蓝莓花青素的研究进展_李金星[1]

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Journal of Nuclear Agricultural Sciences
文章编号： 1000-8551（ 2013） 6-0817-06
蓝莓花青素的研究进展
李金星 胡志和
（ 天津市食品生物技术重点实验室 / 天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 300134）
摘 要： 花青素作为一种天然食用色素，与合成色素相比，具有安全性高，资源丰富，且具有一定的营养和 药理作用等优点，已在食品、医药、化妆品等领域得到了广泛的应用。近年来，由于蓝莓富含花青素，逐 渐成为国内外研究的热点。本文综述了蓝莓的概况、蓝莓花青素的基本结构及种类、提取纯化技术、稳 定性及其生理功能的最新研究进展，以期为蓝莓产业化发展中的技术问题提供一定的参考。 关键词： 蓝莓; 花青素; 提取; 纯化; 稳定性; 生理功能
花青素在水溶液中以黄盐阳离子、醌型碱、假碱、 查耳酮形式存在，这 4 种形式随水溶液的 pH 值变化 而发生可逆改变，同时，溶液的颜色也随结构改变而改 变。在酸性条件下呈红色，在 （ 近） 中性条件下 呈 无 色，在碱性条件下呈蓝色［17］。 1. 2 蓝莓花青素的种类
一般 植 物 中 的 花 青 素 有 6 类，即 矢 车 菊 素 （ Cyanidin ） 、天 竺 葵 素 （ Pelargonidin ） 、牵 牛 花 色 素 （ Pelunidin ） 、 芍 药 素 （ Peonidin ） 、 飞 燕 草 素 （ Delphinidin） 、和锦葵色素（ Malvidin） 。 ［18］
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核农学报
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中花色苷含 量 具 有 明 显 影 响，并 且 不 同 栽 培 地 域、土 质、年份、树龄、采收期等，也会使蓝莓中所含花色苷有 很大的差别。中国农科院南京植物研究所对兔眼蓝浆 果的花青素种类进行了分析，结果表明，兔眼蓝浆果中 含有飞燕草素、矢车菊素、矮牵牛素、芍药素、锦葵花素 等［21］。李亚东等［22］研究发现红豆越橘中花色苷主要 为矢车菊色素 － 3 － 半乳糖。Srivastava 等［23］发现蓝莓 主要的花青素为矢车菊素、飞燕草素、矮牵牛素、芍药 素、锦葵花素。Somerset 和 Johannor［24］报道，蓝莓含 有飞燕草素、锦 葵 花 素、矮 牵 牛 素、芍 药 素 等 花 青 素。 胡济美等［25］对大兴安岭蓝莓花色苷种类进行鉴定，并 最终鉴定出 13 种花色苷，分别为矢车菊色素、飞燕草 色素、芍药色素、牵牛花色素和锦葵色素与葡萄糖、半 乳糖或阿拉伯糖的糖苷物。
2 蓝莓花青素的提取纯化
2. 1 蓝莓花青素的提取 花青素作为一种重要的天然色素以及其良好的保
健作用，逐渐引起国内外学者的重视。各国学者在花 青素提取纯化方面做了大量试验，除了传统的溶剂萃 取法外，一些新的提取方法如酶提取法、超声波提取法 等也有所报道。 2. 1. 1 溶剂萃取 花青素在中性和弱碱性溶液中不 太稳定，因此，提取过程通常要采用酸性条件下进行。
蓝 莓 （ Blueberry ） 又 称 越 橘、蓝 浆 果，杜 鹃 花 科 （ Ericaceae） 越桔属（ Vaccinium spp． ） 多年生落叶或常 绿灌木，果实为浆果，近圆形，呈蓝色，酸甜适度，果肉 细腻，皮薄籽小［1 － 2］。
蓝莓是越橘属植物中营养成分最丰富的种类，除 含常规的有机酸、糖以外，还富含多种维生素、超氧化 物歧化酶（ SOD） 、不饱和脂肪酸、矿物质等成分［3 － 4］， 以及花青素、黄酮、尼克酸等特殊成分。经研究发现， 蓝莓不仅具有极高的营养价值，还具有防止脑神经老 化，减少早性老年痴呆的发病概率； 增强心脏功能，治 疗心血管疾病； 降低胆固醇，防止动脉粥样硬化； 消炎 抗菌、预防癌症； 增强人体机能，改善和强化视力； 清除 自由基、延缓衰老等功能［5 － 10］。因此，被联合国粮农 组织列为 人 类 五 大 健 康 食 品 之 一［8］。 随 着 人 们 生 活 水平的提高，蓝莓以风味独特、营养保健功能强日益受 到人们关注，被列入世界第 3 代水果行列［11］。
蓝莓提取物中主要呈色物质是由飞燕草色素、矢 车菊色素、牵牛花色素、芍药色素和锦葵色素 5 种色 素［19］。Prior 等［20］研究证明，不同基因型对越橘果实
收稿日期： 2012-09-26 接受日期： 2013-01-28 基金项目： 贵州省果品加工工程技术研究中心建设项目［黔科合农 G 字（ 2011） 4001］ 作者简介： 李金星（ 1986 － ） ，男，河北廊坊人，硕士研究生，研究方向为食品生物技术。Tel： 15102266585； E-mail： jinxingjinchao@ 126． com 通讯作者： 胡志和（ 1962 － ） ，男，天津人，硕士，教授，研究方向为专用功能食品。Tel： 13902178285； E-mail： hzhihe@ tjcu． edu． cn
花青素基本碳骨架为苯基苯并吡喃阳离子结构其中的羟基在ph值较低的细胞溶液中以阳离子的形式存在因而具有较强的抗氧化能力16花青素在水溶液中以黄盐阳离子醌型碱假碱查耳酮形式存在这4种形式随水溶液的ph值变化而发生可逆改变同时溶液的颜色也随结构改变而改变
核 农 学 报 2013，27（ 6） ： 0817 ～ 0822
蓝莓花青素粗提液中含有大量的可溶性糖、蛋白 质等大分子 物 质，粗 提 物 干 燥 后 多 呈 浸 膏 状，难 成 粉 末，保质期短。为提高产品的质量，扩大其应用范围， 必须对其粗提液进行纯化。 2. 2. 1 树脂法 目前大部分关于蓝莓花青素纯化方 面的报道都是 采 用 树 脂 法。 吕 春 茂 等［37］ 采 用 柱 层 析 法对野生越橘花色苷进行分离纯化，得到的花色苷产 品为紫黑 色 粉 末，色 价 为 62. 40，回 收 率 为 86. 20% 。 孟宪军等［38］用 AB － 8 型大孔树脂对蓝莓花色苷的吸 附与解吸特性进行了研究，结果表明，上样溶液浓度为 3. 0mg·mL － 1 ，吸附流速为 1mL·min － 1 ，用 5 倍柱床体 积的 60% 乙醇作为洗脱液，洗脱流速为 1 mL·min － 1 ， 该 工 艺 生 产 的 花 色 苷 产 品 为 紫 黑 色 粉 末，色 价 为 32. 10，回收率为 88. 20% 。王谷媛［32］比较了 S － 8、AB － 8、NKA － 9 这 3 种树脂对蓝毒粗提物中的有效成分 吸附能力，发现 AB － 8 大孔吸附树脂的吸附力极强， 其吸附率为 82. 1% 。Harbon［39］以硅胶为层析支持剂， 以乙酸乙酯、甲酸、2 mol·L － 1 盐酸（ 体积比 85∶ 6∶ 9） 为 展开剂分离花色苷。 2. 2. 2 其他方法 虽然一些方法在蓝莓花青素的纯 化方面未见报道，但在其他来源花青素的纯化方面已 经进行了研究。Patil 等［40］采用超滤、反渗透和渗透膜
马养民和逯文静［26］研究发现，蓝莓果中花青素的 乙醇提取最佳工艺条件为： 体积分数 60% 的乙醇溶 液、提取温度 50℃ 、料液比 1 ∶ 15 （ g·mL － 1 ） 、提取时间 120min、pH 值 1，得到的花青素提取量为 2. 18 g·L － 1 。 王谷媛等［27］研究证明，醇提蓝莓色素的最佳提取条件 为： 体 积 分 数 70% 的 乙 醇 溶 液，料 液 比 1 ∶ 10 （ g· mL － 1 ） ，提取温度 30℃ ，提取时间 2h。在此条件下，蓝 莓总色 素 得 率 为 4. 8% 。Lee 等［28］ 用 蒸 馏 水 加 柠 檬 酸、SO2 和加热相结合的方法对蓝莓花色苷进行了提 取。徐美玲，赵 德 卿［29］ 以 蓝 莓 果 为 原 料，采 用 乙 醇 浸 提法提取花青素，确定的最佳提取条件为浸提剂乙醇 的体积分数为 50% 、浸提温度 50℃ 、pH 值 3. 5、浸提 60min、浸提 1 次，该条件下提取率为 5. 8% 。 2. 1. 2 酶提取 酶可以较温和地将植物组织分解，加 速有效成分的释放，从而提高天然植物成分的提取率。 向道丽［30］采用纤 维 素 酶 法 对 越 橘 果 渣 中 的 花 色 苷 进 行提取，越橘果渣花色苷色价比传统乙醇浸提提高了 30% 。李颖畅［31］研究表明，一定量的纤维素酶使蓝莓 花色苷提取量提高，而果胶酶未能提高花色苷提取量，
花青素作为一种天然食用色素，与合成色素相比， 具有安全性高，资源丰富，且具有一定的营养和药理作 用等优点。最早且最丰富的花青素是从红葡萄渣中提 取的葡萄皮红，它于 1879 年在意ห้องสมุดไป่ตู้利上市［12］。近年 来，随着人们对食品安全和自身健康的重视，花青素已 经越来越受到消费者和研究者的关注。
由于果实中富含花青素，蓝莓成为学者们研究天 然花青素的重要原料之一。本文重点介绍蓝莓花青素 的特点及种类，蓝莓花青素的提取及纯化、稳定性以及
3 蓝莓花青素的稳定性
花青素具有较高的活性，不同的温度、光 照、pH 值、氧化还原剂、金属离子、添加剂等均会对花青素的 稳定性产生影响。
Kader 等［46］研究了新鲜高丛越橘褐变过程中多酚 氧化酶（ PPO） 、绿原酸和花色素苷之间的关系，发现 PPO 在酶促褐变的过程中起了关键作用，在含有 PPO 模型体系中，有 29% 的花色素苷发生了降解，这表明 PPO 可直接作用于这些色素，而且绿原酸的加入会促 进花色素的降解程度。孙蕾等［47］研究了 3 种有机酸 对红豆越橘花青素的热稳定性影响，结果表明草酸和 苹果酸对红豆越橘花青素加热时均起稳定性作用； 抗 坏血酸 会 降 低 红 豆 越 橘 花 青 素 的 稳 定 性。张 秀 成 等［48］认为 pH 值≤3 时色素具有较好的稳定性，光、热 等因素对色素物质稳定性影响较大，尤其是在 pH 值 ＞ 3 时色素随光照时间的增加和加热温度的升高而变 得极不稳定。李知敏［49］研究表明，花色苷在温度小于 60℃ 的条件下较为稳定，当温度大于 80℃ 时，温度对 花色苷有较明显的降解作用。李颖畅等［50］研究认为， 苯钾酸钠对蓝莓花色苷稳定性良好； 抗坏血酸和过氧 化氢使花色苷的稳定性下降； 蔗糖对蓝莓花色苷的稳 定性无不良影响，高浓度的蔗糖对其有不同程度的护 色效果。石光等［51］研究认为，低 pH 值可增加蓝莓花 色苷的稳定性，适量添加柠檬酸、苹果酸、醋酸，有利于 花色苷的稳定，花色苷在低温冷藏条件下稳定，在光照 下不稳定。孟宪军等［52］研究表明： 蓝莓花色素苷对 酸碱度、温度、光照、氧化剂及还原剂非常敏感，对食品 添加剂的稳定性较好，高浓度的葡萄糖、蔗糖、防腐剂 对蓝莓花色素苷有较明显的护色作用。金属离子中 Na + 、K + 、Zn2 + 、Mg2 + 、Ca2 + 、Cu2 + 、Fe3 + 对该花色素苷
增加果胶酶 用 量 会 使 花 色 苷 提 取 量 下 降。 王 谷 媛［32］ 用酶法提取蓝莓色素的提取率是 5. 6% 。 2. 1. 3 其他提取方法 随着蓝莓花青素提取技术的 发展，研究者在传统溶剂提取法的基础上对提取工艺 进行了改进，一些新的提取工艺得到了应用。Corrales 等［33］研究表明，相同条件下与热浸提（ 70℃ ） 相比，超 声波辅助提取花青素的效率可以提高 50% 以上。伍 锦鸣等［34］优化了蓝莓花青素的超声波提取工艺，得到 最佳提取条件为： 超声功率 730 W，料液比 1 ∶ 18 （ g· mL － 1 ） ，提取时间 40 min，提取温度 55℃ ，此工艺条件 下花青素提取率为 5. 79% 。孟宪军等［35］利用响应面 法对超声波提取蓝莓花色苷的工艺进行了优化，得到 最佳提取参数为： 提取液乙醇体积分数 52. 28% ，提取 温度 39. 27℃ ，提取时间 37. 17min，提取 2 次，在此条 件下进行提取，蓝莓冻果花色苷含量约为 335. 95mg· 100 g － 1 。吕春茂等［36］运用微波辅助提取法对越橘果 实花色苷进行提取，提取量可达 1. 47 ± 0. 15mg·g － 1 。 2. 2 蓝莓花青素的纯化
蒸馏小型试膜组件分别完成了红心萝卜水粗提液的澄 清和浓缩。徐贞贞等［41］研究证明，在紫甘蓝花青素的 浓缩工艺中，纳滤和反渗透较佳参数分别为跨膜压力 1. 0MPa、循环流量 25 L·min － 1 ，跨膜压力 1. 47MPa、循
6期
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环流量 10L·min － 1 ，纳滤膜工作效率略高于反渗透膜， 2 种工艺均可得到品质优越的花青素浓缩产品。Koter 等［42］采用小型试 验 板 式 膜 组 件 对 野 樱 莓 花 青 素 水 粗 提液进行浓缩处理，证明 NaSO4 是一种很好的提取浓 缩溶剂。Manhita 等［43］采用基质固相萃取法分别对黑 醋栗粉、葡萄及草莓中的花青素进行了提取与纯化，并 将纯化后的花青素用 HPLC 法进行检测，结果表明这 一方法能使花青素达到很好的纯度。Maurizio［44］采用 HPLC 技术从草莓中分离出矢车菊色素 － 3 － 葡萄糖 苷、天竺葵色素 － 3 － 葡萄糖苷和天竺葵色素 － 3 － 阿 拉伯糖苷。Du 等［45］人用高速逆流色谱仪分离了越橘 中的花色苷。
生理功能等方面的相关技术及研究进展。
1 蓝莓花青素的基本结构及种类
1. 1 蓝莓花青素的基本结构 花青素又称花色素，是一类广泛存在于植物中的
水溶性天然色素，属黄酮类化合物，多以糖苷的形式存 在，也称花色苷，是植物花和果实呈现亮丽色彩的主要 物质基础［13 － 15］。花青素基本碳骨架为 C6 － C3 － C6 ， 具有 3，5，7 － 三羟基 － 2 － 苯基苯并吡喃阳离子结构， 其中的羟基在 pH 值较低的细胞溶液中以阳离子的形 式存在，因而具有较强的抗氧化能力［16］。