花色苷研究

花色苷的研究状况
引言
花色苷又称花青素，属酚类化合物中的类黄酮，是构成花瓣、果实等颜色的主要水溶性色素，自然界中已知的花色素有22大类。

食品中重要的花色素有矢车菊色素、天竺葵色素、飞燕草色素、芍药色素、牵牛色素和锦葵色素等6类[1]。

花色苷作为一种天然食用色素，安全、无毒、资源丰富，而且具有一定的营养和药理作用，在食品、化妆品和医药领域有着巨大应用潜力[2]。

花色苷对人体具有许多保健功能如清除体内自由基、抗肿瘤、抗癌、抗炎、抑制脂质过氧化和血小板凝集、预防糖尿病、减肥、保护视力等。

目前花色苷作为一种天然色素，安全、无毒，且对人体具有许多保健功能，已被应用于食品、保健品、化妆品、医药等行业，随着人们崇尚自然消费观念的转变，花色苷必将得到更加广泛的应用。

摘要
本文对花色苷的资源分布、结构性质、稳定性研究、提取、定性定量分析方法以及发展前景进行了综述。

1.花色苷的资源分布
花色苷广泛存在于被子植物的花、果实、茎、叶、根器官的细胞液中，分布于27 个科，72 个属的植物中。

广泛存在于紫甘薯、葡萄、血橙、红球甘蓝、蓝莓、茄子皮、樱桃、红橙、红莓、草莓、桑葚、山楂皮、紫苏、黑(红)米、牵牛花等植物的组织中。

2.花色苷的结构及性质
花色苷的结构如右图所示，
不同的R1、R2代表不同的花色苷类型。

食品中重要的6中花色苷如表1。

表1
花色苷溶于水和乙醇，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂，花色苷在酸性溶液中存在4种平衡转换如图1：
自然界中的游离态花色苷极其少见，通常常与 1 个或多个葡萄糖（glucose）、鼠李糖（rhamnose）、半乳糖（galactose）、木糖（xylose）、阿拉伯糖（arabinose）等通过糖苷键连接形成花色苷，3-单糖苷、3-双糖苷、3，5-二糖苷和3，7-二糖苷是4类最常见的花色素配糖形式，其中矢车菊素-3-葡萄糖苷在自然界中分布最广[3]。

3.花色苷的稳定性研究
影响花色苷稳定性的因素有很多，pH值、氧气、温度、花色苷浓度和结构、光、金属离子、酶，以及其他辅助因素等均能使花色苷的颜色产生变化。

3.1 PH
在较低的 pH时（pH＜2），花色苷主要以红色的花色烊阳离子形式存在，当pH 为3～6 时，花色苷主要以无色的甲醇假碱和查尔酮假碱的形式存在，而在中性或者微酸环境下花色苷以紫色或浅紫色中性的醌式碱的形式存在，当 pH 上升到 8～10 时，主要以蓝色离子
化的醌式碱形式存在。

3.2 光、酶
光是合成花色苷的必要条件，同时也是加速花色苷降解的物质。

植物内本身存在的酶，主要是糖苷酶和多酚氧化酶可引起花色苷的降解从而引起颜色变化。

3.3 氧和抗坏血酸
Beattie和Personnel在果汁贮存过程中观察到氧和抗坏血酸的量同时减少[4]。

这是因为抗坏血酸被氧化后能产生 H2O2，H2O2直接亲核进攻花色苷的 C2位，使花色苷开环生成查尔酮引起花色苷的降解[5]。

3.4 花色苷浓度和结构
A sen等[6]发现，花色苷浓度从10-4mol/L 增加到10-2mol/L，导致最大吸收波长从507nm变为502nm，而吸光度增加了300倍。

这可能是花色苷发生了自聚作用。

花色苷糖基化可以使外部糖基和周围水分子形成氢键( hydrogen bond)而增加花色苷的水溶性[ 7,8]。

甲氧基化可能增加花色苷因水化失衡而褪色的活化能, 阻止有色的花色苷水化成无色的假碱[9]。

而酰化花色苷中有机酸能有效地保护花色苷母核阳离子免受水分子的攻击而失色, 提高了花色苷溶液色泽的稳定性[10]。

3.5 金属离子
付红岩等[11]研究表明K+、Mg2+、Zn2+、Cu2+离子均有一定的护色和增色作用。

金属离子与花色苷之间的螯合，在某些天然植物中，其作用是积极的，例如鲜花的颜色比花色苷本身的颜色鲜艳得多就是因为鲜
花中一部分花色苷与金属离子形成了配合物。

而在加工过程中，这种配合作用往往是不受欢迎的，如含花色苷的红色酸樱桃放在素马口铁罐头内，金属罐材浸腐蚀出来的，金属离子与花色苷形成了花色苷-锡的配合物，使得原来的红色变为紫红色，从而影响了产品质量[12]。

3.6 辅色因子
辅色因子一般是无色或者颜色较浅的物质，存在于植物细胞中。

最普遍的，与花色苷结构不同类的物质是类黄酮和其它多酚、生物碱、氨基酸和有机酸。

研究最多的共色素是类黄酮，包括黄酮、黄酮醇、黄烷酮和黄烷醇等，酚酸作为共色素的研究也比较深入[13]。

辅色素能增强花色苷的稳定性。

4 提取、纯化[14]
4.1溶剂提取法
花色苷通常被1个或多个极性侧链如糖基糖苷化,因而表现出较强的极性。

因此传统方法中大都采用溶剂法提取。

常用酸化了的乙醇溶剂作为提取剂。

4.2 酶法提取
用于花色苷提取的酶主要有纤维素酶和果胶酶 ,通过酶解使植物细胞壁软化、膨胀及崩溃,从而促进了花色苷的溶出。

4.3 发酵法提取
仅在紫甘薯花色苷的提取中有报道，原理是通过微生物的作用使紫甘薯中的淀粉转化为乙醇,将乙醇分离后,可得到紫甘薯花色苷,原料的利用率大大提高。

4.4 超临界CO2提取法
利用超临界CO2做提取剂，从液体或固体物料中萃取、分离有效成分。

4.5辅助提取方法
4.5.1 超声波辅助提取
超声波的空化作用是:在超声波声场中,振动负压区由于周围的液体来不及补充,形成无数的微小真空泡,而当正压来到时,微小气泡在压力下突然闭合 ,液体间猛烈碰撞产生极大的冲击波,压力可高达3000MPa ,从而使植物细胞破裂,利于花色苷的溶出。

4.5.2 微波辅助提取
当微波加热时,细胞内极性物质尤其是水分子吸收微波能,产生大量的热量使细胞内温度迅速上升,液态水汽化产生的巨大压力将细胞膜和细胞壁冲破,形成微小的孔洞,使胞外溶剂容易进入细胞内,溶解并释放出胞内物质。

4.5.3 高压脉冲电场辅助提取
高压脉冲电场作用使生物细胞膜发生电穿孔或电渗透,细胞膜破裂,使生物细胞胞内物质向外的传质过程加速。

4.5.4 液态静高压法辅助提取
液态静高压是新兴的食品加工技术之一,一般是指用100MPa以上(100MPa～1000MPa)的静水压力在常温下或较低温度下对食品物料进行处理,物料经过高压处理后其理化性质发生改变,使蛋白质、淀粉等大分子发生变性,使果蔬细胞的结构发生变形或破裂,细胞壁通
透性增加,利于胞内物的溶出。

4.6纯化
经过提取的花色苷粗品中往往含有很多有机酸、糖等杂质,产品质量稳定性差、纯度不高。

为了提高产品的色价和稳定性,需要对提取物进一步纯化。

常用的方法有大孔树脂层析、离子交换树脂层析、硅胶层析、膜分离法、凝胶柱层析等。

5 定性、定量分析
5.1定性方法
5.1.1 纸层析(PC)
纸层析法在1940年就被广泛使用,根据花色苷在不同溶剂中的迁移值(Rf)和颜色来判断花色苷的类别。

鉴定时,即使没有标准品,通过同一样品在3～4种不同展开剂的Rf值,对照数据库的Rf值,就可以粗略估计出样品所含花色苷的种类。

5.1.2 薄层层析(TLC)
薄层层析原理与纸层析相同,也可采用与纸层析法相同的展开剂。

5.1.3 紫外-可见光谱法
色素的紫外吸收光谱是色素的重要特征。

吸收光谱是鉴定和测量混合物中主要色素的最简单方法。

依据花色苷的不同基团的在不同的波长下有不同的吸收峰,进而推断出其结构。

5.1.4 HPLC、MS、HPLC-MS
高效液相色谱法( HPLC)以经典的色谱法为基础,引入了气相色谱法的理论和实验方法,流动相改为高压输送,采用高效固定相及在线检
测手段发展而成的一种高效快速分离分析技术。

HPLC可以在30min 一个流程内分离15种不同的花色苷,其分辨能力远远超过纸层析和薄层层析。

但是,由于缺乏花色苷的标准对照品,使得仅靠HPLC方法对花色苷进行定性和定量分析还不够充分。

质谱分析法(MS)是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的1种方法。

被分析的样品首先要离子化,然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同,把离子按质荷比(m/z)分开而得到质谱,通过样品的质谱和相关信息,可以得到样品的定性定量结果。

5.1.5 核磁共振法(NMR)
可以获得很多色素的结构信息，但是对标准品的纯度具有很高的要求。

5.1.6 毛细管区带电泳法(CZE)
毛细管区带电泳法是采用熔合二氧化硅毛细管,将分离溶剂调到一定pH值(酸化或碱化),花色苷在CZE中的迁移时间顺序取决于分子电荷和分子大小的比率,以及缓冲液复杂化合物的形式。

因此,不同的花色苷就在覆盖有线性聚丙烯酰胺的毛细管壁上分离。

5.2定量分析
5.2.1 单一PH值法[15]
花色苷的最大吸收波长在500-540nm范围内，在这一范围内很少有干扰物质，利用这一特征，在恒定PH下测定它的吸光度。

同时还需测定单个花色苷的摩尔消光系数ε或者比消光度E。

花色苷含量(mg/ml)= εDF
M A ⨯⨯
A 为吸光度；M 为单个花苷分子量；DF 为稀释倍数ε为
摩尔消光系数。

5.2.2 PH 示差法
Osawa 等[16]选择1和4.5两个pH 值对花色苷进行了定量分析。

其原理为当溶液为pH1.0时，花色苷在510nm 处有最大光吸收，而当溶液pH 值为4.5时，花色苷转变为无色查尔酮形式，在510nm 处无吸收，因而可以用示差法计算溶液中总花色苷含量，计算公式如下： 1005
41⨯⨯-=M A A C .ε
C 为花色苷的浓度(mg/100ml)；A1A4.5分别为溶液在pH1和4.5 时的最大吸光度；M 为单个花色苷的分子量，ε为单个花色苷的消光系数。

6 前景展望
花色苷具有很好的生理活性功能，又是天然着色剂，花色苷在食品、药品、化妆品行业都有巨大的潜力。

国内商品化的花色苷标准品还未问世，全依赖进口。

花色苷的稳定性研究及其药理研究具有深远意义。

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