花青素的种类、结构与特性

　　花青素的基本结构单元是22苯基苯并吡喃型阳离子, 即花色基元。现已知的花青素有20多种, 主要存在于植物中的有6种:天竺葵色素( Pelargonidin)、矢本菊色素或芙蓉花色素( Cyanidin)、翠雀素或飞燕草色素( Delphindin)、芍药色素( Pe2 onidin)、牵牛花色素( Petunidin)及锦葵色素(Malvidin) 。自然条件下游离状态的花青素极少见,主要以糖苷形式存在, 花青素常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖等通过糖苷键形成花色苷。已知天然存在的花色苷有250多种。花青素分子中存在高度分子共轭体系,具酸性与碱性基团,易溶于水、甲醇、乙醇、稀碱与稀酸等极性溶剂中。不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂, 遇醋酸铅试剂会沉淀,并能被活性炭吸附。在紫外与可见光区域均具较强吸收,紫外区*大吸收波长在280nm附近, 可见光区域*大吸收波长在 500~550nm范围内。花青素类物质的颜色随pH值的变化而变化, pH <3呈红色稳定，pH3~6红色变浅，pH>6时呈蓝色且不稳定。

花青素的作用

　　花青素还能够增强血管弹性，改善循环系统和增进皮肤的光滑度，抑制炎症和过敏，改善关节的柔韧性。具体来说，花青素有如下几种作用：

　　1.有助于预防多种与自由基有关的**，包括癌症、心脏病、过早衰老和关节炎;

　　2.通过防止应激反应和吸烟引起的血小板凝集来减少心脏病和中风的发生;

　　3.增强**系统能力来抵御致癌物质;

　　4.降低感冒的次数和缩短持续时间;

　　5.具有抗突变的功能从而减少致癌因子的形成;

　　6.具有**功效，因而可以预防包括关节炎和肿胀在内的炎症;

　　7.缓解花粉病和其它过敏症;

　　8.增强动脉、静脉和****弹性;

　　9.保护动脉血管内壁;

　　10.保持血细胞正常的柔韧性从而帮助血红细胞通过细小的****，因此增强了全身的血液循环、为身体各个部分的器官和系统带来直接的益处，并增强细胞活力;

　　11.松弛血管从而促进血流和防上高血压(***功效);

　　13.防止肾脏释放出的血管紧张素转化酶所造成的血压升高(另一个***功效);

　　14.作为保护脑细胞的一道屏障，防止淀粉样β蛋白的形成、谷氨酸盐的毒性和自由基的攻击，从而预防阿尔茨海默氏病;

　　15.通过对弹性蛋白酶和胶原蛋白酶的抑制使皮肤变得光滑而富有弹性，从内部和外部同时防止由于过度日晒所导致的皮肤损伤等等。

花青素的提取

　　提取是分离、纯化和利用花青素的主要环节。目前比较常用的方法有溶剂提取、 加压溶剂萃取、超高压辅助提取、微波辅助提取、超声波辅助提取、高压脉冲电场辅助提取等等。

　　(1) 溶剂提取( solvent extr action)

　　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酰基化的花青素降解, 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酰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, 需采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, 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采用低温(4~8e)或者常温(25e) 避光条件下1%HCl甲醇溶液浸提16~20h, 或者采用0.15% 、1% 的三氟乙酸的甲醇溶液, 4e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。另外为了避免酰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。 而国内则多采用热溶剂(50~70e) 浸提1~2h的方式, 溶剂可选择不同浓度的醇溶液或酸化的水溶液。

　　(2) 加压溶剂萃取(pressurized solvent extraction,PSE)

　　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。

　　Arapitsas等人(2008)采用此技术优化了紫甘蓝中花青素的*佳提取工艺,*佳参数为:样品215g，温度99e ，提取时间7min，溶剂为V(水) BV(乙醇) BV(甲醇)=94:5:1。

　　(3) 超高压辅助提取(extraction assisted by high hydr ostatic pressure)

　　2008年Corrales等人采用不同的提取方式对葡萄中花青素的提取效率进行了比较研究，发现相同条件下，与热(70e)提取相比，高压( 600 MPa)辅助提取花青素等多酚类的效率可以提高近50%，且其产物的抗氧化活性约为热浸提物的3倍。同时发现,采用高压辅助提取比其他方法可以获得更多的酰化的花青素。

　　(4) 微波辅助提取(microwave assisted extraction,MAE)

　　1986年Ganzleret 等人首先报道了利用微波萃取从土壤、种子、食品、饲料中分离各种类型化合物的样品制备新方法。

　　2007年, Sun等人通过响应面试验优化了微波辅助提取红树莓中花青素的*佳工艺参数:提取溶剂为浓115mol/ L的HCl和体积分数95% 的乙醇(体积比15:85),提取液料比为5mL B1g，提取时间为53min，提取温度为71e,提取次数2次, 依此工艺，红莓花青素的提取得率为36319 Lg/g鲜果。

　　(5) 超声波辅助提取( ultrasound assisted extraction, UAE)

　　超声波作为一种辅助提取手段主要集中在***成分、植物油、多酚、芳香成分、多糖以及其他功能成分的提取等研究领域。2007年Chen等人以树莓为原料, 优化了超声波辅助提取花青素的*佳工艺参数：液料比4:1(mL:g)，提取时间200s, 超声波功率400W。2008年，Corrales 等人开展了不同的提取方法对葡萄中花青素的提取率影响的对比，结果显示，相同条件下与热(70e)浸提相比，超声波辅助提取花青素等酚类 的效率可以提高50%以上。2004年顾红梅等人对紫甘薯中花青素的超声波辅助提取方法也进行了研究*佳提取条件为采用V(0.1% HCl):V( 95%乙醇)=40:60为提取剂、料液比为1:40、在60e下超声(40Hz)提取30 min，一次提取率可达到89.45 %。

　　(6) 高压脉冲电场辅助提取( extraction assisted by pulsed electric field)

　　高压脉冲电场作为一种辅助提取手段, 国内外已开展了对蛋白质、DNA、多糖、谷胱苷肽、蛋黄卵磷脂、可溶性钙、多糖和酚类物质等成分的提取研究。

　　2007年Lpez 等人在葡萄酒的发酵过程中发现，经PEF前处理的葡萄皮能够增加整个酿造过程中酒的色度,花青素含量和总酚含量均比对照组高。2008年Corrales等人在对葡萄中花青素的提取研究中发现，与热溶剂(70e)、高静压( 600MPa)浸提相比，PEF 和超声波辅助提取均具有较高的提取率,而且证明PEF 辅助提取适合提取单体葡萄糖苷形式的花青素，在进一步的抗氧化试验中发现，PEF 提取物的抗氧化活性远高 于其他提取方式。

　　张燕(2006)对PEF辅助提取树莓中的花青素做了较为系统的研究，发现PEF有效提高树莓花青素的提取率。

　　(7)亚临界水提取技术( subcritical water extraction, SWE)

　　在适度的压力下，将水加热到100e以上、临界温度374e以下的高温，水仍然保持在液体状态，它的极性会随温度变化而改变，这种水称为亚临界水。

　　King 等人进行了亚临界水(水温为110 ~160e)提取浆果(接骨木果、树莓、越橘、阿龙尼亚苦味果)果肉、果皮、果渣、茎组织中花青素的研究，与机械压榨、超临界 CO2 等提取方法相比，亚临界水提取方法更有效，且提取物的成分、营养价值、抗氧化活性均优于乙醇提取物，并且高于沸点温度的亚临界水对提取物可以起到一种辅助**作用。2005 年Ju 等人采用亚临界水和亚临界硫化水(subcritical sulfured water，SSW)对红葡萄皮中的花青素进行了提取研究，亚临界水和亚临界硫化水提取物(100~160e)具有与传统热水或60%甲醇浸提物(50℃，1h) 相当甚至更高的花青素含量和ORAC值(oxygen radical absorbance capacity) 。且亚临界硫化水提取物的花青素、总酚含量以及提取物的抗氧化指数(ORAC值)均高于亚临界水提取物，这2 种方式的*佳提取温度分别为100℃和100~110℃。同时发现虽然温度升高会使部分花青素降解，但提取物的ORAC值仍随温度的升高而增大，表明花青素的热降解产物也具有很强的抗氧化能力。2007年Luque Rodrguez 等人采用动态过热流体(乙醇水溶液)萃取技术(superheated liquid extraction) 对葡萄皮中的花青素以及其他酚类进行了提取研究，优化了*佳提取参数: 流体为体积分数01.8%的HCl乙醇水溶液(体积比 1:1)，提取温度120℃，时间30min，流速112 mL/min，压力8MPa。此法提取的花青 素、总酚和黄烷醇含量分别为传统动态固液萃取的3、7和11 倍。

　　(8)超临界流体辅助提取( super2critical fluid extraction, SCFE)

　　SCFE 是利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行提取。在超临界状态下, 将超临界流体与待分离的物质接触, 使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。

　　张树宝等人(2006) 对超临界CO2 提取大花葵中花青素的*佳工艺进行了研究, 萃 取压力为25MPa 、萃取温度为60 e 、萃取时间为45 min、物料比为1:25时萃取率*高。 但此法更适合提取天然植物中亲脂性、极性较小的色素，对亲水性、极性大、分子质量大的色素，萃取得率较低。

　　(9) 微生物发酵或酶解法

　　此法是利用微生物或酶的作用将细胞壁成分降解, 让胞内的花青素成分迅速渗透扩散出来, 以利于提取。

　　王振宇等人采用微生物和纤维素酶对大花葵中的花青素进行了提取研究。采用黑曲霉、木酶、固氮菌等组合菌对大花葵纤维素进行降解, 使植物细胞壁中纤维素解链, 花青素得到充分释放, *佳提取工艺参数为接种量015%、温度30e、初始含水量50%、pH510, 该方法的优点是花青素可以直接与微生物的代谢产物乙酸形成稳定性较强的酰化花青素。而*佳酶法提取工艺参数为温度为33e , pH 值为618, 固液比为lB4, 酶用量为810mg/g, 酶解时间为120 min。

　　(10) C2射线辐照辅助提取(extraction assisted by C2radiation)

　　Ayed 等人(2000) 报道了一种利用C2射线辐照技术对葡萄废渣中的花青素进行提取的方法。在焦亚硫酸钠存在的情况下包装后进行C 辐照, 当C辐照剂量为6kGy, 焦亚硫酸钠浓度为2000mg/kg(以SO2计)，60 e加热15min 后, 可以获得*高的提取效率。

　　(11) 联合辅助提取

　　基于许多单一提取手段的利弊不一, 许多学者尝试采用联合辅助提取的方式以提高产物的提取率。

　　2003年Cai等人进行了微波2超声波联合辅助提取草莓中花青素的研究, 微波功率: 624W, 作用时间60s, 超声波处理时间40s, 料液比1B6, 提取液pH=510为其*佳提取工艺。2005年王振宇等人以大花葵为原料, 用CO2超临界装置对植物原料进行预处理后,进行超声波辅助提取花青素,得到其*佳提取工艺参数为: 超声波频率30kHz, 提取溶剂为2%稀H2SO4 , 处理时间40min, 提取温度50 e 。

花青素的功效

　　1、预**症

　　癌症也是因自由基毁坏遗传物质 (DNA) 而导致的。借着保护遗传物质，花青素(Anthocyanosides) 将能间接的保护我们对**症。虽然是长期的，但是花青素 (Anthocyanosides)确有间接的保护作用。而花青素 (Anthocyanosides)**自由基的功效，亦可让癌细胞无法顺利扩散，借此保护更多健康的细胞免于被癌细胞侵蚀。另一方面有些癌症透过溶解组织和细胞的物质形成肿瘤，这些癌细胞产生溶解脢和蛋白脢，而花青素(Anthocyanosides)能保护蛋白质不受蛋白脢的影响。像是乳腺癌的致病机制便是如此，因此服用花青素(Anthocyanosides)对于乳腺癌的发展会有很好的抑制作用。

　　2、增进视力

　　医学临床报告显示蓝莓中的花青素可促进视网膜细胞中视紫质(Rhodopsin)的再生成，可预防重度近视及视网膜剥离，并可增进视力。

　　花色素可以提高在昏暗灯光下的视力;这对于夜间驾车者，长时间注视屏幕的人等都有帮助。花色素对眼睛有益之所以引起科学家广泛的研究，起因于在二次大战时英国**空军飞行员在进行夜间轰炸飞行任务前，会配给含有蓝莓的饮食。研究显示：蓝莓中的花青素能够加速「视紫质」再生的能力，以促进视觉敏锐度，这对于常需要目测飞行、视力要求十分严苛的飞行员来说是一大帮助。

　　花青素是强效的抗氧化剂，可维持正常的细胞连结、血管的稳定、增进微细血管循环、提高微血管和静脉的流动。在蓝莓的成熟紫黑色浆果中，有超过15种的花青素的成分，能有效抑制破坏眼部细胞的酵素，这也说明了蓝莓为什么有益于眼睛的健康。

　　3、口服的皮肤化妆品

　　花青素在欧洲，被称为“口服的皮肤化妆品”，可防止皮肤皱纹的提早生成，是目前自然界*有效的抗氧化物质。它不但能防止皮肤皱纹的提早生成，更能补充营养及消除体内有害的自由基。在纯净无污染的越橘提取物中，95% 的成份是一种名为花青素的天然物质。数十年来的研究发现，花青素对人体的健康具有诸多益处：

　　花青素 (Anthocyanosides)是天然的阳光遮盖物，能够阻止紫外线侵害皮肤。皮肤属于结缔组织，其中所含有的胶原蛋白和硬弹性蛋白对皮肤的整个结构起重要作用。芬兰的艾斯蒂博士( Dr. A H Arstilla )在实验中发现，太阳可以杀死人类 50% 的皮肤细胞。但是如果用花青素(Anthocyanosides)加以保护，则大约有 85% 的皮肤细胞可以幸免于死。

　　4、**体内有害的自由基

　　自由基是造成老化及诸多**的重要原因之一，据估计大约 80%-90% 的老化性，退化性**都与自由基有关，其中包括癌症、老年痴呆症、帕金森氏症、皮肤黑���沉积、白内障、心脏病等等。所以消除有害的自由基对于保持身体的健康和年轻至关重要。有资料证实，维生素在到达起效部位之前就被氧化而部分失去活性，花青素能保持并增强维生素在人体内的活性，是维生素的增效剂。蓝莓花青素属小分子、水溶性物质，口服剂型，易被人体快速吸收，能在口服45分钟后快速进入人体各个组织器官。花青素在人体内有较好的生物利用度，对结缔组织亲和力强，在酸性环境下稳定，半衰期长，可达27小时，功效持久。蓝莓的**性好已经国家权威部门检测并认定，根据实验显示：一个约70公斤的人即使连续半年每日服用35000mg的花青素也未发现**反应。而花色素对抗自由基的能力比维他命 E 强 50 倍，比维他命 C 强 20 倍。

　　5、改善睡眠

　　随着人们生活节奏的加快和工作压力的加大，人们正常的生物钟也会不时的发生改变，比如连续的加班加点等，使得人们的生活习惯不得不接受改变，于是往往会产生睡眠不足的问题。使人们得不到充足的休息，导致人体**调节功能下降，***功能紊乱，体内产生大量的自由基。正是人体**功能下降，使得自由基的活性增强，使其能够持续破坏包裹在神经上的髓磷脂并使之硬化，导致抗氧化物酶 -- 谷胱酞过氧化酶的活力水平降低，引起脑神经的变态反应。花青素 (Anthocyanosides)具有深入细胞保护细胞膜不被自由基氧化的作用，具有强力抗氧化和抗过敏功能，能穿越血脑屏障，可保护脑神经不被氧化，能稳定脑组织功能，保护大脑不受有害化学物质和**的伤害。这一作用就证明了为什么人们服用了花青素 (Anthocyanosides)后总说头脑大为清醒，睡眠得到彻底改善的根本原因。

　　6、加固血管，改善循环

　　花青素能够改善血液循环，恢复失去的微血管功效，加强脆弱的血管，因而是血管更具弹性。原花青素被称为“动脉粥样硬化的**药”( Atherosclerosis Antidote )。对于静脉功能不足者，原花青素能有效地减轻疼痛、浮肿、夜间痉挛等症状所以欧洲的医生通常会建议静脉曲张的病人食用富含花青素 (Anthocyanosides)的食品蓝莓。