花青素的提取纯化、抗氧化能力及功用方面的研究进展

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1、花青素的提取纯化、抗氧化能力及功用方面的研究进 展花青素(Anthocyanidins)属酚类化合物中的类黄酮类，是一种水溶性色素，广 泛存在于植物花瓣、果实的组织中及茎叶的表面细胞与下表皮层。其色泽随pH 不同而改变，由此赋予了自然界许多植物明亮而鲜艳的颜色。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(Anthocyanin)，该命 名是由Marguart(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。现有资料表明花青素有二十余种，在植物巾见的有六种，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

2、花色素(Pt) 和锦葵色素(My)。它是由一定数量的儿茶素、表儿茶素缩合而成的聚合体，其 分子结构中由于含有不对称碳原子(2位或2, 3位)，因此具有旋光性。花青素具 有很强的极性，可溶于水，易溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙酮，但不溶于乙醚、 氯仿、苯等。另外，由于分子中有大量的酚羟基存在，因此具有弱酸性，可溶于 碱性水溶液。1花青素的主要来源花青素广泛存在于开花植物(被子植物)中，其在植物巾的含量随品种、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

3、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年在意大利上市，该色素可通过葡萄 酒酒厂的废料一葡萄渣提取。接骨木浆果(Elderberries)中含大量的花青索，并且 都是矢车菊素，每百克鲜重在2001000 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。花青素的主要作用是保护植物中易氧化的成分，它们在植物体内与 其它组分共同作用，具有高度的生物利用率，Bagchi研究证实：在抗自由基能力 及保护因自由基引起的脂质过氧化和抗DNA损伤能力方面花青素显著高于维生 素C、维生素E和B 一胡萝卜素。

4、2花青素的提取、纯化工艺研究现状2. 1花青素的提取花青素的提取是目前花青素研究发展的热点问题，也是花青素生产、投入使 用的关键性环节。近年来，在传统提取方法的基础之上，一些凭借新技术或经过 改良后的提取方法也开始崭露头角。2. 1. 1有机溶剂萃取法这是目前国内外最广泛使用的提取方法。多数选择甲醇、乙酮、丙酮等混合 溶剂对材料进行溶解过滤，通过调节溶液酸碱度萃取滤液中的花青素。国内吴信 子等用盐酸一甲醇溶液提取，然后用纸层析法（中号）和柱层析法（聚乙酰胺）进行 花色苷的分离。目前，有机溶剂萃取法已成功地应用于诸如葡萄籽、石榴皮、蓝 莓等绝大多数含花青素物质的提取分离。有机溶剂萃取法的关键是选

5、择有效溶剂， 要求既要对被提取的有效成分有较大溶解度，又要避免大量杂质的溶解。该方法 原理简单，对设备要求较低，不足之处是大多数有机溶剂毒副作用大且产物提取 率低。2. 1. 2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，有鉴于此，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，再采用超滤或反渗透，浓缩得 到粗提物。它是Duncan和Gilmour（1998）发明的提取花青素的方法，此方法设备 要求简单，但产品纯度低。2. 1. 3超临界流体萃取法超临界流体萃取是利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影

6、响进行提取。 这种方法产品提取率高，但设备成本过高。孙传经采用超临界CO：萃取法从银 杏叶、黑加仑籽及葡萄籽中提取花青素工艺进行了研究。该工艺中CO和改性剂 可循环使用，对环境无污染。2. 1. 4微波提取法该法于1986年被Ganzlert E9等人首先用于分离各种类型化合物。国内李风 英探讨了微波技术对葡萄籽中原花青素提取量和分子结构的影响，为微波在葡萄 籽中有效成分浸提方面的研究奠定了基础。微波提取法是利用在微波场中，吸收 微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加 热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到具有较小介电常数、微波 吸收能力相对较差的萃取溶

7、剂中。该技术选择性好，萃取率高，速度快，操作简 单，废液排放量少。2. 1. 5超声波提取法超声波在20世纪50年代后逐渐应用于化学化工生产过程之中，且主要集中 在植物中药用成分、多糖以及其它功能性成分的提取等研究领域。超声波提取运 用前景好、操作简单、快速高效、生产过程清洁无公害。2008年时，Corrales12 等人开展的不同提取方法对葡萄中花青素的提取率影响的对比，实验结果表明： 相同条件下与热浸70（2提取相比，超声波辅助提取花青素等酚类的效率可以提 高50%以上。2. 1. 6微生物发酵提取法此方法将生物发酵技术应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

8、。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。王振宇I1采用微生物和纤维素酶降解大花葵细胞壁提取花青素就是可靠 的研究实例。该方法的优点是操作稳定性及可靠性高，环境友好。2. 1. 7加压溶剂萃取加压溶剂萃取法是通过加压提高溶剂的沸点，进而使被提取物在溶剂中的溶 解度增加，从而获得较高的萃取效率。Arapitsas_】 (2008)等人采用了此技术优 化了紫甘蓝中花青素的最佳提取工艺。该法的优点是提取率高，但经济成本亦较 高。2. 1. 8亚临界水提取技术亚临界水提取技术是最近几年来的新成果，它的具体做法就是在适

9、度压力下， 将水加热到100C以上，临界温度374C以下的高温，使水的极性随温度的变化 而改变，对原材料中的花青素进行提取。近两年的研究实例有Luque一rodriguez 等人采用动态过热流体提取葡萄皮中的花青素，并优化了最佳提取工艺。对比于 其他提取方法，亚临界水提取方法清洁、有效、花青素提取量为传统动态固液萃 取的三倍，且产品性能更优，不足之处是工艺条件要求较高。2. 1. 9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。前两种可应用 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

10、近50%。2. 1. 10联合辅助提取单一的方法在有利的同时肯定存在它的不足之处，实际生产应用过程中我们 总期望达到最佳的产率与效益。因此，许多试验者尝试将不同的提取方法进行整 合，各取其优；例如王振宇等人1以大花葵为原料，采用CO：超临界一超声波 联用技术，用CO超临界装置对材料进行预处理后，再进行超声辅助提取获得成 功。2. 2花青素纯化工艺现状目前，花青素的纯化多采用液相萃取、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应用、电泳法 还处于起步发展阶段，但其方法的创新

11、性与优越性不容置疑。在科学技术日新月 异的今天，我们的目光也投向更新、更尖端的技术上，在花青素的提取生产过程 之中肯定还会有更新的思路、更好的创新。在探索的同时我们翘首以待。3花青素的抗氧化性能分析花青素属于羟基供体，它在植物组织中的主要作用是保护植物中易氧化的成 分。2O世纪80年代人们逐渐认识到清除自由基和抗氧化是营养保健的重要前提 和基础，而花青素作为清除自由基能力最强的、其他抗氧化剂所无可比拟的抗氧 化剂，对它的抗氧化性能研究主要体现在以下几个方面。3. 1有效地清除超氧阴离子自由基，保护和稳定维生素C,用葡萄籽为原 料提取花青素做抗氧化性实验，结果表明：花青素对超氧阴离子自由基具有较

12、强 的清除作用，而且存在量效关系，质量浓度越高，抗氧化性能越强。当花青素质 量浓度达每毫升到15 mg时，清除率达到91. 5%。据报道，在体内花青素的抗 氧化能力是V的50倍，V的20倍19； 100 mgL葡萄籽提取的原花青素对培 养细胞中。，一和OH的抑制能力分别为78%和81% ；而同等条件下V抑制J 二述两种自由基的能力分别为12%和19% ；维生素E（V ）分别为50%和75%； 超氧化物歧化酶和过氧化氢酶联合作用抑制超氧化阴离子的能力约为83%20o 由此可见，花青素是一种比VV作用更强的自由基清除剂。3. 2抑制脂质氧化花青素通过参与脂质代谢，阻断自由基链式反应，保护脂质不发生

13、过氧化损 伤。吴春.等人用葡萄籽提取花青素抗氧化性研究实验结果表明：原花青素对亚 油酸的抗氧化性介于PG和V之间。陆茵等在探.化荷素和肿瘤化学预防机制时， 发现花青素对巴豆油诱发的小鼠肝线立体脂质过氧化具有明显的抑制作用。3. 3和金属cu “等螯合花青素能与金属离子如铁、铝、钼等螫合形成花青素一金属（Vc-Cu）复合物， 它能稳定存在于生物机体内，这与人类的生活和健康密切相关。4花青素的其它性能功用4. 1医用保健功能花青素由于其卓越的抗氧化能力，它可以清除人体内致病的自由基，减缓细 胞死亡和细胞膜变性，从而延缓衰老。而且花青素还能通过抑制酶的活性来降低 血压，达到防止中风、偏瘫的作用。并且

14、花青素能通过降低胆固醇水平，减少血 管壁上的胆固醇沉积，通过提高血管壁弹性而达到降压的功能，在预防和治疗心 m管疾病中发挥越来越大的作用。马亚兵等人发现原花青素具有保护糖尿病机理 和主动脉的作用，此外，国内很多研究证实，花青素对多种癌变如乳腺癌、皮肤 癌等都有不同程度的抑制作用。4. 2皮肤保健和美容作用在欧美等国家花青素享有“皮肤维生素”、“口服化妆品”的美誉，其主要功 效为：（I）它可以维护皮肤胶原合成，抑制弹性蛋白酶，从而减少皱纹产生；（2） 花青素可抑制络氨酸酶活性，具有防晒美白的作用；（3）花青素具有的多羟基结 构使它在空气中易吸湿，且能与多糖（透明质酸）、蛋白质、脂类（磷脂）、多肽

15、等 复合，从而达到保湿收敛皮肤的效。4. 3花青素在食品中的应用随着科技的发展，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应用 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。5结语花青素作为二十一世纪科学研究的亮点，在许多领域彰显着它的不同凡响， 我国关于花青素的研究起步较晚。国外关于花青素提取分离的探索研究已经相当 成熟，新的提取分离方法例如亚临界水提取、高压脉冲电场辅助提取、超高压辅 助提取虽然还处在实验起步阶段，但其方法的优越性及独创性已为未来花青素的 提取分离开辟了新的路径。我国作为一个植物资源大国，植物物种得天独厚，加 之近年来中国科研的飞速发展，我们一定能解决制约花青素发展的瓶颈问题 提取分离。目前，关于花青素的实际生产应用仅限于少数保健及化妆品领域，花 青素在植物体内的准确生理作用还有很多尚待深入研究，作为一种在植物体内广 泛存在的活性成分，进一步研究它在人体的生理作用及代谢特征，对它的分子进 行修饰或对其进行性状改良后应用于医疗保健方面将是未来花青素研究的热点 问题。