影响花色苷降解的因素研究现状

黄 滟， 余小平

（成都医学院公共卫生学院，四川成都 610500）

花色苷（Anthocyanin，Acy） 是一种水溶性色素，广泛分布于植物各部位，并具有抗氧化、抗炎、防治肿瘤、保护心脑血管和抗代谢性疾病等生物活性作用[1]。但是花色苷性质不稳定，易受pH 值、温度、氧、抗坏血酸、酶等因素的影响，导致花色苷的降解和颜色改变[2]。

1 花色苷结构

花青素是多酚类黄酮化合物， 具有典型的C6- C3- C6 骨架结构（见表1），不同花青素以R1，R2上取代基不同而区分。自然条件下游离花青素很少见，大部分与糖基（半乳糖、阿拉伯糖和葡萄糖等） 结合以花色苷形式存在，花青素苯环上不同碳位常与不同的糖基以糖苷键结合而形成结构各异的花色苷。但是由于花色苷结构上具有活跃的酚羟基，其性质并不稳定，可进一步被不同的芳香酸或脂肪酸等修饰形成酰基化花色苷、酯基化花色苷及吡喃类衍生物。

花青素的基本结构见表1。

表1 花青素的基本结构

2 花色苷稳定性的影响因素

2.1 物理因素

2.1.1 温度

食品药品行业经常会对产品进行热加工，即使在产品的贮藏过程中，温度也是影响花色苷降解的一个不能忽视的因素。Silva N L 等人[3]提出花色苷的降解是一种吸热反应，高温为花色苷的降解过程提供能量，可加速花色苷降解产物的形成。温度越高、作用时间越长，花色苷降解越快。Zhou F 等人[4]研究发现，当温度升高至70 ℃时，花色苷含量显著降低，且降解率与温度呈正相关。但在相同的温度条件下，不同来源或基质条件下的花色苷降解率各有差别。Sinela A 等人[5]研究表明，飞燕草素- 3 - O -桑布双糖苷对温度升高的降解敏感度明显高于失车菊素- 3 - O - 桑布双糖苷。此外，Zhou M等人[6]以高温处理桑葚时发现，固体桑葚的花色苷降解遵循二级动力学，而不同于液体花色苷提取物符合的一级降解动力学。

2.1.2 非热加工技术

为了避免高温加工导致的花色苷降解与颜色改变，一些非热加工技术被陆续提出[7]。压力和温度对花色苷的降解具有协同作用，与室温高压技术相比，若高压加工温度达50 ℃及以上则会增加花色苷的降解率；同时，由于二氧化碳降低了产品的pH 值，二氧化碳高压加工可使花色苷具有更高的稳定性[8]。超声、脉冲电场也能促使花色苷的降解。Sun J 等人[9]的报告中表明，随着超声时间和功率的增加，天竺葵素- 3 - O - 葡萄糖苷提取液的抗氧化活性会降低。Wu J 等人[10]研究发现，虽然用脉冲电场对蓝莓花色苷进行预处理也会导致花色苷的降解，但与直接加热预处理蓝莓花色苷相比，其降解率会小很多。

2.2 化学因素

2.2.1 pH 值

pH 值的变化会使花色苷的结构改变。在酸性条件下以稳定的黄酮型结构为主，而当pH 值升高时，不稳定的查耳酮型假碱、甲醇和醌型的百分比将增加。因此，花色苷在酸性条件下比较稳定，在中性或碱性条件下易降解。Hosseini S 等人[11]的研究表示，在冷冻储存时，未添加酸液的花色苷降解得更快。Iliopoulou I 等人[12]研究表明，虽然所有花色苷化合物在酸性条件下的热稳定性都较高，但是酰化和非酰化组分的相对稳定性取决于pH 值；在低pH 值下，酰化的化合物比未酰化的化合物更稳定，但是在更高的pH 值下情况相反。在同一酸度条件下不同结构的花色苷的稳定性也会产生差异。Levy R 等人[13]研究发现，在同一酸度下，随着共轭糖的增加，花色苷稳定性增强。

2.2.2 氧气与抗氧化剂

Zhou M等人[6]运用不同干燥方法处理桑葚果时发现，在相同温度下，真空干燥处理组的矢车菊素-3 - O - 葡萄糖苷和矢车菊素- 3- O- 芸香糖苷的保留率均高于热风干燥组，表明低氧环境有助于减轻花色苷的热降解。并且隔氧提取也可提高花色苷提取率[14]。在Li J 等人[15]的报告中显示，添加高浓度抗坏血酸 （Ascorbic Acid，AA） （360 mg/L） 的紫薯花色苷的热降解率比添加低浓度AA （120 mg/L） 的更高，推测抗坏血酸的热降解产物的产生会导致花色苷降解率增高。Gérard V 等人[16]研究也表明，添加AA 会显著降低花色苷在空气或氮气中的热稳定性；抗氧化剂如绿原酸、芥子酸可以延迟抗坏血酸向脱氢抗坏血酸转化，因此可提高花色苷在抗坏血酸存在下的光、热稳定性；而另一些抗氧化剂（如单宁酸、异槲皮苷、肉豆蔻精类） 对提高花色苷稳定性的效果不大。

2.2.3 金属离子

金属离子对花色苷的作用体现在辅色效果与稳定作用2 个方面。王亚云等人[17]研究发现Mg2+，Mn2+，Cu2+可与花色苷发生螯合作用，因此对紫薯花色苷起到一定辅色作用。但是同一金属离子对不同结构组成的花色苷稳定作用有时并不一致。例如，对马齿苋花色苷的研究表示，Mg2+、K+对马齿苋花色苷影响较小，而Cu2+、Fe3+对马齿苋花色苷有明显的破坏作用[18]。周丹蓉等人[19]的报告中显示高浓度的K+离子和低浓度的Fe3+离子可增强芙蓉李花色苷的稳定性，Al3+则使花色苷的稳定性下降。但根据Sigurdson G T 等人[20]的研究报告，Al3+对花色苷的颜色稳定性影响作用较弱。也有研究表明，添加某些大分子如海藻酸盐可增加金属离子- 花色苷螯合物的稳定性[21]。

2.3 生物分子因素

2.3.1 蛋白质类

花色苷的生物降解多与植物中的糖苷酶、多酚氧化酶和过氧化物酶有关[22]。花色苷一方面可通过多酚氧化酶和过氧化物酶直接或间接作用被氧化，另一方面也可通过糖苷酶去糖基化而自发地脱色和降解。Lang Y 等人[23]的研究表示，牛血清蛋白（Bovine serum albumin，BSA） 具有只抑制而不破坏花色苷清除自由基的能力，并且添加0.15 mg/mL 的BSA 能对花色苷光降解发挥更大的保护作用。在Chung C 等人[24]的研究中，L - 苯丙氨酸、L - 酪氨酸、L - 色氨酸和ε - 聚赖氨酸均能使花色苷的颜色稳定性延长，其中L - 色氨酸的加入对花色苷的稳定性影响最为显著。

2.3.2 糖类与酚酸

不同的糖类对花色苷的稳定性具有不同的影响，并且降解程度主要与糖类的降解产物糖醛有关。甘露醇与木糖醇对于马齿苋花色苷的辅色效应均会随其浓度的改变而改变，甘露醇随浓度增加对马齿苋花色苷的减色作用增强；木糖醇浓度越高其增色能力越强，达峰值后增色作用减弱[18]。蔗糖对花色苷的光、热稳定性几乎没有影响或影响很小[24]，但有抗坏血酸的存在时，蔗糖可导致花色苷降解且呈现正相关趋势[25]。酚酸也可以影响花色苷的稳定性。20 mg/L阿魏酸能稳定花色苷，但阿魏酸浓度的增加反而会降低其保护作用或无影响[26]。咖啡酸则会加速紫甘薯中花色苷的降解[27]。

3 花色苷降解前后的生理功能变化

花色苷降解会导致其颜色变化，但出乎意料的是，由于某些降解产物具有强大的抗氧化和清除自由基的能力，花色苷的生物活性并不会随着花色苷的降解而大幅度下降[9]。此外，即使花色苷的某些降解产物也具有生物活性作用，但可能由于含量太低而无法行使生理功能。如Pace E 等人[28]的研究表示，矢车菊素- 3- O- 葡萄糖苷的主要热降解产物间苯二甲醛虽然会对肝癌细胞（HepG2 细胞） 产生明显的抗增殖作用，但由于它是降解产物，含量较低，因此无法诱导HepG2 细胞毒性。

4 提高花色苷稳定性方法

提高花色苷稳定性的方法主要有2 个方面，一是应用基因调控等生物技术培育高产量、高稳定性的富含花色苷植物；二是应用化学修饰、分子改性、改善外界条件来提高花色苷提取物的稳定性。除此之外，花色苷混合物也通常比单体花色苷发挥生物活性作用更强。

4.1 基因调控

在植物花色苷的生物合成阶段，某些调控基因的变化也会对花色苷含量和性质产生影响。柳巧禛等人[29]用6－苄基腺嘌呤处理葡萄植株，通过上调花色苷合成相关基因PAL、CHS1、UFGT 的转录水平，促进了葡萄果实花色苷的积累。杨中义等人[30]通过遮光处理不同花序发育期的地被菊来抑制CmUFGF 基因的表达，以达到促进花色苷的合成或缓解花色苷降解的目的。

4.2 结构修饰

从花色苷结构上说，酰化花色苷比非酰化花色苷更稳定，目前酰基化方法主要有化学法、酶法和植物培养法[31]。Quan W 等人[32]研究表明，双酰基和双糖基化形式的花色苷在存储过程中比其他花色苷更稳定。除此之外，将花色苷酯基化或形成吡喃类衍生物也能提高花色苷的稳定性[33]。

4.3 外界条件控制

改变外界因素也可改善花色苷稳定性，如考虑水合作用，干燥的花色苷产品比液态产品稳定性更高。在储存过程中，降低温度、避光隔氧是必要的，此外提高酸度和添加包埋剂也能提高稳定性。有研究表明，壳聚糖等材料包埋花色苷可改善花色苷稳定性[34]。

5 结语

花色苷作为一种天然色素，因具有独特丰富的生理功能作用而逐渐成为研究热点，但是因其稳定性低，限制了花色苷的应用。因此，广泛探索花色苷稳定性的影响因素、改善花色苷低利用率是一个不可避免的问题。现今对花色苷稳定性的研究主要集中于光、热及pH 值对花色苷稳定性的影响及降解动力学，而关于其他影响因素，特别是在复杂基质下对花色苷稳定性的综合研究较少；评价花色苷降解率的指标也多以花色苷保留率和光谱变化为主，而鲜有关注花色苷降解产物及降解前后的生物活性功能变化。

多种因素相互作用下的不同结构花色苷稳定性各有不同，因此在食品药品应用的具体加工操作过程中，若要改善花色苷稳定性必须综合考虑各种影响因素。此外，除了考虑花色苷降解问题外，还需关注花色苷的人体吸收率、生物利用率等方面的因素。