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花青素（存在于植物中的水溶性天然色素）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-22

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花青素

存在于植物中的水溶性天然色素

花青素(anthocyanidins),又稱(chēng)花色素，是自然界一類(lèi)廣泛存在于植物中的水溶性天然色素，是花色苷(anthocyains) 水解而得的有顏色的背元。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物質(zhì)大部分與之有關(guān)。在植物細胞液泡不同的PH 值條件下，花青素使花瓣呈現五彩繽紛的顏色。已知花青素有20 多種，食物中重要的有6種，即天竺葵色素、矢車(chē)菊色素、飛燕草色素、芍藥色素、牽牛花色素和錦葵色素。自然狀態(tài)的花青素都以糖苷形式存在，稱(chēng)為花色苷，很少有游離的花青素存在。花青素主要用于食品著(zhù)色方面，也可用于染料、醫藥、化妝品等方面。

基本信息

中文名	花青素
外文名	anthocyanidins
別名	花色素花青色素
化學(xué)式	C15H11O6
主要危害	花青素通過(guò) 有機溶劑萃取多有毒性殘留且生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境污染大

展開(kāi)

概述

種類(lèi)

已知天然存在的花色素有250 多種，存在于27 個(gè)科、73 個(gè)屬的植物中。目前已確定的有20 種花青素，在植物中常見(jiàn)的有6 種，即天竺葵色素( Pg) 、矢車(chē)菊色素( Cy) 、飛燕草色素( Dp) 、芍藥色素( Pn) 、牽牛花色素( Pt) 和錦葵色素( Mv)。

結構及特性

花青素是糖苷衍生物，基本結構如下:

花青素

一般自然條件下游離的花青素極少見(jiàn)，常與一個(gè)或多個(gè)葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等通過(guò)糖苷鍵形成花色素，花色素中的糖苷基和羥基還可以與一個(gè)或幾個(gè)分子的香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、對羥基苯甲酸等芳香酸和脂肪酸通過(guò)酯鍵形成酸基化的花色素。

花青素分子中存在高度分子共扼體系，含有酸性與堿性基團，易溶于水、甲醇、乙醇、稀堿與稀酸等極性溶劑中。在紫外與可見(jiàn)光區域均具較強吸收，紫外區最大吸收波長(cháng)在280 nm 附近，可見(jiàn)光區域最大吸收波長(cháng)在500 ～ 550 nm 范圍內。花青素類(lèi)物質(zhì)的顏色隨pH 值變化而變化，pH 7 呈紅色，pH= 7 ～ 8 時(shí)呈紫色，pH > 11 時(shí)呈藍色。

主要來(lái)源

花青素廣泛存在于開(kāi)花植物(被子植物)中, 其在植物中的含量隨品種、季節、氣候、成熟度等不同有很大差別。據初步統計: 在27個(gè)科, 73個(gè)屬植物中均含花青素, 如紫甘薯、葡萄、血橙、紅球甘藍、藍莓、茄子、櫻桃、紅莓、草莓、桑葚、山楂、牽牛花等植物的組織中均有一定含量。

最早最豐富的花青素是從紅葡萄渣中提取的葡萄皮紅色素, 它于1879年在意大利上市 , 該色素可通過(guò)葡萄酒酒廠(chǎng)的廢料-葡萄渣提取。接骨木漿果( Elderberries)中含大量的花青素, 并且都是矢車(chē)菊素, 每百克鮮重在200 ~1000 mg。另外, 花青素在大麥、高粱、豆科植物等糧食作物中也廣泛存在。研究發(fā)現, 葡萄籽與松樹(shù)皮的提取物中花青素的含量最高。

共8張

花青素

提取方法

溶劑提取法

溶劑提取是花青素的常規提取方法, 溶劑多選擇甲醇、乙醇、丙酮、水或者混合溶劑等。為了防止提取過(guò)程中非酰基化的花青素降解, 常在提取溶劑中加入一定濃度的鹽酸或者甲酸, 但在蒸發(fā)濃縮時(shí)這些酸又會(huì )導致酰基化的花青素部分或全部的水解。另外, 對于提取物中可能含有脂溶性成分的樣品, 需采用有機溶劑如正己烷、石油醚、乙醚等進(jìn)行萃取。傳統的溶劑提取方法提取時(shí)間長(cháng), 生產(chǎn)效率較低, 且熱溶劑容易造成花青素降解以及生理活性的降低。

國外提取花青素的傳統方法是采用低溫( 4~8 ℃) 或者常溫( 25℃ ) 避光條件下1% HCl 甲醇溶液浸提16~ 20 h, 或者采用01 5%、1% 的三氟乙酸的甲醇溶液, 4 ℃條件下浸提24h 。考慮到食品中殘留甲醇的毒性, 也有用1% 的HCl 乙醇溶液代替甲醇溶液。另外為了避免酰基化的花青素的水解, 也可選擇弱酸如酒石酸、檸檬酸代替鹽酸。而國內則多采用熱溶劑( 50~ 70℃ ) 浸提1~ 2 h 的方式 , 溶劑可選擇不同濃度的醇溶液或酸化的水溶液。

加壓萃取法

加壓溶劑萃取, 又稱(chēng)加壓液體萃取( Pressurized Liquid Extraction, PLE ) 、快速溶劑萃取( Accelerated Solvent Extraction, ASE) , 它是通過(guò)外來(lái)壓力提高溶劑的沸點(diǎn), 進(jìn)而增加物質(zhì)在溶劑中的溶解度以及萃取效率的。

目前PSE 技術(shù)對于食品中功能成分的提取主要集中在類(lèi)黃酮、酚類(lèi)物質(zhì)以及其他抗氧化活性成分的研究上。該技術(shù)在花青素的提取方面也有報道。采用此技術(shù)優(yōu)化紫甘藍中花青素的最佳提取工藝, 最佳參數為: 樣品21 5 g, 溫度99 ℃ , 提取時(shí)間7 min, 溶劑為V( 水) BV( 乙醇) BV( 甲醇) = 94:5 : 1。

水溶液提取法

有機溶劑萃取的花青素多有毒性殘留且生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境污染大, 有鑒于此, 水溶液提取應運而生。該方法一般將植物材料在常壓或高壓下用熱水浸泡，然后用非極性大孔樹(shù)脂吸附; 或直接使用脫氧熱水提取, 再采用超濾或反滲透, 濃縮得到粗提物。

微生物發(fā)酵法

此方法將生物發(fā)酵技術(shù)應用于花青素的提取之中, 是生物科學(xué)與化工生產(chǎn)之間的超強滲透與有效結合。微生物發(fā)酵法利用微生物或酶讓含有花青素的細胞胞壁降解分離, 使細胞胞體內花青素充分溶入到提取液中, 從而增加提取的產(chǎn)率與速率。

其他提取方法

包括高壓脈沖電場(chǎng)輔助提取、雙水相萃取、超高壓輔助提取。前兩種可應用于蛋白質(zhì)、核酸、多糖的提取研究, 而超高壓輔助提取已成功用于葡萄中花青素的提取之中, 且對比發(fā)現高壓輔助提取花青素等多酚類(lèi)的效率可以提高近50% 。

純化工藝

目前, 花青素的純化多采用液相萃取、固相萃取、薄板層析、柱層析、酶法、離子交換法、大孔樹(shù)脂法、膜分離和綜合技術(shù)法等。其中大孔樹(shù)脂吸附是近年來(lái)花青素提純最常用的方法之一 , 而新的純化方法例如高速逆流色譜應用、電泳法還處于起步發(fā)展階段。

鑒定方法

花青素總量測定多采用分光光度法，樣品經(jīng)沸水提取，加酸性乙醇顯色，生成特有的剛果紅，于波長(cháng)納米處測吸光度，該法不受黃酮苷及兒茶素的干擾，但受原花色素、花白素干擾，分析結果往往偏高，靈敏度也不夠理想，但是茶葉中花青素總量分析沿用此法; 除此，還可以采用高效液體相色譜法對花青素單一成分結構的鑒定，可以用HPLC 對貴州黑糯米稻米表皮中提取的三種花青素結構進(jìn)行鑒定，用UV-VIS、IR、H-NMR 和HPLC 等方法，對藍靛果中分離出來(lái)的純花青素( 矢車(chē)菊素) 的結構進(jìn)行鑒定。

應用

抗氧化功能

花青素屬于生物類(lèi)黃酮物質(zhì)，而黃酮物質(zhì)最主要的生理活性功能是自由基清除能力和抗氧化能力。研究證明: 花青素是當今人類(lèi)發(fā)現最有效的抗氧化劑，也是最強效的自由基清除劑，花青素的抗氧化性能比VE高50 倍，比VC高20 倍。紫色甘薯花色苷產(chǎn)品對－ OH、H2 O2，等活性氧均具有清除和抑制作用，尤其對－ OH 的清除能力強于抗壞血酸，且清除作用與濃度呈劑量關(guān)系。

抗突變功能

花青素的作用不僅使植物呈現五彩繽紛的顏色，也具有降低酶的活性，抗變異等保健功能的活性分子。研究表明有一定花青素濃度的提取物能有效預防不同階段癌變發(fā)生，但花青素的個(gè)體作用并不確定，部分原因是與其它酚類(lèi)物質(zhì)等穩定成分分離后進(jìn)行生物測定，花青素易降解。

食品中的應用

隨著(zhù)科技的發(fā)展, 人們對食品添加劑的安全性越來(lái)越重視, 天然添加劑的開(kāi)發(fā)利用已成為添加劑發(fā)展使用的總趨勢。花青素在食品中不但可作為營(yíng)養強化劑, 而且還可作為食品防腐劑代替苯甲酸等合成防腐劑, 并且可作為食品著(zhù)色劑應用于平常飲料和食品, 符合人們對食品添加劑天然、安全、健康的總要求。

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