罗忠友 余丽萍 李利芬 吴志刚

（贵州大学林学院，贵州 贵阳 550025)

樟树为樟科（Lauraceae）樟属（Cinnamomum）常绿大乔木，在我国分布范围广，种植面积大（368.5 万hm2以上），品种全（约20 个属430 种），是重要的用材、经济和生态等多用途树种[1-3]。樟树生长迅速，枝叶繁茂，果实丰富，除可提供优质木材外，其皮、根、枝、叶、果均可提取樟脑和樟油等，为香料香精、日用化工、医药卫生等领域的重要原料[4]。目前，国内外关于樟树非木质利用的研究主要集中在樟树精油的提取、化学成分分析、药理作用等方面[5-6]。樟树还含有丰富的天然色素，近年来成为研究热点。由于樟树品种和化学类型不同，樟树色素的化学结构、理化性质、功能活性等特性复杂多样，因而该资源尚未得到很好的利用。为系统地深入研究樟树色素，提高其利用率，增加附加值，本文对近年来国内外学者在樟树色素的化学组成、理化性质、提取方法、纯化分离等方面的研究进行综述，同时对其今后的研究方向与应用发展趋势进行展望。

1 化学结构和理化性质

1.1 化学组成

樟树色素是来源于樟树果皮和树叶的植物天然色素。樟树果成熟后呈亮黑色，果皮中富含紫色素或红色素(RPCF，Red Pigment fromCinnamomum camphoraFruit)，属黄酮类花色苷化合物[7]。研究表明：RPCF经层析法分离得到芍药色素-3-阿拉伯糖苷、芍药色素-3-木糖苷和芍药色素-3-葡萄糖苷3 种主要单体化合物及其衍生物[8-9]。采用双水相和大孔树脂分离RPCF可得到2 种结构单体矢车菊单葡萄糖苷和矢车菊二糖苷[10]。樟树叶根据不同的生长状态分为绿叶、红叶和枯叶，从中可提取绿色素、红色素、棕黑色素等，这是由于叶片中叶绿素、花青素和类胡萝卜素的含量百分比不同而形成的。当樟树叶中叶绿素含量大于60%时，叶片颜色为绿色，叶色素由大部分叶绿素a和少量叶绿素b共同组成；在叶片逐渐成熟过程中，叶绿素含量逐渐下降，花青素和类胡萝卜素含量逐渐增加；当叶绿素含量低于60%时，花青素含量超过类胡萝卜素叶片为红色，类胡萝卜素含量超过花青素则为橙黄色[11]；枯叶提取的色素多为棕黑色。测试表明：上述3 种樟树叶中含有4 种黄酮苷类化合物，它们分别为槲皮素-3-O-α-L鼠李糖苷、山柰酚-3-O-β-D-葡萄糖-α-L-鼠李糖苷、芸香苷、槲皮素3-O-β-D-葡萄糖苷[12]。截止目前，发现的樟树色素主要单体化合物，主体结构分别为芍药色素、矢车菊素、叶绿素等。

1.2 理化性质

天然色素的溶解性及其对光、热、酸、碱、金属离子、氧化还原剂等影响因子的敏感性决定其应用范围。田春莲等[13]研究了pH、金属离子等因子对樟树果色素稳定性的影响，结果表明：RPCF适宜在酸性条件下使用，强碱会破坏色素的化学结构；当温度在100 ℃以内时，短时间加热色素表现较为稳定，而加热120 min以上色素稳定性会受到破坏；自然光照射90～120 min对色素的吸光值会有微小影响；几种常见的金属离子对RPCF的吸收光谱影响强弱为：Fe3+>Al3+>Mg2+>Ca2+>Na+>K+，其中Fe3+短时间内影响效果显著，即发生变色或沉淀；Al3+、Mg2+、Ca2+、Na+和K+则无显著影响。RPCF易溶于水、甲醇和乙醇，不溶于石油醚、乙醚等有机溶剂；当RPCF加入氧化还原剂时，色素的稳定性会受到一定程度的影响；维生素（VC）会有降色作用，且时间越长降色效果越明显，柠檬酸则有增色效应，而蔗糖、葡萄糖、盐等食品添加剂无显著影响[8,14-16]。王春台等[17]研究表明：樟树叶棕黑色素在pH为4.0～8.0 的水溶液中对光、热稳定，当pH为3.5 以下时黑色素容易析出。陈秀萍等[18]研究了樟树叶红、绿2 种色素的稳定性，结果表明：2 种色素对酸、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Zn2+、Al3+、还 原 剂（VC、葡萄糖）、蔗糖等均有较高稳定性；当pH>8 时，色素颜色会发生改变；室温和避光（或室内光线）下色素稳定性较好，温度过高（或长时间阳光照射）会破坏色素的稳定性。总体而言，樟树色素稳定性较高，这也为樟树色素的应用奠定了基础。

2 提取方法

目前，天然色素主要提取方法有溶剂法、微波辅助法、超声波辅助法、超临界CO2萃取法、酶提取法等[19-20]，而樟树色素常用提取方法为溶剂法、超声辅助法和微波辅助法。

2.1 溶剂法

溶剂法是利用相似相溶原理在植物原料中加入合适溶剂通过浸渍、煎煮、回流等过程对活性物质进行提取的方法。影响溶剂提取的因素有溶剂种类、用量、料液比、温度、时间、pH等，色素提取的目的不同，溶剂种类和评价体系的选取也不同，但多以吸光度大小评价色素的提取效果。

研究表明碱提取和酸沉淀的非有机溶剂体系可有效提取樟树叶棕黑色素[17,21]。蒋益花[22]利用正交试验法和Duncan法检验樟树叶棕黑色素提取工艺，结果表明：以pH为13的NaOH溶液为提取剂、料液比1∶150 （g/mL）、100 ℃恒温浸提45 min，在此条件下提取的效果较为理想，提取率达到72.2%。对比水、盐酸、碳酸钠、氢氧化钠4种溶剂对樟树叶色素的提取效果，发现NaOH溶液提取效果最好[23-24]，但NaOH属于强碱性溶剂，提取产生的废水可能对生态环境产生不利影响，且樟树色素在酸性条件下表现较为稳定。因此，研究者把目光投向安全稳定的无毒溶剂，而色素的提取效果与提取剂种类和提取条件密切相关，陈秀萍等[18]对樟树叶红、绿2种色素的提取试验表明：以白醋为溶剂提取的红色素效果较好，绿色素则以白醋+丙酮为提取剂效果较好。文赤夫等[16]比较石油醚、丁酮、正戊醇、乙醇、甲醇、水对樟树果红色素的提取效果，发现以水提取RPCF效果较好，通过单因素试验结合正交试验优化获得适宜的提取工艺为以水为溶剂、料液比1∶25 （g/mL）、pH=1、提取温度60 ℃、提取时间90 min，其中pH和料液比对RPCF的提取效果影响显著。与水相比乙醇提取更容易分离，王娜等[25]以正交试验优化提取RPCF的工艺条件，得出乙醇70%、料液比1∶30 （g/mL）、pH=1、温度80 ℃、时间40 min效果较佳。昝丽霞[26]以BoxBehnken建立三因素三水平模型结合响应面优化设计，优化香樟果花色苷的提取工艺参数为：乙醇浓度78.59%、pH=1、料液比1∶15 （g/mL）、提取温度77.14 ℃、提取时间42.48 min，在此条件下花色苷得率为67.99 mg/100 g。

溶剂法操作简单、试验设备要求低，是最早用于提取樟树色素的方法。但提取时间较长、提取率低，且成本较高，不宜大规模生产，仅适用于实验研究。

2.2 超声波辅助法

超声波辅助法是利用超声波产生的空化效应、机械效应和热效应使溶剂迅速进入植物细胞，将所含物质快速、高效提取的方法，影响超声波辅助提取樟树色素的因素有超声波功率、超声时间、温度、料液比、溶剂浓度、pH等。

李聪丽等[27]以乙醇为溶剂，采用超声波辅助提取香樟果皮中黄酮类色素，通过正交试验法优化提取工艺，结果表明：在乙醇浓度40%、超声处理35 min、料液比1∶35（g/mL）优化条件下，黄酮类色素提取量为3.285 mg/g。Rather等[28]以超声波水浴法优化提取樟树红叶、落叶中天然色素，研究表明：当pH=3、温度70 ℃、时间80 min、料液比为1∶50（g/mL）、超声频率80 kHz时色素提取效率较高。Gong等[29]用超声波辅助乙醇、乙酸、碳酸钠和纤维素酶提取不同生长状态下的樟树叶色素，结果表明：仅纤维素酶水溶液对色素提取无效，同温下超声波辅助法比传统加热浴要快，明显提高鲜叶中叶绿素和花青素的提取率；而用碱性溶剂提取樟树老叶棕黑色素时，传统加热浴比超声波辅助提取有效。

超声波辅助法属于一种物理提取方法，可在一定程度上保护色素化学结构不被破坏。与溶剂提取法相比，该法具有绿色环保、节能高效、安全性高、适用范围广、杂质少等优点，适用于工业化生产色素。但值得注意的是，超声波在不均匀介质中传播容易发生散射和衰退，对色素提取效果影响较大[30]。

2.3 微波辅助法

微波辅助法是利用微波辐射高频电磁波穿透萃取介质到达物料细胞内部，通过温度快速上升、内部压力增大导致细胞破裂，使细胞内活性物质溶出，经过滤、分离得到提取物的方法[31]，影响微波辅助提取樟树色素的因素有微波功率、微波时间、料液比、溶剂浓度、pH等。

张玉萍等[32]利用微波辅助提取樟树叶色素，研究微波功率、辐射时间、NaOH用量等对提取效果的影响，单因素试验结合正交试验得出微波辅助提取的优化工艺为：微波功率595 W、辐射时间11 min、NaOH 0.25 mol/L、料液比1∶20。文赤夫等[33]研究樟树果实红色素微波辅助提取条件，用正交试验优化得出微波水浴提取RPCF适宜的工艺条件为：微波功率选中火力档、提取时间70 s、提取液pH为5，对RPCF提取效果的影响大小为：微波功率＞微波时间＞pH值。与热水浸提相比，提取时间由90 min减至70 s、溶剂节省20%、酸用量减少，提取率提高3.29%。

微波辅助法的最大特点是萃取时间短，提取过程快速均匀，节省溶剂，产率高，但采用该法提取可能会造成局部温度过高从而破坏樟树色素的结构稳定性，影响其品质。目前，微波辅助提取色素并不具备工业化条件，仅少量被用于实验研究。

3 纯化分离

上述方法提取樟树色素多为粗提物，在提取过程中可能会混有精油[34]、蛋白质[35]、木脂素[36]、糖类[37]等少量杂质，这些杂质可能影响樟树色素的稳定性、着色能力和应用效果，限制其应用范围。对其采取进一步纯化分离，可在一定程度上提高色素的稳定性和色价，色价是反映天然色素含量高低和产品着色能力强弱的主要指标。目前，天然色素的主要纯化分离方法有大孔树脂吸附法、凝胶层析法、离子交换树脂法、膜分离法、两相萃取法等[38]，其中樟树色素多以大孔树脂吸附法进行纯化分离。

大孔树脂吸附法是利用大孔树脂吸附性和筛选性结合原理，通过不同化合物分子在其表面受力不均产生吸附现象，根据分子量大小不一致及表面吸附力不同使用一定溶剂将其洗脱、分离、纯化、除杂、浓缩等达到纯化分离目的的方法[39]。桂克印等[40]从静态和动态两方面评价了D406、D101、D113、AB-8、NKA-II、NKA-9、S-8大孔树脂对樟树果红色素的吸附与解吸附性能，结果表明：当pH为3时，D406非极性树脂对RPCF吸附效果较好，理想的纯化工艺为：以50%乙醇为洗脱液、pH为6、流速为1 BV/h，经洗脱纯化后RPCF色价提高4.8倍。RPCF经D-406大孔树脂柱后用硅胶薄层析法分离得到4种红色素和2种黄色素，以正丁醇-浓盐酸-水（65∶10∶45）为展层剂分离效果较好[41]。王娜等[42]比较了D290、D4020、NKA-2、S-8、D101等8种大孔树脂对RPCF的吸附和解吸附性能，发现D-101树脂吸附和解吸附性能最好；在温度为35 ℃时上样吸附，洗脱剂乙醇浓度为70%、pH为1、洗脱温度为30 ℃的纯化工艺条件下洗脱效果较好，RPCF色价提高了31.40%。崔夫知等[43]从6种大孔树脂中筛选出HPD300，进行分离纯化樟树果中紫色素的研究，结果表明：HPD300树脂对紫色素的静态和动态吸附量分别为53.58 mg/g和66.34 mg/g，95%乙醇静态洗脱紫色素的解吸附率为87.27%；紫色素中原花青素主要由30%乙醇解吸附，洗脱物中原花青素含量达到97.54%，是乙醇提取物中原花青素含量的16.8倍。大孔树脂的类型和种类是影响樟树色素纯化分离效果的主要因素，其次是上柱液pH值、吸附流速、吸附温度、解吸液、解吸液流速等。大孔树脂吸附法以选择性好、吸附性强、容量大、解析容易、机械强度高、再生处理速度快等优点[44]，受到广大樟树色素研究者的青睐，但该法仅适用于试验室小样的纯化分离。

此外，也有研究者使用两相萃取法对樟树色素进行纯化分离，王春霞[10]以双水相和大孔树脂协同进行RPCF纯化分离试验，结果表明：当硫酸铵浓度超过5.0%时提取液开始分相，增加硫酸铵浓度起促进分相作用；当硫酸铵浓度为30%时，RPCF分离效果最佳，分离得到的RPCF约占香樟果皮质量的18.5%。两相萃取法具有操作简便、成本低、分离效果好等优点，易于大规模生产使用。

4 功能活性

4.1 抗氧化性

一直以来天然色素的抗氧化活性和清除自由基能力是开发天然活性物质的研究热点，同时也是樟树色素功能活性研究的主要方向。文赤夫等[33]研究表明，RPCF水溶液在浓度为1～80 mg/L时，清除二苯代苦味酰肼基（DPPH·）活性与浓度呈线性相关，其半清除率浓度（IC50）为42.97 mg/L，相当于VC的34%。桂克印[45]等对比研究RPCF与VC、茶多酚清除羟基自由基（·OH）和DPPH·的活性，结果表明：RPCF清除能力显著高于其他2 种，经光照16 d后其清除自由基能力没有受到影响。在此基础上，褚衍亮等[46]研究RPCF的抗氧化活性，结果表明：RPCF表现出一定的清除DPPH·、·OH、超氧阴离子自由基能力和还原能力，但清除DPPH·能力相对较强，清除·OH能力和还原能力比同浓度的VC要差。张航航等[47]采用化学发光法证实RPCF具有保护DNA损伤活性以及清除活性氧的能力。昝丽霞[26]则用水杨酸比色法和DPPH法证实香樟果花色苷同样具有良好的抗氧化性。上述研究表明樟树果红色素可以作为理想的天然抗氧化剂来源。

4.2 抑菌性

樟树色素的抑菌性是研究其功能活性的重要方向。樟树叶棕黑色素对大肠杆菌、金黄葡萄球菌、巨大芽胞杆菌、枯草杆菌及毛霉有较强抑制性，且最小抑菌浓度（MIC50）均低于400 μg/mL（0.04%），也低于食品添加剂1%的要求[17,21]。文赤夫[48]等研究表明，RPCF对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和痢疾杆菌有较强抑制性，且经酸、碱、热处理后无显著变化；添加0.1 mol/L Zn2+及0.1 mg/mL淀粉、葡萄糖，RPCF的抑菌性略有降低，而添加0.1 mol/mL Cu2+、Fe3+、Ca2+、Na+等金属离子后，RPCF的抑菌性有所增强；用10 mg/mLRPCF水溶液处理猪肝和豆腐20 min，在37 ℃下放置3 d后，发现处理样品的表面没有微生物生长，未处理样品明显有微生物生长且已严重腐败变质。樟树果花色苷能抑制水和空气中微生物的生长，将其作为食品添加剂可在一定程度上起到防止腐败的作用[8]。

4.3 降血糖

α-葡萄糖苷酶抑制剂常被应用于餐后治疗Ⅱ型糖尿病，具有降低血糖等功效。花青素及其糖苷对肠道α-葡萄糖苷酶和胰腺α-淀粉酶有较强抑制性，与医药上常用于治疗糖尿病的阿卡波糖具有协同增效作用[49]。Chen等[50]以樟树果3 种主要色素对α-葡萄糖苷酶进行体外抑制实验，发现矢车菊素（IC50 为5.293×10-3mM）对α-葡萄糖苷酶抑制活性远大于阿卡波糖（IC50 为1.644 mM），而矢车菊素-3-芸香苷和矢车菊素-3-O-葡萄糖苷无抑制性；动力学分析表明：矢车菊素以竞争方式抑制α-葡萄糖苷酶，两者之间通过一个催化位点附近的几个残基π-π堆积和氢键相互作用。樟树果中矢车菊素在降血糖方面具有潜在优势。

4.4 保健功能

植物色素往往具有多种药用和保健功能，樟树提取物已被证明有抗氧化、抑菌、抗癌、杀虫、抗炎等多种药理作用[6]。毒理性试验表明：RPCF对果蝇和小鼠生长均无负面影响，且在一定程度上可延缓果蝇衰老、提高繁殖能力和生命活力[25,42]。目前的研究表明RPCF尚无毒副作用，具有开发保健食用色素的潜力。

5 应用

目前，有关樟树色素的应用研究主要在纺织品染色方面，而食品、医药卫生等方面相对较少。樟树色素作为染料可在一定程度上解决天然染料原料供应不足、染色牢度差、稳定性低以及色彩单调等问题。大量研究表明，樟树色素染色真丝绸（蚕丝）、羊毛、棉等织物具有一定的染色牢度、防紫外线和抗菌性能，使用金属媒染剂（或生物媒染剂）进行媒染可提高染色织物的耐摩擦、耐皂洗及耐日晒色牢度[51-57]。Gong等[58]用樟树叶提取的叶绿素、花青素和深棕色素染色真丝和羊毛后发现，真丝和羊毛织物（叶绿素除外）的耐光、耐洗和耐摩擦色牢度有所增强，这是因为樟树叶中富含的酚羟基对光和碱性条件敏感，从而产生增色效应。Rather等[28]以樟树叶色素染色羊毛开发一种可应用于生物医学领域的彩色抗菌纤维，结果表明：彩色抗菌纤维表现出良好的抗菌性和耐洗性，当使用Cu2+、Fe2+、Al3+盐预染色时，彩色抗菌纤维的抗菌性略微有减小而耐洗性增强。王春霞[10]以香樟果色素染色多孔SiO2制备一种防紫外彩色SiO2印花织物，发现彩色织物的可见光-近红外光谱反射曲线与沙土色伪装涂料一致，因此，可作为军事伪装材料应用。此外，有研究者用樟树色素敏化太阳能电池[59-60]，也有研究者将其用于饮料、果酒等着色[18]。

6 展望

随着人们环保和健康意识的增强，绿色环保、安全无毒、可再生可降解的天然色素赢得人们的青睐，天然色素替代合成色素是今后发展的必然趋势，这为大力开展樟树色素的研究和应用提供了机遇。笔者认为未来在樟树色素研究方面应着眼于以下几方面：

1）改进提取工艺或借鉴其他色素成熟的现代高效提取与纯化分离技术，解决其提取率和纯化分离品质及生产经济成本问题。

2）系统研究并探明樟树色素化学结构与功能活性的关系，理清作用机理与量效、构效的关系，选用现代高新技术（如微胶囊化、色素分子结构修饰等）提高其稳定性，扩大应用范围。

3）加强樟树色素以纺织品为主等交叉领域的应用研究（如医用纺织品等），逐步拓展至化妆品、制革、染发等行业；充分挖掘其在食品包装、果酒饮料着色、治疗糖尿病等食品医药领域的应用潜力，进一步研究其功能活性、药理作用等。

总体来说，樟树色素是一类来源丰富的木本植物天然色素，具有的强大功能体系以及着色力强、稳定性高、色彩多样等优点，赋予其巨大的应用潜力和利用价值。樟树色素资源在高档纺织品、保健食品、医药卫生等领域的开发利用，可以降低大量樟树果叶废弃物的浪费及其对环境的污染，发挥其在生态、经济、社会等方面的作用。