关于果实中花色苷提取和稳定性的研究

许明秀，解思琦，张 岩，谭 伟*,李庆亮

( 1.枣庄学院食品科学与制药工程学院，山东 枣庄 277160；2.枣庄学院生命科学学院，山东 枣庄 277160)

人工合成色素价格低，稳定性高，但是大多数原料具有潜在的致癌性[1]，由于一系列的安全性问题，天然色素逐渐受到关注，其中花色苷是人工合成色素最好的天然替代物，受到世界各国的普遍重视[2]。

花色苷是一类水溶性的天然色素[3]，广泛存在于高等植物中，属于类黄酮酚类化合物，是植物次生代谢产物之一，是花色素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物。花色苷广泛存在于植物的花、果实、茎、叶和根器官的细胞液中，使植物呈现出由红、紫红到蓝等不同的颜色[4]。天然食用色素中，花色苷的分布极广、数量最多，主要来源于植物的根、茎、叶。至今为止从自然界中分离和鉴定出的花色苷多达600余种，主要由6种花青素衍生而来，分别为矢车菊素(Cyanidin)、飞燕草素(Delphinidin)、芍药花素(Peonidin)、矮牵牛素(Petunidin)、天竺葵(Pelargonidin)和锦葵色(Malvidin)[5]，这6种花青素约占全部花色素种类的95%以上。

花色苷类物质除了能使植物的茎、叶、花和果实等呈现出多彩的颜色外，还具有显著的生物活性，如抗炎、抗过敏、抗氧化、延缓衰老、诱导肿瘤细胞凋亡、改善胰岛功能、提高免疫力、减轻肝脏机能障碍等[6-11]，并且天然色素与人工合成色素相比，还具有无毒害、副作用小、安全性高等优点，因此花色苷具有良好的市场前景。但是，天然花色苷和人工合成色素相比，花色苷由于自身结构的不稳定性，容易受到环境、运输等因素的影响发生变化，降低产品的货价值。因此，研究果树中花色苷的稳定性及寻找提高其稳定性的方法显得尤为重要[12]。本文就果树中花色苷的提取方法、分离纯化、影响其稳定性的因素进行了总结，并分析了一些提高花色苷稳定性的方法，希望可以为花色苷的利用提供一定的帮助。

1 花色苷的提取方法

花色苷的提取方法众多，有溶剂浸提法、微波辅助提取法、超声辅助浸提法、超临界CO2提取法等，不同方式的花色苷提取率不同，且同一方法不同的条件提取率也可能不同。溶剂浸提法步骤简单，常用乙醇来作为提取溶剂，在50～55 ℃下提取，如在50 ℃的温度下用乙醇浸提60 min提取蓝莓中的花色苷得率[13]达46.45%，而黑果腺肋花楸花色苷的最佳提取工艺是在55 ℃的条件下用50%乙醇提取60 min花色苷提取量最高，可达到4.32±0.177 mg/g[14]。微波辅助提取法速度快且安全，得到的提取率相对较高，李欣燃[15]利用匀浆-微波联用方法提取黑果茶藨中的花色苷，以16%乙醇作为提取溶剂，550 W下微波16 min，制得的花色苷含量是溶剂浸提法制得的花色苷含量的2倍左右。超声波萃取浸提法操作过程容易且所用时间相对与溶剂浸提法所用时间较少，如焦彩凤等人[16]利用超声波辅助提取葡萄悬浮细胞中花色苷，用85%的酸化乙醇作为提取剂，380 W下超声38 min，得到花色苷含量约为3.93 mg/L。董彩军等人[17]比较了超声波法、酸化乙醇法、大孔树脂法提取红树莓花色苷得率，得出酸化乙醇法得率最高，为0.203 mg/g。秦公伟等人[18]采用超临界CO2提取技术提取蓝莓果渣中花色苷，与乙醇浸泡提取相比，缩短了提取时间，提高了花色苷提取率。高压脉冲电场辅助提取法提取率更高，Corrales等[19]发现用3.0 KV/cm高压脉冲电场辅助提取法处理葡萄副产品60 min，花色苷得率是未经辅助提取处理的4倍、超声波辅助提取的2倍；张燕等人[20]采用高压脉冲电场辅助提取法，同时采用酸化乙醇提取红梅花色苷，提取率达到54.24%。提高花色苷的提取率，是获得较多天然花色苷的必要条件，利用新技术或对已有技术进行优化改良，从实际出发，设计开发出节省资源、保护环境、效果更好的花色苷工厂化提取工艺是当前的重点。

3 花色苷的分离纯化

目前，花色苷的分离纯化方法主要由色谱纯化、凝胶柱层析、聚酰胺层析法等。李媛媛等人[21]采用高速逆流色谱法分离制备红葡萄皮中花色苷单体，经过一次高速逆流分离就可得到3种高纯度的花色苷单体；与普通分离纯化方法相比，高速逆流色谱法具有操作简单、样品无污染、连续、高效、可大量制备的优点。刘敬华等人[22]采用聚酰胺层析法对蓝靛果中花色苷进行分离纯化，分离的花色苷纯度是常规方法分离纯度的1倍左右，是未经分离纯化的粗提物的14倍左右。张亚红等人[23]采用D101大孔树脂和6000道尔顿分子量的超滤膜纯化技术对野生蓝莓花色苷纯化，纯度可达35%以上。膜分离纯化的花色苷透明度高、稳定性好，但所需设备价格昂贵、提取效率低。陈亮等人[24]利用固相萃取的方法对桑葚中花色苷进行分离纯化，获得的野生桑葚总花色苷含量为154.27 mg/100 g，此法与其他方法相比，优点较多，固相萃取的实验对象在实验过程中不会发生乳化现象，样品处理步骤简化，而且需要的溶剂量少，能够节约实验成本。李杨等人[25]采用大孔树脂层析法对烟73酿酒葡萄中花色苷进行纯化，纯化后的花色苷含量达到94.93%，是纯化前的1.9倍左右；大孔树脂层析法操作工艺简单，主要采用乙醇作提取溶剂，安全性强，同时，树脂可以再生，可重复利用，节约成本。申芮萌等人[26]研究蓝莓花色苷时，采用Sephadex LH-20凝胶柱层析分离纯化，当用30%的酸化后的乙醇为洗脱液时能分离到7个峰组分，其中花色苷类物质占4个峰组分。众多花色苷分离纯化的方法，都存在或多或少的不足，以此为基础，进一步研究经济有效的分离纯化方法，从而为花色苷的商品化提供技术支撑。

4 影响花色苷稳定性的因素

4.1 花色苷结构

花色苷内部的稳定性，与花色苷的结构[27]密切相关。不同花色苷的区别主要在于分子中羟基化的程度，羟基的数目以及甲基化的程度等。羟基化程度增加使花色素稳定性增加，如飞燕草色素在酸性甲醇中就比矢车菊色素稳定[28]，然而也有一些例外，这与糖苷配基的羟基化的影响不同有关。而甲基化[29]程度增加会降低花色苷的稳定性，在C-4和C-7位置含有甲氧基比相同位置含羟基的色素稳定性差。

另外，花色苷的糖基化和酰基化增加了花色素的稳定性[28]。花色素与糖以糖苷键结合而成花色苷，花色苷在溶液中的溶解性和稳定性都比花色素强。因此，花色素的糖基化形式在自然界中更普遍，而游离的糖苷配基却很难在自然界中找到。但是Sims C A等人[29]发现在葡萄酒的加工过程中，双糖苷是极不稳定的。酰基化[28]可大大提高花色苷的稳定性，有些花中含有的花色苷颜色很稳定，就是因为酰基化的缘故，酰基化的程度不同，花色苷颜色的稳定性也不同。多酰基化的花色苷颜色比单酰基化的花色苷颜色稳定，且从酸性到碱性条件下都能保持高度的稳定性。酰基类型也影响花色苷的稳定性，含有芳香环酰基取代物的花色苷要比含脂肪族的稳定。但是，Escribano-bailn.MT等人[30]认为酰基化的增加会造成花色苷的降解，在传统的溶剂提取法中，用弱酸代替盐酸则能避免这一现象。

4.2 光

光对花色苷的稳定性影响显著。不同的光源、光照时间对花色苷稳定性的影响大不相同。同一种光对不同作物花色苷的影响也不相同。陆国权等人[31]将紫甘薯、紫葡萄皮、黑米等6种作物至于自然光下保存，比较了自然光对不同作物花色苷稳定性的影响，结果表明自然光对紫甘薯色素的破坏能力最小。潘少霖等人[32]的研究表明芙蓉里果实经自然光照射后的花色苷含量增加，果实经过套袋处理，得到的果实花色苷含量降低。

4.3 pH

pH的变化对花色苷溶液的变化影响显著。Jeewon Koh[33]研究发现蓝莓果胶花青素含量在pH为3.0时最高，在pH4.0时最低，添加柠檬-磷酸能够减弱蓝莓果胶中花青素在pH3.0和pH4.0时的相互作用。李颖畅[34]研究蓝莓花色苷稳定性时发现当pH1.0、pH3.0时花色苷溶液为透明的红色，pH5.0时为浅紫红色，pH7.0时为浅绿色，pH9.0时为绿色。当溶液的pH值发生变化时，花色苷内部结构之间也进行转换。葡萄酒中花色苷主要存在4种形式的平衡：蓝色醌式碱A，红色2-苯基苯并吡喃阳离子AH+，无色甲醇碱或甲醇假碱B和无色查尔酮C。在不同pH值的溶液中，花色苷以不同化学结构形式存在，呈现出不同颜色。酸性条件下呈红色；中性、近中性条件下呈无色；碱性条件下呈蓝色。在一个给定的pH值下，4种结构之间存在着平衡。莲雾花色苷稳定性随pH值升高而下降，在酸性环境下较稳定[35]。

4.4 温度

果实中花色苷在低温下较稳定[35]，在高温下不稳定。桑葚[36]和莲雾[35]花色苷随着温度的升高保存率降低。郭耀东[37]研究葡萄皮花色苷稳定性时发现随着温度升高花色苷降解速度加快，40 ℃下6 h相对保存率为58.81%，当温度达到80 ℃时放置2.5 h后相对保存率降至33.98%。

4.5 金属离子

不同的金属离子对花色苷稳定性的影响不同，而同一种金属离子对不同果实的花色苷稳定性的影响也有差异。Al3+对树莓花色苷的稳定性无显著影响[38]，但是降低了黑果腺肋花揪花色苷的稳定性[39]；Ca2+对黑加仑[40]、树莓[38]、蓝莓[41]、桑果[42]的花色苷的稳定性没有显著影响；Fe2+能降低黑加仑、蓝莓花色苷的稳定性[40-41]，但增强了桑果花色苷的稳定性[42]；Cu2+、Fe3+能降低黑果腺肋花揪、黑加仑花色苷的稳定性[39-40]，Cu2+增强蓝莓花色苷的稳定性[41]；Zn2+能够增强蓝莓花色苷的稳定性[41]，却降低桑果花色苷的稳定性[42]；Mg2+增强了葡萄花色苷的稳定性[43]。

4.6 加工方式

杀菌处理是果汁生产过程中的重要环节，杀菌方式不同也会影响花色苷含量。李梦丽[44]使用3种不同的杀菌方式处理红树莓果汁，发现巴氏杀菌、煮沸杀菌和微波杀菌后红树莓果汁花色苷含量分别减少了18.5%、6.9%、5.4%，高温长时杀菌对花色苷破化作用很大，而高温短时杀菌对花色苷破坏作用较小，并且，微波杀菌较加热杀菌对花色苷的破坏作用最小，能够更好的保护果汁中的花色苷。

4.7 其他因素

李玲等[45]研究火龙果果皮花色苷时发现氧化剂、还原剂都能使火龙果皮的花色苷含量降低，并且当还原剂浓度较大时可严重破坏其结构。蔗糖、葡萄糖对葡萄皮花色苷稳定性没有较大影响[37]。李栋等[46]研究桑果花色苷稳定性时发现不同的添加剂对其稳定性影响不同，能够增加其花色苷含量的是防腐剂、酸味剂，如柠檬酸；能够降低其花色苷稳定性的是甜味剂、抗氧化剂，如抗坏血酸[47]、咖啡酸[48]。

5 提高花色苷稳定性的方法

5.1 在杀菌处理时采用脉冲强光照射

在加工红树莓浓缩果汁时，采用脉冲强光(IPL)照射处理，与未处理的果汁相比，此方法得到的花色苷是未经处理得到的花色苷的两倍[49]。

5.2 添加果胶酶

通过加入果胶酶提高蓝莓汁中花色苷含量，经过果胶酶的处理，花色苷含量比未处理的增加约2倍，类黄酮含量增加约1.2倍[50]。

5.3 食品加工时进行蒸制

陈诚等人[51]研究桑椹药材制作工艺时，发现样品在经过蒸制以后，由于蒸制产生的水蒸气对花色苷的保护作用，花色苷的含量是未蒸制过的样品含量的1.2倍。

5.4 将果汁进行浓缩

常规的方法有真空浓缩、膜技术浓缩、蒸发浓缩和反渗透浓缩，但几种浓缩方法均受限制，有不同的缺点。沙棘浓缩汁采用新型的真空薄膜离心式蒸发器，温度约为40 ℃，能完全保留沙棘汁的营养成分，使其不会受到明显的破坏[52]。

5.5 固体饮料

曹雪丹等[53]研究固体饮料和液体饮料两种蓝莓饮料中花色苷含量随时间的变化规律，发现，在第0天时，两种饮料中花色苷含量几乎相等，常温避光保存6个月以后，固体饮料中花色苷含量是液体饮料中花色苷含量的2.5倍左右。

5.6 添加护色剂

Rao等[54]和 Rein[55]发现β-环状糊精和NaCl的加入会影响溶液中花色苷的含量。庄雅香等人[56]研究杨梅汁的护色效果时，发现柠檬酸的护色效果高于NaCl，NaCl的护色效果高于β-环状糊精。随着柠檬酸含量和NaCl含量的增加，花色苷的含量逐渐增加，当β-环状糊精的浓度大于0.20 mg/g时，随着浓度的增加，花色苷的含量逐渐降低。

6 小结

花色苷的安全性[57]让其成为了合成色素的最佳替代品。花色苷由于自身结构的原因，对酸碱度、光照、温度等因素敏感，稳定性较差，在生产和加工过程中容易受到各种因素的影响，因此，花色苷的使用范围也有一定的局限性。由于花色苷自身pH值在3左右，花色苷在酸性环境中较为稳定，多用于酸性食品的着色稳定。伴随着食品工业的发展，不断有新型食品面世，因此花色苷类天然色素在食品中的稳定化应用研究仍然是今后花色苷研究的重点方向，并且未来需要进一步加强在花色苷保护方面的新技术、新材料，以及针对不同种类食品体系专属定制稳定化方法的研究开发工作。