菊［14］等人用超临界CO2流体萃取法，从苦参中提取黄酮类化合物操作简单、活性成分保存好、提取物纯度高，安全无毒，不存在溶剂残留问题。

（4）微波提取法。微波提取是利用微波能来提高提取率的一种最新发展起来的新技术，它以微波穿透加热的原理为基础，即微波对物料为立体加热，而常规方法大多为平面加热。微波萃取具有设备简单、适用范围广、萃取效率高、重现性好、节省时间、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）超声波提取法。超声波在20世纪50年代后逐渐应用于化学化工生产过程之中，且主要集中在植物中药用成分、多糖以及其它功能性成分的提取等研究领域。超声波是一种弹性机械波，利用超声振动能量使细胞周围和细胞内产生环流，提高了细胞壁和细膜的通透性，克服了热浸法提取时间长，耗能大，很难有效破碎细胞，提取率低等缺点，有利于细胞内有效成分的提取。超声波提取运用前景好、操作简单、快速高效、生产过程清洁无公害。孟凡丽［18］等人采用超声波提取法提取越橘果实中的花色苷提取溶液选择0.1%HCl乙醇，时间30min，提取率比热浸提法3h高。

（6）微生物发酵提取法。微生物发酵法利用微生物或酶让含有花青素的细胞胞壁降解分离，使细胞胞体内花青素充分溶入到提取液中，从而增加提取的产率与速率。王振宇［19］采用微生物和纤维素酶降解大花葵细胞壁提取花青素就是可靠的研究实例。该方法的优点是操作稳定性及可靠性高，环境友好。I－Hsin Lee［20］等人利用曲霉菌，在不同培养条件下，测定发酵黑豆日本清酒曲的总酚和花色苷含量，发现在30℃发酵3天产生清酒曲含有最高量的多酚和花色苷。

（7）亚临界水提取技术。亚临界水提取技术是最近几年来的新成果，它的具体做法就是在适度压力下，将水加热到100℃以上，临界温度374℃以下的高温，使水的极性随温度的变化而改变，对原材料中的花青素进行提取。近两年的研究实例有Luque－Rodriguez等人［21］采用动态过热流体提取葡萄皮中的花青素，并优化了最佳提取工艺。对比于其他提取方法，亚临界水提取方法清洁、有效、花青素提取量为传统动态固液萃取的三倍，且产品性能更优，不足之处是工艺条件要求较高。

（8）联合辅助提取。单一的方法在有利的同时肯定存在它的不足之处，实际生产应用过程中我们总期望达到最佳的产率与效益。因此，许多试验者尝试将不同的提取方法进行整合，各取其优。例如王振宇等人［22］以大花葵为原料，采用CO2超临界－超声波联用技术，用CO2超临界装置对材料进行预处理后，再进行超声辅助提取获得成功；朱洪梅等人［23］紫甘薯为原料，采用有机溶剂萃取－超声波联用技术，进行超声辅助大大提高了提取率。

1.4.3 纯化方法。目前，花青素的纯化多采用液相萃取、固相萃取、薄板层析、柱层析、酶法、离子交换法、大孔树脂法、膜分离和综合技术法等。其中大孔树脂吸附是近年来花青素提纯最常用的方法之一［24］，而新的纯化方法例如高速逆流色谱应用、电泳法还处于起步发展阶段，但其方法的创新性与优越性不容置疑。

2 展望

虽然超临界CO2法、酶解法较传统溶剂法有很多提高，但由于酶法、超临界CO2法成本过高而产量低等原因，都不适合用于工业化生产。相反，超声法、溶剂法不仅操作简单快捷，而且由于提取用的溶剂只要控制合理，可以循环使用进行多次大批量生产，更加符合生产现实要求。如何在高效率、低能耗、安全、产品质量稳定的条件下，用一些好方法对传统方法进行改良，更好地将新科技成果朝生产转化，是一个尚继续深入研究的课题。

根据最近调查，我们能够预测，花青素作为天然色素，在不同的产品中使用将显著增加，具有很好的应用前景。考虑到这些分子对健康有益的作用，它们在食品和饮料行业将具有重要的价值。在不久的将来，更好的提取、纯化方法，将对着色剂和标准品成本有影响，以及对设立新的用于食品产品质量控制方法，将具有重大的现实意义。

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