【文章內(nèi)容簡介】 色苷（anthocyanins）是自然界中一類廣泛存在于植物中的水溶性天然色素[1]，是花青素嚴(yán)格一點(diǎn)的話，應(yīng)該是花色素，花青素多數(shù)情況下是矢車菊素的別名。后同（anthocyanidin）（一類羥基和甲基化的2苯基苯并吡喃陽離子）與一個(gè)或多個(gè)糖分子通過糖苷鍵結(jié)合而成的化合物[2]?；ㄉ丈系奶欠肿由系牧u基與一個(gè)或幾個(gè)有機(jī)酸分子通過酯鍵可形成酰基化的花色苷。花色苷作為一種天然食用色素，相對(duì)于目前食品工業(yè)上所用的合成色素，安全、無毒、資源豐富，而且具有一定營養(yǎng)和藥理作用，在食品、化妝、醫(yī)藥等方面有著巨大的應(yīng)用潛力。對(duì)花色苷的研究己有近40年的歷史，特別是從20世紀(jì)80年代以來，國外對(duì)多種植物的各種花色苷進(jìn)行了深入的研究。在20世紀(jì)末，國際糧農(nóng)組織和國際衛(wèi)生組織聯(lián)合禁止合成染料作食用色素后，花色苷的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，成為國內(nèi)外公認(rèn)的替代人工合成食用色素的理想資源。目前，天然花色苷主要是從葡萄皮、藍(lán)莓、越橘和紫蘇中提取分離[36]，但由于上述材料來源有限，且花色苷含量低，使得我國天然花色苷的產(chǎn)能嚴(yán)重不足。此段不要放在此處，可以放在“研究目的及意義”中。 花色苷的一般結(jié)構(gòu)圖 11 花青素的結(jié)構(gòu) The structure of anthocyanidin花色苷是以黃酮核為基礎(chǔ)的一類糖苷，是花青素(配體)與糖相結(jié)合形成的配糖體?；ㄇ嗨氐慕Y(jié)構(gòu)母核為2苯基苯并吡喃陽離子，基本碳骨架為C6C3C6(如圖11) [1]。此部分放到圖前面?；ㄇ嗨刂g的差異在于母核上的羥基和甲氧基的數(shù)量和位置不同，自然界已知的花青素有20多種，主要存在植物中的有6類，即矢車菊素(cyanindin, Cy) 、天竺葵色素(pelargonidin, Pg) 、飛燕草色素(delphinidin, Dp) 、芍藥色素(peonidin, Pn) 、牽牛色素(petunidin, Pt) 和錦葵色素(malvidin, Mv) [7]，它們有點(diǎn)口語化了。在植物可食部分的分布比例分別為50%、12%、12%、12%、7%和7%。它們的結(jié)構(gòu)中3，5，7碳位上有OH，區(qū)別在于B環(huán)各碳位上的OH或OCH3的數(shù)量的不同。如表11所示。表11食品中常見的花青素的結(jié)構(gòu)Table11 the structure of anthocyanidin mon in food名稱英文名R1R2矢車菊素cyanindin, CyOHH天竺葵色素pelargonidin, PgHH飛燕草色素delphinidin, DpOHOH芍藥色素peonidin, PnOCH3H牽牛色素petunidin, PtOCH3OH錦葵色素malvidin, MvOCH3OCH3花青素極不穩(wěn)定，自然狀態(tài)下游離的花色素極少見，常與一個(gè)或多個(gè)糖分子通過糖苷鍵結(jié)合而成花色苷。與花青素以糖苷鍵結(jié)合的主要糖類有，αD葡萄糖，βD葡萄糖，αD半乳糖，αD甘露糖，βD木糖，βL阿拉伯糖，αD鼠李糖以及由這些單糖構(gòu)成的二糖和三糖等[8]，其中，3單糖苷、5雙糖苷、3，5二糖苷和3，7二糖苷是最常見的糖苷。糖基上的羥基可與一個(gè)或幾個(gè)分子的羥基肉桂酸衍生物，如：對(duì)香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、芥子酸、五倍子酸或?qū)αu基苯甲酸等芳香酸和丙二酸、香草酸、蘋果酸、琥珀酸、醡漿草酸？或醋酸等脂肪酸通過酯鍵形成?；幕ㄉ?，被稱為?；ㄉ?。這些?；娜〈ǔＥc3位的糖基上的6OH發(fā)生酯化，但也有在單糖的2OH、3OH和4OH發(fā)生酯化的花色苷存在[9]。常見的花色苷?；鶈挝蝗鐖D12所示。圖 12 常見的花色苷的?；鶈挝?The mon acyl units of anthocyanins 紫甘薯中花色苷的一般結(jié)構(gòu)紫甘薯（purple sweet potato, Ipomoes batatas L.）屬旋花科一年生或多年生草本植物。紫甘薯是甘薯的特殊品種，其肉質(zhì)紫紅，外觀誘人，它的莖葉和塊根中除含有各種營養(yǎng)成份外，還含有胡蘿卜素和花青素兩大類色素，具有著色和保健多重作用。研究表明，紫甘薯塊根中主要的花色苷為芳香族有機(jī)酸?；幕ㄉ眨▓D13）[1012]，與其它來源花色苷相比穩(wěn)定性較強(qiáng)，引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。此圖不嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)橛械淖细适砘ㄉ战M分是沒有5位的糖苷鍵的，以游離羥基形式存在，這種表示方法會(huì)讓人以為所有的紫甘薯花色苷均有5位糖苷鍵。圖 13 紫甘薯花色苷的結(jié)構(gòu) The structure of anthocyanin in purple sweet potatoHaborne(1955)[13]曾鑒定紫甘薯塊根部分花色苷為帶咖啡酸的矢車菊素3槐糖苷5葡糖苷；Shi等(1966)[14]鑒定出紫甘薯中兩種主要的花色苷為帶三個(gè)分子阿魏酸和一分子咖啡酸的芍藥素3二槐糖苷5葡糖苷和含二分子阿魏酸及一分子咖啡酸的芍藥素3槐糖苷5葡糖苷。Odake等(1992)[10]采用HPLC技術(shù)分離并鑒定了此類紫甘薯色素中2種主要花色苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)，分別為：3O{6O(E)咖啡酰2O[6O(E)阿魏酰βD吡喃葡糖基]βD吡喃葡糖苷}[5O(βD吡喃葡糖苷)]矢車菊素和芍藥素（圖13，結(jié)構(gòu)1和2）。Goda等(1997)[11]鑒定了此類紫甘薯色素中另兩種花色苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)，分別為：3O(6O反式咖啡酰2OβD吡喃葡糖基β吡喃葡糖苷)5Oβ葡糖苷矢車菊素和芍藥素（圖13，結(jié)構(gòu)3和4）。Terahara等(1997)[12]進(jìn)一步證實(shí)了該品種中共含有8種?；幕ㄉ眨渲械?種為雙?；Y(jié)構(gòu)，有4種為新發(fā)現(xiàn)的即：3O{6O(E)咖啡酰2O[6O(E)咖啡酰βD吡喃葡糖基]βD吡喃葡糖苷}[5O(βD吡喃葡糖苷)]矢車菊素和芍藥素以及3O{6O(E)咖啡酰2O[6O(E)對(duì)羥基苯甲酰βD吡喃葡糖基]βD吡喃葡糖苷}[5O(βD吡喃葡糖苷)]矢車菊素和芍藥素（圖13，結(jié)構(gòu)5，6，7及8）。近年來，日本又選育出花色苷含量較高的紫甘薯新品種“Ayamurasaki”的花色苷含量為“Yamagawamurasaki”的4倍，但主要組分類似，都是由芳香酸酰化的花色苷。刪Terallara等(2000)[15]成功地從“Ayamurasaki”塊根中培育出花色苷含量較高的植物組織，并鑒定出其中2種花色苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)，分別為：3O槐糖苷5O葡糖苷矢車菊素和3O{2O[6O(E)p香豆酰βD吡喃葡糖基]βD吡喃葡糖苷}5OβD吡喃葡糖苷矢車菊素（圖13，結(jié)構(gòu)9和10）。從而構(gòu)成了日本紫甘薯花色苷色素的主要化學(xué)組分為帶有?；氖杠嚲哲蘸蜕炙庈諆煞N。刪 花色苷的性質(zhì)(1) 花色苷的溶解性花色苷類色素易溶解于水、甲醇、乙醇等強(qiáng)極性溶劑，難溶于乙醚、丙酮、石油醚、乙酸乙酯等非極性溶劑，屬于非脂溶性色素[16]。(2) 花色苷的光譜特性在酸性溶液中，花色苷及其糖苷配基顯示出兩個(gè)最大的特征吸收：一個(gè)位于可見光區(qū)的465～550 nm之間，另一個(gè)較小的位于紫外275 nm[13,17]；%鹽酸的甲醇中，在可見光區(qū)520～560 nm處存在特征吸收峰；在紫外區(qū)270～280 nm處有特征吸收峰，如果花色苷存在?；?？注意語句，其在310～320 nm處存在特征吸收峰[18]。(3) 花色苷的穩(wěn)定性花青素很不穩(wěn)定，自然條件下游離的花青素極少見，在水中的溶解度低，易被堿金屬破壞，光穩(wěn)定性差，花青素糖苷化后，穩(wěn)定性和溶解性增加，酰化花色苷比未酰化的花色苷穩(wěn)定。前面已涉及花色素少見，此處只要提花色苷的不穩(wěn)定性及其影響因素即可。花色苷的穩(wěn)定性受多種因素的影響：①pH值與花色苷的穩(wěn)定性[19]花色苷一般在酸性介質(zhì)中比堿性介質(zhì)中穩(wěn)定?；ㄉ赵谒芤褐幸远交讲⑦拎栯x子、醌型堿、假堿、查耳酮形式存在，這四種形式隨水溶液的pH變化而發(fā)生可逆改變，同時(shí)溶液的顏色也隨結(jié)構(gòu)改變而改變(圖14)。圖 14 花色苷在不同pH值范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)和顏色的變化 structures and color of anthocyanin in different pH value當(dāng)溶液的pH3時(shí)，花色苷主要以烊鹽形式存在，當(dāng)pH值提高，花色苷烊鹽受到水分子的親核攻擊，在2位水合化和花色苷上的酸性O(shè)H的質(zhì)子轉(zhuǎn)移發(fā)生，這兩種反應(yīng)之間存在著動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)競爭。首先，產(chǎn)生無色的甲醇假堿，這一物質(zhì)會(huì)發(fā)生開環(huán)生成無色查兒酮假堿；后者反應(yīng)產(chǎn)生一種或幾種淡紫色的醌型。在pH值67，醌堿會(huì)脫去質(zhì)子形成共振穩(wěn)定的醌型陰離子。每一種平衡形式的花色苷含量取決于溶液的pH值和花色苷的結(jié)構(gòu)。在新鮮和加工的蔬菜、水果的自然pH下，各種花色苷形式將以平衡混合物的形式存。②溫度與花色苷的穩(wěn)定性當(dāng)花色苷溶液加熱時(shí)，花色苷的結(jié)構(gòu)由黃烊鹽陽離子向查爾酮式轉(zhuǎn)變；當(dāng)冷卻或酸化時(shí)，醌型堿和假堿結(jié)構(gòu)迅速變成黃烊鹽陽離子形式，而查爾酮式結(jié)構(gòu)變化相當(dāng)慢[20]。因此，為了保持花色苷的黃烊鹽陽離子結(jié)構(gòu)，使其色調(diào)不發(fā)生變化，在生產(chǎn)和應(yīng)用過程中應(yīng)保持低溫。③金屬離子與花色苷的穩(wěn)定性科研工作者研究了Fe3+、Fe2+、Cu2+、A13+、Mg2+、Zn2+等金屬離子對(duì)不同花色苷色素穩(wěn)定性的影響。其中，F(xiàn)e3+對(duì)色素有不良的影響，色素溶液會(huì)變黃或變?yōu)楹稚玔21]，Zn2+和A13+有明顯的增色作用[22]，其他離子對(duì)花色苷色素基本無影響。而花色苷遇到醋酸鉛會(huì)發(fā)生沉淀[16]。 花色苷的提取、純化和分析方法 花色苷的提取方法日本較早開始甘薯花色苷的提取，國內(nèi)從90年代中期，浙江大學(xué)等單位已經(jīng)開始研究?；ㄉ丈卮嬖谟谥参锛?xì)胞的液泡中[23]，被細(xì)胞壁、細(xì)胞膜包裹，常規(guī)的提取方法為溶劑提取，為提高色素得率，常采用機(jī)械破碎、加熱、冷凍、酶制劑(如果膠酶、纖維素酶和蛋白酶等)、超聲波、微波和脈沖電場等技術(shù)破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，提高組織細(xì)胞的滲透性，縮短提取時(shí)間，提高色素得率，改善產(chǎn)品的質(zhì)量。在實(shí)踐研究和應(yīng)用過程中常將這些輔助方法組合使用，獲得更加好的效果。(1) 溶劑萃取法花色苷易溶于極性溶劑之中，目前報(bào)道的主要溶劑有水、甲醇、乙醇和丙酮等[2728]。為防止非?；幕ㄉ战到猓岣呋ㄉ丈氐娜艹雎?，常在溶劑中加入少量的無機(jī)酸或有機(jī)酸降低提取液的pH值。常用的酸有鹽酸、硫酸、亞硫酸、碳酸等無機(jī)酸和甲酸、醋酸、檸檬酸和酒石酸[2628]。Revilla等(1998)[26]比較研究了不同酸醇組合對(duì)紅葡萄花色苷色素提取，結(jié)果表明：1%的鹽酸甲醇溶液提取率最高，并發(fā)現(xiàn)，用甲酸或鹽酸甲醇提取的花色苷色素溶液在40℃下真空濃縮時(shí)，花青素葡萄糖苷會(huì)降解， mol/L時(shí)會(huì)引起葡萄酰化色素的部分水解。丙酮已用于幾種植物花色素的提取[24,27]，與酸化甲醇相比，丙酮提取避免了果膠干擾，可以在比較低的溫度下濃縮。但適宜的花色苷提取方法取決于提取的目的和花色苷的特性。酸化甲醇不適宜工業(yè)化生產(chǎn)花色苷色素，主要用于花色苷的組成分析和結(jié)構(gòu)鑒定。食用花色苷提取則必須使用安全、無毒的提取溶劑，可以刪我國常采用鹽酸、檸檬酸乙醇組合，雖然沒有鹽酸甲醇提取得率高，但安全性好[28]。(2) 加壓溶劑萃取( pressurized solvent extraction, PSE)加壓溶劑萃取，又稱加壓液體萃取(pressurized liquid extraction, PLE)、快速溶劑萃取(accelerated solvent extraction, ASE)，它是通過外來壓力提高溶劑的沸點(diǎn)，進(jìn)而增加物質(zhì)在溶劑中的溶解度以及萃取效率的。目前PSE技術(shù)對(duì)于食品中功能成分的提取主要集中在類黃酮、酚類物質(zhì)以及其他抗氧化活性成分的研究上。該技術(shù)在花青素的提取方面也有報(bào)道。Arapitsas等人(2008)[29]采用此技術(shù)優(yōu)化了紫甘藍(lán)中花青素的最佳提取工藝，最佳參數(shù)為： g用固液比代替具體樣品量更合適。，溫度99℃，提取時(shí)間7 min，溶劑為V(水)∶V(乙醇)∶V(甲醇)=94:5:1 提取效果？。(3) 超高壓輔助提取( extraction assisted by high hydrostatic pressure)同為壓力萃取，與加壓溶劑萃取的區(qū)別？沒體現(xiàn)出來。Corrales等人(2008)[30]采用不同的提取方式對(duì)葡萄中花青素的提取效率進(jìn)行了比較研究，發(fā)現(xiàn)相同條件下，與熱(70℃)提取相比，高壓(600MPa)輔助提取花青素等多酚類的效率可以提高近50%，且其產(chǎn)物的抗氧化活性約為熱浸提物3倍。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用高壓輔助提取比其他方法可以獲得更多的?；幕ㄇ嗨?。(4) 超聲波輔助提取(ultrasound assisted extraction, UAE)超聲波是指振動(dòng)頻率較高的物體在介質(zhì)中產(chǎn)生的頻率高于2104Hz的彈性機(jī)械波。它能產(chǎn)生并傳遞強(qiáng)大的能量，大能量的超聲波作用在液體里，在振動(dòng)處于稀疏狀態(tài)時(shí)，聲波在植物組織細(xì)胞里比電磁波穿透更深，停留時(shí)間也更長，使液體被擊成很多的小空穴。這些小空穴一瞬間就閉合，閉合時(shí)產(chǎn)生高達(dá) 3000MPa的瞬間壓力，即產(chǎn)生空化作用，使植物細(xì)胞破裂。同時(shí)超聲具有熱效應(yīng)和機(jī)械作用，高強(qiáng)度超聲波技術(shù)(101000 wcm2)在破解細(xì)胞壁、殺菌、助濾、加速擴(kuò)散、超聲嫩化、改善起晶和超聲提取等方面已得到成功應(yīng)用[31] 。顧紅梅等人(2004)[32]對(duì)紫甘薯中花青素的超聲波輔助提取方法也進(jìn)行了研究，最佳提取條件為采用V(%HCl):V(95%乙醇)=40:60為提取劑、料液比為1:在60℃下超聲(40 Hz)提取30 min，%；chen等人(2008)[33]對(duì)利用超聲波提取紅樹莓中花色苷色素的工藝進(jìn)行了研究，得出最佳提取工藝參數(shù)為：在超聲波功能為400 W條件下， M HCl，95%的乙醇(15:85)提取劑，固液比為1:4 (g:ml)，處理2