花青素的研究现状及发展趋势_赵宇瑛

花青素的研究现状及发展趋势

赵宇瑛,张汉锋　(长江大学园艺园林学院,湖北荆州434025)

摘要　综述了花青素的研究现状和发展趋势,包括花青素的植物来源,种类、结构与特性,花青素的分离与分析,生物合成途径,生物合成的基因工程,生理和保健功能,以及组织培养技术。

关键词　花青素;研究现代;研究发展趋势

中图分类号　TS264.4 文献标识码　A 文章编号　0517-6611(2005)05-0904-02

Current Situation and Investi gatio n of Antho cyanidin and its P ro gressiv e T rend

ZHA O Yu-y ing et al　(The College of Horticulture and Garden,Yangtz e Un iversit y,Jingzhou,H ubei434025)

A bstract　The stud y on the origin,variety,s tructure and characteris tics,ph ysiological function an d ap plication prospect of Anthocyanidin at hone and abroad was s um marized.

Key w ords　Origin;Variety;Structure;Characteristic;Ph ysiological function

花青素(A nthoc yanidin),又称花色素,是自然界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[1～4]。也是植物花瓣中的主要呈色物质,水果、蔬菜、花卉等五彩缤纷的颜色大部分与之有关。在植物细胞液泡不同的pH值条件下,使花瓣呈现五彩缤纷的颜色[2,3]。在酸性条件下呈红色,其颜色的深浅与花青素的含量呈正相关性,可用分光光度计快速测定,在碱性条件下呈蓝色。花青素的颜色受许多因子的影响,低温、缺氧和缺磷等不良环境也会促进花青素的形成和积累[5～7]。

在自然状态下,花青素在植物体内常与各种单糖结合形成糖苷,称为花色苷(Anthoc yanin),由Ma rguar t(1853)命名矢车菊花朵中的蓝色提取物时提出来的,现在作为同类物质的总称[2,3]。花青素广泛存在于开花植物(被子植物)中,据初步统计,27个科,73个属植物中含花青素。含花色素的山葡萄3.5万t,蓝靛果1.8万t,不少天然色素是综合利用的产物。最早而最丰富的花青素是从红葡萄渣中提取的葡萄皮红,它于1879年在意大利上市[4,8,9]。从天然野生果实蓝靛果中提取出来的一种花青素(矢车菊素),其主要用于食品着色方面,也可用于染料、医药、化妆品等方面[10]。

花青素作为一种天然食用色素,安全、无毒、资源丰富,而且具有一定营养和药理作用,在食品、化妆、医药等方面有着巨大的应用潜力。但是和其他天然色素一样,其染色力弱,使用剂量大,不稳定(易受pH、氧化剂、亲核剂、酶、金属离子、温度、光照等影响),使其应用受到一定限制[4,11,12]。大量研究表明:花青素具有抗氧化、抗突变、预防心脑血管疾病、保护肝脏、抑制肿瘤细胞发生等多种生理功能[2,3]。

花青素存在于植物的果实、花、茎和叶中的液泡内,是植物体内的一种水溶性色素。由于各种花青素分子结构上的差异或酸碱度的不同,花青素就显出红、紫、蓝等不同的颜色。当气温低或缺少磷营养时,有些植物的茎、叶就会变成紫红色,这是因为叶片里的碳水化合物转变成花青素的缘故;秋天的红叶也是叶片的花青素引起的[13]。

目前食品工业上所用的色素多为合成色素,几乎都有不同程度的毒性,长期使用会危害人的健康,因此天然色素

作者简介　赵宇瑛(1968-),女,山西介休人,硕士,讲师,从事果树生理及生物技术教学与科研工作。

收稿日期　2005-03-07就越来越引起了科研领域的关注。由于至今国内市场上还没有花青素纯品,所以提取高纯度的花青素对花色苷类色素的深入研究与开发提供必备的表征条件和理论依据,并且有助于它的工业利用[10]。

1　花青素的植物来源及应用

葡萄皮是花色苷类色素的主要原料,其他属于此类色素并具有开发前景的有胡萝卜素、高粱红色素、山楂红色素、黑米红色素、牵牛红色素、鸡冠花红色素,

越橘红色素。已经投入商业生产色素有葡萄皮色素、浆果类(草莓、木莓、杨梅、枸杞)、紫玉米、萝卜红、蓝靛果、越橘红、黑米红等。在配料酒、糖果、糕点、冰棍、雪糕、冰淇淋、果汁(味)饮料、碳酸饮料中加入,用量0.5%～5%。另外也可用于化妆品,如红色花青素做口红。这些商品用色素(除葡萄皮色素外)共同特征是对光、热、氧稳定性好,对微生物稳定,一般溶于水和乙醇,不溶于植物油[4,8]。

2　花青素的种类、结构与特性

花青素的基本结构单元是2-苯基苯并吡喃型阳离子,即花色基元。现已知的花青素有20多种,主要存在于植物中的有:天竺葵色素(Pe largonidin)、矢本菊色素或芙蓉花色素(C yanidin)、翠雀素或飞燕草色素(De lphindin)、芍药色素(Pe-onidin)、牵牛花色素(Petunidin)及锦葵色素(Mal vidin)。自然条件下游离状态的花青素极少见,主要以糖苷形式存在,花青素常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖等通过糖苷键形成花色苷。已知天然存在的花色苷有250多种[2～4,8]。

花青素分子中存在高度分子共轭体系,具酸性与碱性基团,易溶于水、甲醇、乙醇、稀碱与稀酸等极性溶剂中。不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂,遇醋酸铅试剂会沉淀,并能被活性炭吸附。在紫外与可见光区域均具较强吸收,紫外区最大吸收波长在280nm附近,可见光区域最大吸收波长在500～550 nm范围内。花青素类物质的颜色随pH值的变化而变化,p H <7呈红色,pH在7～8时呈紫色,pH>11时呈蓝色[2]。

3　花青素的分离与分析

植物花青素多采用酸性的甲醇、乙醇、水等极性溶剂提取,但该法同时提取了材料中由原花青素及花白素转化形成的花青素。提取液中用溶剂萃取、纸层析、柱层析方法分离纯化。采用纸层析或柱层析方法分离,得到3种主要的花青