文 / 武學(xué)寧 劉瑞敏 劉成玉 高智利 郝素梅 潘玉喜

（1內(nèi)蒙古包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院乳品工程學(xué)院；2內(nèi)蒙古包頭騎士乳業(yè)有限責(zé)任公司）

花青素（Anthocyanidins）屬酚類化合物中的類黃酮類，是一種水溶性色素，其色澤隨pH不同而改變，由此賦予了自然界許多植物明亮而鮮艷的顏色。目前發(fā)現(xiàn)花青素類色素廣泛存在于紫甘薯、葡萄、血橙、紅球甘藍(lán)、藍(lán)莓、茄子皮、櫻桃、紅橙、紅莓、草莓、桑葚、山楂皮、紫蘇、牽?；ǖ戎参锝M織的表面細(xì)胞與下表皮層[1]?；ㄇ嗨刈鳛橐环N天然食用色素，安全、無(wú)毒、資源豐富，而且具有一定營(yíng)養(yǎng)和藥理作用，在食品、化妝、醫(yī)藥方面有著巨大應(yīng)用潛力。

1 花青素的結(jié)構(gòu)

花青素具有類黃酮的典型結(jié)構(gòu)，2-苯基苯并吡喃陽(yáng)離子的衍生物[1]，以C6-C3-C6為基本骨架。花青素的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

現(xiàn)有資料表明花青素有20 余種，在植物中常見(jiàn)的有6 種[2]，表1所示為食品中常見(jiàn)的花青素。

圖1 花青素的結(jié)構(gòu)

表1 植物中常見(jiàn)的花青素

2 花青素的化學(xué)特性

花青素溶于水和乙醇，不溶于乙醚、氯仿等有機(jī)溶劑，遇醋酸鉛試劑會(huì)沉淀，并能被活性炭吸附，其顏色隨pH值不同而改變[3]。在酸性條件下顯色較好，呈紅色，在中性、近中性條件下呈無(wú)色。在植物體內(nèi)，花青素常與各種單糖結(jié)合形成糖苷，稱為花色苷（Anthocyanin）[3]。

3 花青素的提取方法

提取是分離、純化和利用花青素的主要環(huán)節(jié)?；ㄇ嗨靥崛》椒ㄊ墙陙?lái)花青素研究領(lǐng)域較為活躍的一個(gè)方面，有關(guān)的研究報(bào)道較多，一些新的提取方法如微波、超聲波、超高壓等都得到了應(yīng)用。

3.1 有機(jī)溶劑萃取法

溶劑提取是花青素的常規(guī)提取方法，多數(shù)選擇甲醇、乙酮、丙酮或它們的混合溶劑對(duì)材料中的花青素進(jìn)行溶解過(guò)濾，通過(guò)酸或堿調(diào)節(jié)溶液酸堿度萃取濾液中的花青素。有機(jī)溶劑萃取法已成功地應(yīng)用于葡萄籽、石榴皮、藍(lán)莓等絕大多數(shù)含花青素物質(zhì)的提取分離[4]。

傳統(tǒng)的溶劑提取方法提取時(shí)間長(zhǎng)，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。另外，有機(jī)溶劑萃取的花青素多有毒性殘留且生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境污染大，因此有研究者提出了水溶液提取法。

3.2 水溶液提取法

該方法一般是在常壓或高壓下用熱水浸泡含花青素的原材料，然后用非極性大孔樹(shù)脂進(jìn)行吸附；或直接使用脫氧熱水提取，再采用超濾或反滲透經(jīng)濃縮得到粗提物。此法又稱為加壓溶劑萃取、加壓液體萃取。水溶液提取法法設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)污染，產(chǎn)品無(wú)毒，但提取出來(lái)的花青素純度低[5]。

3.3 超臨界流體輔助提取

超臨界流體萃取是利用壓力和溫度對(duì)超臨界流體溶解能力的影響而進(jìn)行提取。在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地把極性大小、沸點(diǎn)高低和分子量大小不同的成分依次萃取出來(lái)[6]。

超臨界流體萃取法最大的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品提取率高，可以低溫操作，避免了不飽和脂肪酸的氧化分解，溶劑無(wú)殘留，且作為超臨界流體的CO2易得，萃取能耗低。與溶劑提取法相比，省去了溶劑回收以及精煉過(guò)程，從而降低了成本，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

3.4 微生物發(fā)酵或酶解法

此法是利用微生物或酶的作用將細(xì)胞壁成分降解，讓胞內(nèi)的花青素成分迅速滲透擴(kuò)散出來(lái)，以利于提取，從而增加了提取的產(chǎn)率與速率[6]。

4 花青素的生理功能

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)試驗(yàn)證明花青素對(duì)人體具有多種醫(yī)療保健作用。它是一種強(qiáng)有力的抗氧化劑，能夠保護(hù)人體免受自由基的損傷，花青素還能夠增強(qiáng)血管彈性，改善循環(huán)系統(tǒng)和增進(jìn)皮膚的光滑度，抑制炎癥和過(guò)敏，改善關(guān)節(jié)的柔韌性。近兩年，國(guó)內(nèi)外對(duì)于花青素保健功能的研究主要集中在抗癌、心血管保護(hù)和美容等方面。

4.1 清除自由基抗氧化作用

科學(xué)發(fā)現(xiàn)，自由基與100 多種疾病有關(guān)，人的壽命長(zhǎng)短直接取決于人們抗氧化、抗自由基能力的強(qiáng)弱?；ㄇ嗨厥橇u基供體，同時(shí)也是一種自由基清除劑，它能和蛋白質(zhì)結(jié)合防止過(guò)氧化，也能和金屬Cu2+等螯合，防止VC過(guò)氧化，再生VC，從而再生VE，也能淬滅單線態(tài)氧[7]。而且還能提供質(zhì)子，有效清除脂類自由基，切斷脂類氧化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，起到防止脂質(zhì)過(guò)氧化的作用。因此，花青素可以預(yù)防各種自由基產(chǎn)生的疾病，是當(dāng)今人類發(fā)現(xiàn)最有效的抗氧化劑，也是最有效的自由基清除劑，花青素的抗氧化性能比VE高50 倍，比VC高20 倍[8]。

4.2 抗癌作用

體內(nèi)外的試驗(yàn)表明，花青素在許多方面都顯現(xiàn)出降低癌細(xì)胞增殖能力和抑制腫瘤形成的功能。它可使乳腺癌細(xì)胞凋亡并抑制其轉(zhuǎn)移、抑制前列腺癌；防止結(jié)腸癌惡化；防皮膚癌?；ㄇ嗨赜绊懓┳冞M(jìn)程的能力可能與其有效的抗氧化能力以及對(duì)環(huán)氧化酶的抑制等多種機(jī)理有關(guān)[9]。呂曉玲等人采用熒光化學(xué)發(fā)光法對(duì)紫甘薯花色苷的抗氧化作用進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，紫甘薯花色苷對(duì)O2-、-OH和H2O2等活性氧（ROS）均具有較強(qiáng)的清除作用，而ROS可參與或?qū)е录?xì)胞致癌或促癌過(guò)程[10]。曹東旭等人以人肝癌細(xì)胞HepG2為模型研究紫甘薯花色苷的抗腫瘤活性，結(jié)果表明，高濃度的花色苷可抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，800 μg/mL花色苷處理72 h，抑制率高達(dá)80%[11]。

4.3 延緩衰老的功能

花青素還被認(rèn)為具有調(diào)節(jié)認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)能力，加強(qiáng)記憶，并可預(yù)防與年齡相關(guān)的神經(jīng)功能衰退的功能。Cho等將紫甘薯的花青素進(jìn)行分離純化，通過(guò)用酒精處理過(guò)的老鼠來(lái)做被動(dòng)回避實(shí)驗(yàn)評(píng)定，發(fā)現(xiàn)能增強(qiáng)其認(rèn)知能力，也能有效地抑制老鼠腦組織中脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)[12]。

4.4 降血脂的功能

馬淑清等人研究了紫甘薯花色苷對(duì)糖尿病大鼠血糖和血脂的影響，采用灌胃的方法對(duì)糖尿病大鼠進(jìn)行治療，發(fā)現(xiàn)花色苷有明顯的降糖作用，以1.0%劑量最好，花色苷雖然不能顯著提高血清HDL-C（高密度脂蛋白膽固醇），但能顯著降低TC（膽固醇）、TG（甘油三酯）和LDL-C（低密度脂蛋白膽固醇），表明也有較強(qiáng)的降脂作用。且治療過(guò)程中肝臟未見(jiàn)明顯脂肪變性，肝糖原明顯增加，表明花色苷對(duì)肝功能和肝細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)有一定的保護(hù)作用[13]。

5 花青素在食品工業(yè)中的應(yīng)用

植物體花青素作為一種天然色素，安全、無(wú)毒、資源豐富，具有相當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)和藥理作用，對(duì)人類健康影響廣泛，花青素在食品中不但可作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，而且可作為食品著色劑應(yīng)用于平常的飲料和食品中，符合人們對(duì)食品添加劑天然、安全、健康的要求。試驗(yàn)證明，甘薯花青素在飲料中的穩(wěn)定性超過(guò)商品色素（Enocyanin）及黑莓色素，又因其耐光性好，經(jīng)花青素著色的食品無(wú)需遮光材料包裝。

楚文靖等人以紫甘薯為原料，研究了紫甘薯酒發(fā)酵的工藝條件，在最優(yōu)發(fā)酵參數(shù)發(fā)酵液pH值3.8、酵母接種量3%、發(fā)酵溫度18 ℃的條件下，研制出澄清透亮、口感好的紫紅色甘薯酒，為其開(kāi)發(fā)利用提供了一條途徑[14]。

方忠祥等人研究了用紫甘薯制作飲料時(shí)的加工工藝，結(jié)果表明，新鮮甘薯加3 倍水打漿，用稀鹽酸調(diào)pH值至4.5～5.0，采用0.03%淀粉酶，0.04%的果膠酶，溫度50 ℃，處理30 min，可獲得較理想的出汁率和透光度，用甘薯原汁30%，蔗糖8%，檸檬酸0.3%調(diào)配，可獲得色、香、味俱佳的紫肉甘薯飲料[15]。

6 花青素在乳品工業(yè)中的應(yīng)用展望

花青素耐熱性好，能夠經(jīng)受乳品工業(yè)中采用的巴氏殺菌工藝，可以溶于醇和水溶液，因此，可以用作紅色至紫紅色著色劑而添加到冰淇淋、奶酪、酸奶等乳制品中。

李思寧以紫薯和脫脂乳粉為主要原料，選用嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌組成的混合發(fā)酵劑進(jìn)行發(fā)酵，得到一種新型的風(fēng)味酸奶，并以感官評(píng)價(jià)為考察指標(biāo)，研究紫薯酸奶的發(fā)酵工藝條件。結(jié)果表明，紫薯酸奶最佳工藝參數(shù)為：白砂糖添加量7%，發(fā)酵溫度41 ℃，發(fā)酵時(shí)間6 h。在此條件下，所得的酸奶色澤均勻、組織狀態(tài)良好、口感細(xì)膩，既有發(fā)酵乳特有的風(fēng)味，又有紫薯淡淡的香氣。紫薯中的花青素既使產(chǎn)品表現(xiàn)出香芋色，又為產(chǎn)品增添了特有的保健功能[16]。

桑葚也是富含花青素的水果，王超等人以桑葚、脫脂乳為原料，白砂糖、穩(wěn)定劑等為輔料，采用馴化的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌進(jìn)行發(fā)酵研制酸奶。試驗(yàn)表明，最佳配方為：白砂糖4%，桑葚∶奶=1∶7，接種量8%，明膠0.25%；采用0.20%抗壞血酸護(hù)色，83 ℃、30 min殺菌條件，于42 ℃發(fā)酵240 min，所得酸奶色澤微紅，組織均勻細(xì)膩，無(wú)異物，酸甜可口，有乳酸發(fā)酵味和桑葚味，風(fēng)味獨(dú)特，且具有一定的保健功能[17]。

藍(lán)莓是營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高的野生漿果，含有大量的花青素、有機(jī)酸和纖維，近年來(lái)關(guān)于藍(lán)莓在乳制品中應(yīng)用的報(bào)道非常多。張振海等人以藍(lán)莓汁和酸奶為原料，通過(guò)分析和試驗(yàn)得出了藍(lán)莓果汁奶的最佳配方為：發(fā)酵酸奶35%，白砂糖7%，藍(lán)莓汁6%，穩(wěn)定劑0.5%，檸檬酸0.05%，藍(lán)莓香精0.08%[18]。

楊宇、張秀玲等人對(duì)藍(lán)莓涂抹型再制干酪工藝參數(shù)進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行質(zhì)構(gòu)剖面分析（TPA）、感官評(píng)價(jià)和微觀結(jié)構(gòu)分析，確定了最優(yōu)的工藝參數(shù)及復(fù)合乳化鹽等因素對(duì)樣品品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，最優(yōu)工藝是在加熱融化過(guò)程中添加15%藍(lán)莓果漿，18 個(gè)月成熟的Gouda干酪與3 個(gè)月成熟的Edam干酪的質(zhì)量比為1∶2，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的檸檬酸鈉與磷酸氫二鈉的質(zhì)量比為5∶1組成的復(fù)合乳化鹽，加水量60%，在85 ℃水浴加熱，轉(zhuǎn)速1 500 r/min下攪拌20 min，4 ℃迅速冷卻。所得的藍(lán)莓涂抹型再制干酪的質(zhì)構(gòu)與市售涂抹型再制干酪質(zhì)構(gòu)最為接近，且風(fēng)味良好[19]。他們還對(duì)藍(lán)莓含量對(duì)涂抹型再制干酪的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)藍(lán)莓對(duì)涂抹型再制干酪的感官、pH值、質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要的影響。研究通過(guò)感官評(píng)價(jià)和測(cè)定樣品的pH值、質(zhì)構(gòu)性質(zhì)（TPA）、微觀結(jié)構(gòu)和色差，確定了藍(lán)莓果漿對(duì)涂抹型再制干酪的影響。結(jié)果表明，藍(lán)莓含量增大使樣品pH值下降，微觀結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)特性發(fā)生顯著變化。藍(lán)莓帶來(lái)的纖維過(guò)多會(huì)對(duì)樣品中酪蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成損壞，添加量在10%較為適宜，纖維過(guò)大會(huì)破壞酪蛋白的凝膠結(jié)構(gòu)，使樣品產(chǎn)生感官缺陷。含新鮮藍(lán)莓果漿的樣品呈淺藍(lán)紫色，殺菌果漿花青素?fù)p失，樣品呈暗粉色[20]。

包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院乳品工程學(xué)院聯(lián)合天津科技大學(xué)、葫蘆島茂華生物有限責(zé)任公司、包頭騎士乳業(yè)有限責(zé)任公司利用包頭科技局科研項(xiàng)目，進(jìn)行紫甘薯花青素酸奶、花青素冰淇淋的研究與開(kāi)發(fā)，取得了階段性的成果。

7 花青素開(kāi)發(fā)前景及其推廣

隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)保健食品、有機(jī)食品、綠色食品的關(guān)注和需求不斷上升。富含天然花青素的食品，正好符合了人們追求的食品目標(biāo)。當(dāng)今，在食品、醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè)色素的用途十分廣泛，但人工合成的色素副作用越來(lái)越受到關(guān)注，花青素具有色素含量高、色素穩(wěn)定性能好、提取工藝成熟等特點(diǎn)，將具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和很大市場(chǎng)潛力。

[1]高愛(ài)紅，童華榮.天然食用色素——花青素研究進(jìn)展.保鮮與加工，2001（3）：25-27.

[2]高愛(ài)紅,袁海波,童華榮.天然食用色素—花青素應(yīng)用研究進(jìn)展.廣州食品工業(yè)科技，2001，17（3）：75-78.

[3]李韜，張宏宇，呂玉璋.花色苷類色素的研究進(jìn)展.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2010（5）：23-26.

[4]魏蕾，呂佳飛，李志洲.花青素的提取純化、抗氧化能力及功用方面的研究進(jìn)展.氨基酸和生物資源，2009，31（4）：83-86.

[5]李瑩，李長(zhǎng)國(guó).原花青素提取、分離純化方法的研究進(jìn)展.食品工程，2008，3（1）：9-11.

[6]孫建霞，張燕，胡小松，等.花青素的提取、分離以及純化方法研究進(jìn)展.食品與發(fā)酵工業(yè)，2008，34（8）：111-115.

[7]Kano M，Takayanagi T，Harada K，et al.Anti-oxidative activity of antho-cyanins from purple sweet potato，Ipomoea batatas Cultivar Ayamurasaki.Biosci Biotechnology Biochem，2005，69（5）：979-988，2005.

[8]溫桃勇，劉小強(qiáng).紫色甘薯營(yíng)養(yǎng)成分和藥用價(jià)值研究進(jìn)展.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（5）：1954-1956，2035.

[9]王婭寧，王鵬，李淑娟.花青素的生理功能研究進(jìn)展.科技向?qū)В?011（35）：77.

[10]呂曉玲，孫曉俠，姚秀玲.采用熒光化學(xué)發(fā)光法分析紫甘薯花色苷產(chǎn)品的抗氧化作用.食品與發(fā)酵工業(yè)，2005，31（9）：53-55.

[11]曹東旭，董海葉，李妍，等.紫甘薯花色苷對(duì)人肝癌細(xì)胞HepG2的作用.天津科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，26（2）：9-12.

[12]李彥青，盧森權(quán)，黃詠梅.紫色甘薯花青素的應(yīng)用前景.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（29）：12641-12642，12646.

[13]馬淑清，呂曉玲，范輝，等.紫甘薯花色苷對(duì)糖尿病大鼠血糖和血脂的影響.營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)，2010，32（1）：88-90.

[14]楚文靖，滕建文.紫甘薯酒發(fā)酵工藝條件研究，資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng)，2010，26（8）：686-688.

[15]方忠祥，倪元穎.紫肉甘薯飲料加工技術(shù)，食品工業(yè)，2004（2）：9-10.

[16]李思寧.紫薯酸奶發(fā)酵工藝研究.食品與發(fā)酵科技，2011，47（4）：101-103.

[17]王超，周云，谷曉瑩.凝固型桑葚酸奶的研制.食品研究與開(kāi)發(fā)，2007，28（5）：64-67.

[18]張振海，蘇占元.藍(lán)莓乳酸菌飲料的研制，乳業(yè)導(dǎo)刊，2004（12）：17-18.

[19]楊宇，張秀玲.藍(lán)莓涂抹型再制干酪加工中主要工藝參數(shù)研究.中國(guó)乳品工業(yè)，2009（12）：17-18.

[20]張秀玲，楊宇.藍(lán)莓含量對(duì)涂抹型再制干酪的影響.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，41（1）：112-117.