天然色素花青素研究現(xiàn)狀及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用前景

花青素是一種廣泛存在于植物中的水溶性色素，對(duì)生物體具有重要的生理活性。文章中對(duì)花青素的結(jié)構(gòu)、提取和純化的方法、生理功能進(jìn)行系統(tǒng)闡述，并對(duì)其在食品工業(yè)中的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

花青素又叫花色素、花色苷，屬黃酮類化合物，是一類廣泛存在于植物中的水溶性天然色素，構(gòu)成植物花瓣和果實(shí)的主要色素之一。作為一種天然色素，花青素安全、無(wú)毒、資源豐富，且具有一定的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健作用，故在食品、醫(yī)藥、化妝品等眾多領(lǐng)域有著巨大的開(kāi)發(fā)潛力。本文在花青素相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)天然色素花青素的化學(xué)結(jié)構(gòu)、分離與提純、生理功能及其在食品中的應(yīng)用前景進(jìn)行全面的闡述，為花青素的進(jìn)一步深入研究提供必要的參考依據(jù)和奠定基礎(chǔ)。

花青素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1947年，年輕的法國(guó)杰克·馬斯魁勒博士在花生的包衣中發(fā)現(xiàn)了一種的物質(zhì)，它在酸性的條件下加熱能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榛ㄇ嗨亍；ㄇ嗨貙儆诜宇惢衔镏械念慄S酮類水溶性色素，廣泛存在于紅葡萄、藍(lán)莓、紫薯、草莓、樹(shù)莓等植物中。天然花青素的母體結(jié)構(gòu)為2—苯基苯并吡喃即花色基元，以C6-C3-C6為骨架，如圖1所示。大多數(shù)花青素在花色基元的3-，5-，7-碳位上有取代基。由于A環(huán)和B環(huán)各碳位上的取代基不同，從而形成了各種各樣的花青素。迄今發(fā)現(xiàn)的天然存在的花青素有22大類，分布于27個(gè)科，73個(gè)屬的植物中。常見(jiàn)的主要有天竺葵素、矢車菊素（芙蓉花色素）、翠雀素（飛燕草色素）、芍藥素、錦葵色素、牽牛花色素6種，其中含量最高的是矢車菊素。花青素極其不穩(wěn)定，自然條件下游離的花青素極少見(jiàn)，常與一個(gè)或多個(gè)多糖分子通過(guò)糖苷鍵形成花色素。

花青素的提取及純化方法

花青素的提取方法對(duì)比。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)花青素關(guān)注度的提升，花青素的提取方法逐漸成為研究發(fā)展的熱點(diǎn)課題。在傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑萃取法的基礎(chǔ)上，許多輔助方法如微波、超聲、加壓、超臨界等技術(shù)被應(yīng)用到花青素的提取中來(lái)，這些新技術(shù)與傳統(tǒng)方法的有機(jī)結(jié)合，大大提高了花青素的得率，縮短了提取時(shí)間，表1中對(duì)常見(jiàn)的花青素提取方法進(jìn)行總結(jié)，對(duì)比了各種提取方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

花青素的純化方法。為了獲得高純度的花青素，常需要對(duì)其進(jìn)行純化，以去除其中的雜質(zhì)。目前應(yīng)用較多的純化方法主要有大孔樹(shù)脂法、液相萃取法、固相萃取法、基質(zhì)固相萃取法等。大孔樹(shù)脂法因其工藝簡(jiǎn)單、成本較低應(yīng)用較廣。而液相色譜法和高速逆流色譜法作為新興的提純方法，因其分離效率高，操作簡(jiǎn)單，優(yōu)越性日益凸顯，目前已得到廣泛應(yīng)用。

花青素的生理功能

抗氧化活性。花青素屬黃酮類化合物，在清除自由基分子機(jī)制上與黃酮類化合物類似。黃酮類化合物通過(guò)酚羥基與自由基分子反應(yīng)生成較穩(wěn)定的半醌式自由基，終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而減少并清除自由基。花青素的抗氧化性能比維生素E高出50倍，比維生素C高出近20倍，是迄今為止人們發(fā)現(xiàn)的最有效的抗氧化劑和最有效的自由基清除劑。

花青素主要通過(guò)以下四種方式清除體內(nèi)自由基，一是通過(guò)阻止過(guò)氧根離子反應(yīng)；二是螯合體內(nèi)某些特定的金屬離子，阻止羥基的產(chǎn)生；三是抑制脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)；四是與膠原蛋白作用形成保護(hù)屏障隔離組織與外界自由基的接觸。王榮嬌等人采用Fenton反應(yīng)體系和鄰苯三酚自動(dòng)氧化體系測(cè)定了北陸花青素對(duì)羥自由基和超氧陰離子自由基的清除作用，結(jié)果表明該花青素在低劑量條件下，對(duì)兩種自由基仍具有較強(qiáng)的清除作用，清除率可達(dá)到50%以上。鄧紅梅等人研究發(fā)現(xiàn)在相同濃度下，葡萄皮渣花青素對(duì)DPPH自由基的清除率比維生素C好。韋艷雙等人在研究藍(lán)莓花青素對(duì)糖尿病小鼠肝、腎、心臟組織的抗氧化能力的影響中發(fā)現(xiàn)，連續(xù)給藥4周后，在小鼠器官組織中，模型+劑量組與模型對(duì)照組相比，丙二醛含量顯著降低，谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶活性、總抗氧化能力和抑制羥自由基能力顯著增加，這說(shuō)明藍(lán)莓花青素能夠保護(hù)受損的器官，具有一定的抗氧化作用。2014年田喜強(qiáng)等人采用超聲波法輔助提取紫薯花青素進(jìn)行清除羥基自由基抗氧化性能力的研究。研究表明，pH 7.0時(shí)，紫薯花青素具備較好的清除羥基自由基能力，其抗氧化能力強(qiáng)于抗壞血酸。景志行等人在對(duì)野生藍(lán)莓的體外抗氧化性研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，野生藍(lán)莓花青素抗氧化能力顯著，與濃度梯度呈正相關(guān)關(guān)系；在濃度800μg/m L時(shí)對(duì)超氧陰離子的清除率達(dá)到86.86%，濃度為100μg/m L時(shí)對(duì)雙氧水自由基的清除率達(dá)到73.93%。

預(yù)防心血管疾病，保護(hù)肝臟。大量研究發(fā)現(xiàn)，花青素在預(yù)防心血管疾病和保護(hù)動(dòng)物肝臟方面具有重要作用。歐海龍等每天用不同劑量（低、中、高：50、100、200 mg/kg）的花青素喂食小鼠，連續(xù)灌胃8周后，對(duì)血清和肝臟各項(xiàng)血脂含量進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)總膽固醇（TC）、三酰甘油（TG）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平，隨著花青素劑量的增加不斷降低，說(shuō)明花青素對(duì)高脂誘導(dǎo)的動(dòng)脈粥樣硬化小鼠具有降低血脂的功能。Hwang等在對(duì)紫薯花青素抗叔丁基氧化產(chǎn)物誘導(dǎo)肝毒性保護(hù)機(jī)制的研究中發(fā)現(xiàn)，花青素能夠有效降低大鼠肝臟損傷發(fā)生的概率。閆倩倩等在紫甘薯花青素對(duì)小鼠乙醇性肝損傷的預(yù)防保護(hù)作用研究中發(fā)現(xiàn)，紫甘薯花青素各劑量組均能不同程度降低急性乙醇肝損傷小鼠血清中丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）、天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）的活性，升高組織中超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GST）、過(guò)氧化氫酶（CAT）的活性及谷胱甘肽（GSH）的含量。這表明紫甘薯花青素對(duì)乙醇引起的急性肝損傷具有很好的保護(hù)作用。

抗腫瘤作用。癌癥是人類健康的“第二”大殺手，嚴(yán)重的威脅人們的生命。開(kāi)發(fā)一種天然的、無(wú)毒副作用的抗癌藥物已成為醫(yī)學(xué)界亟需解決的重要課題。大量研究表明花青素具有一定的抗癌作用。目前，對(duì)于花青素的抗腫瘤機(jī)制的推測(cè)主要集中在：抗突變，抗氧化，抗炎，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化，調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制腫瘤細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)自噬，抗腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移，逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞耐藥性及增加對(duì)化療的敏感性等方面。 景志行等人研究表明：野生藍(lán)莓花青素在100μg/g劑量灌胃時(shí)，對(duì)耳廓腫脹抑制率為47.04%；在體外對(duì)白血病細(xì)胞K562增殖抑制的IC50為79.01μg/m L。2016年，呂留莊等在對(duì)中國(guó)野生藍(lán)莓花青素的研究中發(fā)現(xiàn)，該花青素對(duì)A549細(xì)胞活力有明顯的抑制作用，對(duì)細(xì)胞周期也有明顯影響并能引起早期凋亡現(xiàn)象以及ROS釋放。韓彬、羅麗萍等人研究發(fā)現(xiàn)黑米花青素能夠抑制MDA-MB-453細(xì)胞異種移植瘤向肺轉(zhuǎn)移，該抑制作用可能與BRACs抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡有關(guān)。 陳琦等從藍(lán)莓中提取花青素，研究其對(duì)人腎小球系膜細(xì)胞（GMC）的生長(zhǎng)抑制作用及細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)效應(yīng)。結(jié)果表明藍(lán)莓花青素能呈劑量依賴性抑制GMC的增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡，這可能與激活Caspase-9和Cytochrome-C的表達(dá)有關(guān)。

此外，大量研究表明花青素在乳腺癌、結(jié)腸癌、食道癌、皮膚癌等方面均有預(yù)防和治療的功效。

抗炎鎮(zhèn)痛作用。花青素具有抑菌作用，故對(duì)病原感染的炎癥具有抑制作用。鄒宇曉研究發(fā)現(xiàn)高劑量荔枝殼花青素能顯著降低大鼠左側(cè)繼發(fā)性足腫脹厚度，緩解大鼠佐劑性關(guān)節(jié)炎引起的不適癥狀，這可能與花青素的抗氧化和抗炎水平有關(guān)。王靜等在研究花青素對(duì)小鼠鎮(zhèn)痛消炎作用中發(fā)現(xiàn)：金葉女貞果實(shí)花青素具有抗炎鎮(zhèn)痛作用，其機(jī)制可能與提高小鼠抗氧化能力，減少NO和炎性因子PGE2的生成有關(guān)。也有研究表明，藍(lán)莓花青素能夠抑制膠原酶，加強(qiáng)膠原基質(zhì)，治療關(guān)節(jié)炎。

保護(hù)視力。近年來(lái)，有關(guān)花青素在保護(hù)視力方面的報(bào)道越來(lái)越多。大量研究發(fā)現(xiàn)，花青素能夠啟動(dòng)視網(wǎng)膜酶，激活和提高機(jī)體的視紫紅質(zhì)的再生能力，使人們能夠較快的適應(yīng)黑暗環(huán)境。早在2005年，劉春民等在對(duì)青少年近視治療研究中發(fā)現(xiàn)，口服花青素的近視青少年在一個(gè)月后，視力有明顯的改善。黃宗銹等在對(duì)120名志愿者分組研究35天后發(fā)現(xiàn)，花青素復(fù)方膠囊具有緩解視疲勞作用。馬越等將100名志愿者分成兩組，開(kāi)展花青素飲料對(duì)改善視疲勞的作用。30天后試食組視疲勞癥狀總積分明顯改善，這說(shuō)明花青素飲料能有效緩解人體視疲勞。花青素具有保護(hù)視力的作用，與其強(qiáng)抗氧化能力密不可分，花青素能夠加快微血管循環(huán)，減輕自由基對(duì)眼睛的傷害，從而起到保護(hù)視力的功效。

除此以外，還有研究表明花青素在降血糖、抗衰老、提高記憶力等方面具有一定功效。

花青素在食品工業(yè)中的發(fā)展方向

健康食品和保健食品的開(kāi)發(fā)。隨著人們生活質(zhì)量的提高，越來(lái)越多的人注重營(yíng)養(yǎng)。花青素具有抗氧化、降血糖、抗衰老、保護(hù)視力等生理功能，如能將富含花青素的食物進(jìn)行工業(yè)加工，開(kāi)發(fā)成飲料、休閑食品、保健食品等，除了豐富加工食品和保健食品的種類，更能為人們提供一定量的花青素，增強(qiáng)身體的抵抗力。目前，以紫薯為原料生產(chǎn)的食品較多，如紫薯汁、紫薯酒、紫薯餅等，這些食品抗氧化性強(qiáng)，對(duì)人體健康有益。

作為天然色素的使用。合成色素因其低成本被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)中，但同時(shí)，人們對(duì)其食品安全性也存在質(zhì)疑。花青素作為一種安全性高、無(wú)毒、純天然的植物色素，可被添加到食物中，使食物呈現(xiàn)出五彩繽紛的顏色。但花青素易受外界光照、溫度、pH等因素的影響而分解，在食品中應(yīng)用受限，因此，在食品加工過(guò)程中如何提高花青素的穩(wěn)定性成為亟待解決的問(wèn)題。

總之，花青素在醫(yī)藥、營(yíng)養(yǎng)、保健等方面都具有重要的價(jià)值，在實(shí)際應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景。

作者簡(jiǎn)介：崔紅（1980—），遼寧現(xiàn)代服務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向：食品營(yíng)養(yǎng)與檢測(cè)。