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花青素【花青素】花青素(anthocyan) ， 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 ， 是花色苷(anthocyains) 水解而得的有颜色的苷元 。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物质大部分与之有关 。在植物细胞液泡不同的PH 值条件下 ， 花青素使花瓣呈现五彩缤纷的颜色 。已知花青素有20 多种 ， 食物中重要的有6种 ， 即天竺葵色素、矢车菊色素、飞燕草色素、芍药色素、牵牛花色素和锦葵色素 。自然状态的花青素都以糖苷形式存在 ， 称为花色苷 ， 很少有游离的花青素存在 。花青素主要用于食品着色方面 ， 也可用于染料、医药、化妆品等方面 。
基本介绍中文名：花青素
外文名：anthocyan
别名：花色素;花青色素
CAS：13306-05-3
分子式：C15H11O6
分子量：287.2437
种类已知天然存在的花色素有250 多种 ， 存在于27 个科、73 个属的植物中 。目前已确定的有20 种花青素 ， 在植物中常见的有6 种 ， 即天竺葵色素( Pg) 、矢车菊色素( Cy) 、飞燕草色素( Dp) 、芍药色素( Pn) 、牵牛花色素( Pt) 和锦葵色素( Mv) 。结构及特性花青素是糖苷衍生物 ， 基本结构如下:
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花青素基本结构一般自然条件下游离的花青素极少见 ， 常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等通过糖苷键形成花色苷 ， 花色素中的糖苷基和羟基还可以与一个或几个分子的香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、对羟基苯甲酸等芳香酸和脂肪酸通过酯键形成酸基化的花色素 。花青素分子中存在高度分子共扼体系 ， 含有酸性与硷性基团 ， 易溶于水、甲醇、乙醇、稀硷与稀酸等极性溶剂中 。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280 nm 附近 ， 可见光区域最大吸收波长在500 ～ 550 nm 範围内 。花青素类物质的颜色随pH 值变化而变化 ， pH 7 呈红色 ， pH= 7 ～ 8 时呈紫色 ， pH > 11 时呈蓝色 。主要来源花青素广泛存在于开花植物(被子植物)中, 其在植物中的含量随品种、季节、气候、成熟度等不同有很大差别 。据初步统计: 在27个科, 73个属植物中均含花青素, 如紫甘薯、葡萄、血橙、红球甘蓝、蓝莓、茄子、樱桃、红莓、草莓、桑葚、山楂、牵牛花等植物的组织中均有一定含量 。最早最丰富的花青素是从红葡萄渣中提取的葡萄皮红色素, 它于1879年在义大利上市 , 该色素可通过葡萄酒酒厂的废料-葡萄渣提取 。接骨木浆果( Elderberries)中含大量的花青素, 并且都是矢车菊素, 每百克鲜重在200 ~1000 mg 。另外, 花青素在大麦、高粱、豆科植物等粮食作物中也广泛存在 。研究发现, 葡萄籽与松树皮的提取物中花青素的含量最高 。提取方法溶剂提取法溶剂提取是花青素的常规提取方法, 溶剂多选择甲醇、乙醇、丙酮、水或者混合溶剂等 。为了防止提取过程中非醯基化的花青素降解, 常在提取溶剂中加入一定浓度的盐酸或者甲酸, 但在蒸发浓缩时这些酸又会导致醯基化的花青素部分或全部的水解 。另外, 对于提取物中可能含有脂溶性成分的样品, 需採用有机溶剂如正己烷、石油醚、乙醚等进行萃取。传统的溶剂提取方法提取时间长, 生产效率较低, 且热溶剂容易造成花青素降解以及生理活性的降低 。国外提取花青素的传统方法是採用低温( 4~8 ℃) 或者常温( 25℃ ) 避光条件下1% HCl 甲醇溶液浸提16~ 20 h, 或者採用01 5%、1% 的三氟乙酸的甲醇溶液, 4 ℃条件下浸提24h。考虑到食品中残留甲醇的毒性, 也有用1% 的HCl 乙醇溶液代替甲醇溶液。另外为了避免醯基化的花青素的水解, 也可选择弱酸如酒石酸、柠檬酸代替盐酸 。而国内则多採用热溶剂( 50~ 70℃ ) 浸提1~ 2 h 的方式 , 溶剂可选择不同浓度的醇溶液或酸化的水溶液 。加压溶剂萃取法加压溶剂萃取, 又称加压液体萃取( Pressurized Liquid Extraction, PLE ) 、快速溶剂萃取( Accelerated Solvent Extraction, ASE) , 它是通过外来压力提高溶剂的沸点, 进而增加物质在溶剂中的溶解度以及萃取效率的 。目前PSE 技术对于食品中功能成分的提取主要集中在类黄酮、酚类物质以及其他抗氧化活性成分的研究上 。该技术在花青素的提取方面也有报导 。採用此技术最佳化紫甘蓝中花青素的最佳提取工艺, 最佳参数为: 样品21 5 g, 温度99 ℃ , 提取时间7 min, 溶剂为V( 水) BV( 乙醇) BV( 甲醇) = 94:5 : 1 。水溶液提取法有机溶剂萃取的花青素多有毒性残留且生产过程环境污染大, 有鑒于此, 水溶液提取应运而生 。该方法一般将植物材料在常压或高压下用热水浸泡,然后用非极性大孔树脂吸附; 或直接使用脱氧热水提取, 再採用超滤或反渗透, 浓缩得到粗提物 。微生物发酵提取法此方法将生物发酵技术套用于花青素的提取之中, 是生物科学与化工生产之间的超强渗透与有效结合 。微生物发酵法利用微生物或酶让含有花青素的细胞胞壁降解分离, 使细胞胞体内花青素充分溶入到提取液中, 从而增加提取的产率与速率 。其他提取方法包括高压脉冲电场辅助提取、双水相萃取、超高压辅助提取 。前两种可套用于蛋白质、核酸、多糖的提取研究, 而超高压辅助提取已成功用于葡萄中花青素的提取之中, 且对比发现高压辅助提取花青素等多酚类的效率可以提高近50%。纯化工艺目前, 花青素的纯化多採用液相萃取、固相萃取、薄板层析、柱层析、酶法、离子交换法、大孔树脂法、膜分离和综合技术法等 。其中大孔树脂吸附是近年来花青素提纯最常用的方法之一 , 而新的纯化方法例如高速逆流色谱套用、电泳法还处于起步发展阶段 。鉴定方法花青素总量测定多採用分光光度法 ， 样品经沸水提取 ， 加酸性乙醇显色 ， 生成特有的刚果红 ， 于波长纳米处测吸光度 ， 该法不受黄酮苷及儿茶素的干扰 ， 但受原花色素、花白素干扰 ， 分析结果往往偏高 ， 灵敏度也不够理想 ， 但是茶叶中花青素总量分析沿用此法; 除此 ， 还可以採用高效液体相色谱法对花青素单一成分结构的鉴定 ， 可以用HPLC 对贵州黑糯米稻米表皮中提取的三种花青素结构进行鉴定 ， 用UV-VIS、IR、H-NMR 和HPLC 等方法 ， 对蓝靛果中分离出来的纯花青素( 矢车菊素) 的结构进行鉴定 。套用抗氧化及清除自由基功能花青素属于生物类黄酮物质 ， 而黄酮物质最主要的生理活性功能是自由基清除能力和抗氧化能力 。研究证明: 花青素是当今人类发现最有效的抗氧化剂 ， 也是最强效的自由基清除剂 ， 花青素的抗氧化性能比VE高50 倍 ， 比VC高20 倍 。紫色甘薯花色苷产品对－ OH、H2 O2 ， 等活性氧均具有清除和抑制作用 ， 尤其对－ OH 的清除能力强于抗坏血酸 ， 且清除作用与浓度呈剂量关係 。抗突变功能花青素的作用不仅使植物呈现五彩缤纷的颜色 ， 也具有降低酶的活性 ， 抗变异等保健功能的活性分子 。研究表明有一定花青素浓度的提取物能有效预防不同阶段癌变发生 ， 但花青素的个体作用并不确定 ， 部分原因是与其它酚类物质等稳定成分分离后进行生物测定 ， 花青素易降解 。在食品中的套用随着科技的发展, 人们对食品添加剂的安全性越来越重视, 天然添加剂的开发利用已成为添加剂发展使用的总趋势 。花青素在食品中不但可作为营养强化剂, 而且还可作为食品防腐剂代替苯甲酸等合成防腐剂, 并且可作为食品着色剂套用于平常饮料和食品, 符合人们对食品添加剂天然、安全、健康的总要求。