關于果實中花色苷提取和穩定性的研究

許明秀 解思琦 張巖 譚偉 李慶亮

摘 要： 花色苷由于其安全性良好，生理功能眾多，是人工合成色素的良好替代物。由于自身結構的不穩定性，花色苷容易受到環境、運輸等因素的影響發生變化。采取花色苷提取、分離純化，花色苷穩定性和降解影響因素以及增強花色苷穩定性的方法，為花色苷的提取、加工利用提供理論依據。

關鍵詞： 花色苷;分離純化;穩定性;影響因素

文章編號：2096-8108（2020）04-0060-06? 中圖分類號：TS264.4? 文獻標識碼：A

Research Progress on Extractionandstability of Anthocyanins in Fruit

XU Mingxiu1， XIE Siqi1， ZHANG Yan1， TAN Wei1*， LI Qingliang2

（1.College of Food Science and Pharmaceutical Engineering， Zaozhuang University， Zaozhuang 277160，China;

2.College of Life Science， Zaozhuang University， Zaozhuang 277160，China）

Abstract： Anthocyanin is a good substitute for synthetic pigment because of its good safety and numerous physiological functions. Due to the instability of its structure， anthocyanins are susceptible to environmental and transportation factors. This paper reviewed the extraction， separation and purification of anthocyanins， the factors affecting the stability and degradation of anthocyanins， and the methods of enhancing the stability of anthocyanins.It provides a theoretical basis for the extraction， processing and utilization of anthocyanin.

Keywords： anthocyanins; separation and purification; stability; influence factors

人工合成色素價格低，穩定性高，但是大多數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，是植物次生代謝產物之一，是花色素與糖以糖苷鍵結合而成的一類化合物。花色苷廣泛存在于植物的花、果實、莖、葉和根器官的細胞液中，使植物呈現出由紅、紫紅到藍等不同的顏色[4]。天然食用色素中，花色苷的分布極廣、數量最多，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。

花色苷類物質除了能使植物的莖、葉、花和果實等呈現出多彩的顏色外，還具有顯著的生物活性，如抗炎、抗過敏、抗氧化、延緩衰老、誘導腫瘤細胞凋亡、改善胰島功能、提高免疫力、減輕肝臟機能障礙等[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、安全性高等優點，因此花色苷具有良好的市場前景。但是，天然花色苷和人工合成色素相比，花色苷由于自身結構的不穩定性，容易受到環境、運輸等因素的影響發生變化，降低產品的貨價值。因此，研究果樹中花色苷的穩定性及尋找提高其穩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、影響其穩定性的因素進行了總結，并分析了一些提高花色苷穩定性的方法，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提取藍莓中的花色苷得率[13]達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，得到的提取率相對較高，李欣燃[15]利用勻漿-微波聯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間相對與溶劑浸提法所用時間較少，如焦彩鳳等人[16]利用超聲波輔助提取葡萄懸浮細胞中花色苷，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提取技術提取藍莓果渣中花色苷，與乙醇浸泡提取相比，縮短了提取時間，提高了花色苷提取率。高壓脈沖電場輔助提取法提取率更高，Corrales等[19]發現用3.0 KV/cm高壓脈沖電場輔助提取法處理葡萄副產品60 min，花色苷得率是未經輔助提取處理的4倍、超聲波輔助提取的2倍;張燕等人[20]采用高壓脈沖電場輔助提取法，同時采用酸化乙醇提取紅梅花色苷，提取率達到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，利用新技術或對已有技術進行優化改良，從實際出發，設計開發出節省資源、保護環境、效果更好的花色苷工廠化提取工藝是當前的重點。

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單、樣品無污染、連續、高效、可大量制備的優點。劉敬華等人[22]采用聚酰胺層析法對藍靛果中花色苷進行分離純化，分離的花色苷純度是常規方法分離純度的1倍左右，是未經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對野生藍莓花色苷純化，純度可達35%以上。膜分離純化的花色苷透明度高、穩定性好，但所需設備價格昂貴、提取效率低。陳亮等人[24]利用固相萃取的方法對桑葚中花色苷進行分離純化，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，優點較多，固相萃取的實驗對象在實驗過程中不會發生乳化現象，樣品處理步驟簡化，而且需要的溶劑量少，能夠節約實驗成本。李楊等人[25]采用大孔樹脂層析法對煙73釀酒葡萄中花色苷進行純化，純化后的花色苷含量達到94.93%，是純化前的1.9倍左右;大孔樹脂層析法操作工藝簡單，主要采用乙醇作提取溶劑，安全性強，同時，樹脂可以再生，可重復利用，節約成本。申芮萌等人[26]研究藍莓花色苷時，采用Sephadex LH-20凝膠柱層析分離純化，當用30%的酸化后的乙醇為洗脫液時能分離到7個峰組分，其中花色苷類物質占4個峰組分。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，進一步研究經濟有效的分離純化方法，從而為花色苷的商品化提供技術支撐。

4 影響花色苷穩定性的因素

4.1 花色苷結構

花色苷內部的穩定性，與花色苷的結構[27]密切相關。不同花色苷的區別主要在于分子中羥基化的程度，羥基的數目以及甲基化的程度等。羥基化程度增加使花色素穩定性增加，如飛燕草色素在酸性甲醇中就比矢車菊色素穩定[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。而甲基化[29]程度增加會降低花色苷的穩定性，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定性差。

另外，花色苷的糖基化和酰基化增加了花色素的穩定性[28]。花色素與糖以糖苷鍵結合而成花色苷，花色苷在溶液中的溶解性和穩定性都比花色素強。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]發現在葡萄酒的加工過程中，雙糖苷是極不穩定的。酰基化[28]可大大提高花色苷的穩定性，有些花中含有的花色苷顏色很穩定，就是因為酰基化的緣故，酰基化的程度不同，花色苷顏色的穩定性也不同。多酰基化的花色苷顏色比單酰基化的花色苷顏色穩定，且從酸性到堿性條件下都能保持高度的穩定性。酰基類型也影響花色苷的穩定性，含有芳香環酰基取代物的花色苷要比含脂肪族的穩定。但是，Escribano-bailn.MT等人[30]認為酰基化的增加會造成花色苷的降解，在傳統的溶劑提取法中，用弱酸代替鹽酸則能避免這一現象。

4.2 光

光對花色苷的穩定性影響顯著。不同的光源、光照時間對花色苷穩定性的影響大不相同。同一種光對不同作物花色苷的影響也不相同。陸國權等人[31]將紫甘薯、紫葡萄皮、黑米等6種作物至于自然光下保存，比較了自然光對不同作物花色苷穩定性的影響，結果表明自然光對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經自然光照射后的花色苷含量增加，果實經過套袋處理，得到的果實花色苷含量降低。

4.3 pH

pH的變化對花色苷溶液的變化影響顯著。Jeewon Koh[33]研究發現藍莓果膠花青素含量在pH為3.0時最高，在pH4.0時最低，添加檸檬-磷酸能夠減弱藍莓果膠中花青素在pH3.0和pH4.0時的相互作用。李穎暢[34]研究藍莓花色苷穩定性時發現當pH1.0、pH3.0時花色苷溶液為透明的紅色，pH5.0時為淺紫紅色，pH7.0時為淺綠色，pH9.0時為綠色。當溶液的pH值發生變化時，花色苷內部結構之間也進行轉換。葡萄酒中花色苷主要存在4種形式的平衡：藍色醌式堿A，紅色2-苯基苯并吡喃陽離子AH+，無色甲醇堿或甲醇假堿B和無色查爾酮C。在不同pH值的溶液中，花色苷以不同化學結構形式存在，呈現出不同顏色。酸性條件下呈紅色;中性、近中性條件下呈無色;堿性條件下呈藍色。在一個給定的pH值下，4種結構之間存在著平衡。蓮霧花色苷穩定性隨pH值升高而下降，在酸性環境下較穩定[35]。

4.4 溫度

果實中花色苷在低溫下較穩定[35]，在高溫下不穩定。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定性時發現隨著溫度升高花色苷降解速度加快，40 ℃下6 h相對保存率為58.81%，當溫度達到80 ℃時放置2.5 h后相對保存率降至33.98%。

4.5 金屬離子

不同的金屬離子對花色苷穩定性的影響不同，而同一種金屬離子對不同果實的花色苷穩定性的影響也有差異。

Al3+對樹莓花色苷的穩定性無顯著影響[38]，但是降低了黑果腺肋花揪花色苷的穩定性[39];Ca2+對黑加侖[40]、樹莓[38]、藍莓[41]、桑果[42]的花色苷的穩定性沒有顯著影響;Fe2+能降低黑加侖、藍莓花色苷的穩定性[40-41]，但增強了桑果花色苷的穩定性[42];Cu2+、Fe3+能降低黑果腺肋花揪、黑加侖花色苷的穩定性[39-40]，Cu2+增強藍莓花色苷的穩定性[41];Zn2+能夠增強藍莓花色苷的穩定性[41]，卻降低桑果花色苷的穩定性[42];Mg2+增強了葡萄花色苷的穩定性[43]。

4.6 加工方式

殺菌處理是果汁生產過程中的重要環節，殺菌方式不同也會影響花色苷含量。李夢麗[44]使用3種不同的殺菌方式處理紅樹莓果汁，發現巴氏殺菌、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%，高溫長時殺菌對花色苷破化作用很大，而高溫短時殺菌對花色苷破壞作用較小，并且，微波殺菌較加熱殺菌對花色苷的破壞作用最小，能夠更好的保護果汁中的花色苷。

4.7 其他因素

李玲等[45]研究火龍果果皮花色苷時發現氧化劑、還原劑都能使火龍果皮的花色苷含量降低，并且當還原劑濃度較大時可嚴重破壞其結構。蔗糖、葡萄糖對葡萄皮花色苷穩定性沒有較大影響[37]。李棟等[46]研究桑果花色苷穩定性時發現不同的添加劑對其穩定性影響不同，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 提高花色苷穩定性的方法

5.1 在殺菌處理時采用脈沖強光照射

在加工紅樹莓濃縮果汁時，采用脈沖強光（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莓汁中花色苷含量，經過果膠酶的處理，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 食品加工時進行蒸制

陳誠等人[51]研究桑椹藥材制作工藝時，發現樣品在經過蒸制以后，由于蒸制產生的水蒸氣對花色苷的保護作用，花色苷的含量是未蒸制過的樣品含量的1.2倍。

5.4 將果汁進行濃縮

常規的方法有真空濃縮、膜技術濃縮、蒸發濃縮和反滲透濃縮，但幾種濃縮方法均受限制，有不同的缺點。沙棘濃縮汁采用新型的真空薄膜離心式蒸發器，溫度約為40 ℃，能完全保留沙棘汁的營養成分，使其不會受到明顯的破壞[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莓飲料中花色苷含量隨時間的變化規律，發現，在第0天時，兩種飲料中花色苷含量幾乎相等，常溫避光保存6個月以后，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 添加護色劑

Rao等[54]和 Rein[55]發現β-環狀糊精和NaCl的加入會影響溶液中花色苷的含量。莊雅香等人[56]研究楊梅汁的護色效果時，發現檸檬酸的護色效果高于NaCl，NaCl的護色效果高于β-環狀糊精。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β-環狀糊精的濃度大于0.20 mg/g時，隨著濃度的增加，花色苷的含量逐漸降低。

6 小結

花色苷的安全性[57]讓其成為了合成色素的最佳替代品。花色苷由于自身結構的原因，對酸堿度、光照、溫度等因素敏感，穩定性較差，在生產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，花色苷在酸性環境中較為穩定，多用于酸性食品的著色穩定。伴隨著食品工業的發展，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定化應用研究仍然是今后花色苷研究的重點方向，并且未來需要進一步加強在花色苷保護方面的新技術、新材料，以及針對不同種類食品體系專屬定制穩定化方法的研究開發工作。

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