花色苷研究

2024年1月4日發(fā)(作者：小學(xué)二年級(jí)上冊(cè)數(shù)學(xué)期末考試卷)

花色苷的研究狀況

引言

花色苷又稱花青素，屬酚類化合物中的類黃酮，是構(gòu)成花瓣、果實(shí)等顏色的主要水溶性色素，自然界中已知的花色素有22大類。食品中重要的花色素有矢車菊色素、天竺葵色素、飛燕草色素、芍藥色素、牽牛色素和錦葵色素等6類[1]?；ㄉ兆鳛橐环N天然食用色素，安全、無(wú)毒、資源豐富，而且具有一定的營(yíng)養(yǎng)和藥理作用，在食品、化妝品和醫(yī)藥領(lǐng)域有著巨大應(yīng)用潛力[2]?；ㄉ諏?duì)人體具有許多保健功能如清除體內(nèi)自由基、抗腫瘤、抗癌、抗炎、抑制脂質(zhì)過(guò)氧化和血小板凝集、預(yù)防糖尿病、減肥、保護(hù)視力等。目前花色苷作為一種天然色素，安全、無(wú)毒，且對(duì)人體具有許多保健功能，已被應(yīng)用于食品、保健品、化妝品、醫(yī)藥等行業(yè)，隨著人們崇尚自然消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變，花色苷必將得到更加廣泛的應(yīng)用。

摘要

本文對(duì)花色苷的資源分布、結(jié)構(gòu)性質(zhì)、穩(wěn)定性研究、提取、定性定量分析方法以及發(fā)展前景進(jìn)行了綜述。

1.花色苷的資源分布

花色苷廣泛存在于被子植物的花、果實(shí)、莖、葉、根器官的細(xì)胞液中，分布于27 個(gè)科，72 個(gè)屬的植物中。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、 黑(紅)米、牽?；ǖ戎参锏慕M織中。

2.花色苷的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

花色苷的結(jié)構(gòu)如右圖所示，不同的R1、R2代表不同的花色苷類型。食品中重要的6中花色苷如表1。

表1

花色苷溶于水和乙醇，不溶于乙醚、氯仿等有機(jī)溶劑，花色苷在酸性溶液中存在4種平衡轉(zhuǎn)換如圖1：

自然界中的游離態(tài)花色苷極其少見(jiàn)，通常常與 1 個(gè)或多個(gè)葡萄糖（gluco）、鼠李糖（rhamno）、半乳糖（galacto）、木糖（xylo）、

阿拉伯糖（arabino）等通過(guò)糖苷鍵連接形成花色苷，3-單糖苷、3-雙糖苷、3，5-二糖苷和3，7-二糖苷是4類最常見(jiàn)的花色素配糖形式，其中矢車菊素-3-葡萄糖苷在自然界中分布最廣[3]。

3.花色苷的穩(wěn)定性研究

影響花色苷穩(wěn)定性的因素有很多，pH值、氧氣、溫度、花色苷濃度和結(jié)構(gòu)、光、金屬離子、酶，以及其他輔助因素等均能使花色苷的顏色產(chǎn)生變化。

3.1 PH

在較低的 pH時(shí)（pH＜2），花色苷主要以紅色的花色烊陽(yáng)離子形式存在，當(dāng)pH 為3～6 時(shí)，花色苷主要以無(wú)色的甲醇假堿和查爾酮假堿的形式存在，而在中性或者微酸環(huán)境下花色苷以紫色或淺紫色中性的醌式堿的形式存在，當(dāng) pH 上升到 8～10 時(shí)，主要以藍(lán)色離子

化的醌式堿形式存在。

3.2 光、酶

光是合成花色苷的必要條件，同時(shí)也是加速花色苷降解的物質(zhì)。植物內(nèi)本身存在的酶，主要是糖苷酶和多酚氧化酶可引起花色苷的降解從而引起顏色變化。

3.3 氧和抗壞血酸

Beattie和Personnel在果汁貯存過(guò)程中觀察到氧和抗壞血酸的量同時(shí)減少[4]。這是因?yàn)榭箟难岜谎趸竽墚a(chǎn)生 H2O2，H2O2 直接親核進(jìn)攻花色苷的 C2 位，使花色苷開(kāi)環(huán)生成查爾酮引起花色苷的降解[5]。

3.4 花色苷濃度和結(jié)構(gòu)

A n等[6]發(fā)現(xiàn)，花色苷濃度從10-4mol

/L 增加到10-2mol/L，導(dǎo)致最大吸收波長(zhǎng)從507nm變?yōu)?02nm，而吸光度增加了300倍。這可能是花色苷發(fā)生了自聚作用。

花色苷糖基化可以使外部糖基和周圍水分子形成氫鍵

( hydrogen bond)而增加花色苷的水溶性[ 7,8]。甲氧基化可能增加花色苷因水化失衡而褪色的活化能, 阻止有色的花色苷水化成無(wú)色的假堿[9]。而?；ㄉ罩杏袡C(jī)酸能有效地保護(hù)花色苷母核陽(yáng)離子免受水分子的攻擊而失色, 提高了花色苷溶液色澤的穩(wěn)定性[10]。

3.5 金屬離子

付紅巖等[11]研究表明K+、Mg2+、Zn2+、Cu2+離子均有一定的護(hù)色和增色作用。金屬離子與花色苷之間的螯合，在某些天然植物中，其作用是積極的，例如鮮花的顏色比花色苷本身的顏色鮮艷得多就是因?yàn)轷r

花中一部分花色苷與金屬離子形成了配合物。而在加工過(guò)程中，這種配合作用往往是不受歡迎的，如含花色苷的紅色酸櫻桃放在素馬口鐵罐頭內(nèi)，金屬罐材浸腐蝕出來(lái)的，金屬離子與花色苷形成了花色苷-錫的配合物， 使得原來(lái)的紅色變?yōu)樽霞t色，從而影響了產(chǎn)品質(zhì)量[12]。

3.6 輔色因子

輔色因子一般是無(wú)色或者顏色較淺的物質(zhì)，存在于植物細(xì)胞中。最普遍的，與花色苷結(jié)構(gòu)不同類的物質(zhì)是類黃酮和其它多酚、生物堿、氨基酸和有機(jī)酸。研究最多的共色素是類黃酮，包括黃酮、黃酮醇、黃烷酮和黃烷醇等，酚酸作為共色素的研究也比較深入[13]。輔色素能增強(qiáng)花色苷的穩(wěn)定性。

4 提取、純化[14]

4.1溶劑提取法

花色苷通常被1個(gè)或多個(gè)極性側(cè)鏈如糖基糖苷化,因而表現(xiàn)出較強(qiáng)的極性。因此傳統(tǒng)方法中大都采用溶劑法提取。常用酸化了的乙醇溶劑作為提取劑。

4.2 酶法提取

用于花色苷提取的酶主要有纖維素酶和果膠酶 ,通過(guò)酶解使植物細(xì)胞壁軟化、膨脹及崩潰,從而促進(jìn)了花色苷的溶出。

4.3 發(fā)酵法提取

僅在紫甘薯花色苷的提取中有報(bào)道，原理是通過(guò)微生物的作用使紫甘薯中的淀粉轉(zhuǎn)化為乙醇,將乙醇分離后,可得到紫甘薯花色苷,原料的利用率大大提高。

4.4 超臨界CO2提取法

利用超臨界CO2做提取劑，從液體或固體物料中萃取、分離有效成分。

4.5輔助提取方法

4.5.1 超聲波輔助提取

超聲波的空化作用是:在超聲波聲場(chǎng)中,振動(dòng)負(fù)壓區(qū)由于周圍的液體來(lái)不及補(bǔ)充,形成無(wú)數(shù)的微小真空泡,而當(dāng)正壓來(lái)到時(shí),微小氣泡在壓力下突然閉合 ,液體間猛烈碰撞產(chǎn)生極大的沖擊波,壓力可高達(dá)3000MPa ,從而使植物細(xì)胞破裂,利于花色苷的溶出。

4.5.2 微波輔助提取

當(dāng)微波加熱時(shí),細(xì)胞內(nèi)極性物質(zhì)尤其是水分子吸收微波能,產(chǎn)生大量的熱量使細(xì)胞內(nèi)溫度迅速上升,液態(tài)水汽化產(chǎn)生的巨大壓力將細(xì)胞膜和細(xì)胞壁沖破,形成微小的孔洞,使胞外溶劑容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),溶解并釋放出胞內(nèi)物質(zhì)。

4.5.3 高壓脈沖電場(chǎng)輔助提取

高壓脈沖電場(chǎng)作用使生物細(xì)胞膜發(fā)生電穿孔或電滲透,細(xì)胞膜破裂,使生物細(xì)胞胞內(nèi)物質(zhì)向外的傳質(zhì)過(guò)程加速。

4.5.4 液態(tài)靜高壓法輔助提取

液態(tài)靜高壓是新興的食品加工技術(shù)之一,一般是指用 100MPa以上(100MPa～1000MPa)的靜水壓力在常溫下或較低溫度下對(duì)食品物料進(jìn)行處理,物料經(jīng)過(guò)高壓處理后其理化性質(zhì)發(fā)生改變,使蛋白質(zhì)、 淀粉等大分子發(fā)生變性,使果蔬細(xì)胞的結(jié)構(gòu)發(fā)生變形或破裂 ,細(xì)胞壁通

透性增加,利于胞內(nèi)物的溶出。

4.6純化

經(jīng)過(guò)提取的花色苷粗品中往往含有很多有機(jī)酸、糖等雜質(zhì),產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差、純度不高。為了提高產(chǎn)品的色價(jià)和穩(wěn)定性,需要對(duì)提取物進(jìn)一步純化。常用的方法有大孔樹脂層析、離子交換樹脂層析、硅膠層析、膜分離法、凝膠柱層析等。

5 定性、定量分析

5.1定性方法

5.1.1 紙層析(PC)

紙層析法在1940年就被廣泛使用,根據(jù)花色苷在不同溶劑中的遷移值(Rf)和顏色來(lái)判斷花色苷的類別。鑒定時(shí),即使沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)品,通過(guò)同一樣品在3～4種不同展開(kāi)劑的Rf值,對(duì)照數(shù)據(jù)庫(kù)的 Rf值,就可以粗略估計(jì)出樣品所含花色苷的種類。

5.1.2 薄層層析(TLC)

薄層層析原理與紙層析相同,也可采用與紙層析法相同的展開(kāi)劑。

5.1.3 紫外-可見(jiàn)光譜法

色素的紫外吸收光譜是色素的重要特征。吸收光譜是鑒定和測(cè)量混合物中主要色素的最簡(jiǎn)單方法。依據(jù)花色苷的不同基團(tuán)的在不同的波長(zhǎng)下有不同的吸收峰,進(jìn)而推斷出其結(jié)構(gòu)。

5.1.4 HPLC、MS、HPLC-MS

高效液相色譜法( HPLC)以經(jīng)典的色譜法為基礎(chǔ),引入了氣相色譜法的理論和實(shí)驗(yàn)方法,流動(dòng)相改為高壓輸送,采用高效固定相及在線檢

測(cè)手段發(fā)展而成的一種高效快速分離分析技術(shù)。HPLC可以在30min一個(gè)流程內(nèi)分離15種不同的花色苷,其分辨能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)紙層析和薄層層析。但是,由于缺乏花色苷的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品,使得僅靠 HPLC方法對(duì)花色苷進(jìn)行定性和定量分析還不夠充分。

質(zhì)譜分析法(MS)是通過(guò)對(duì)被測(cè)樣品離子的質(zhì)荷比的測(cè)定來(lái)進(jìn)行分析的1種方法。被分析的樣品首先要離子化,然后利用不同離子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)行為的不同,把離子按質(zhì)荷比(m/z)分開(kāi)而得到質(zhì)譜,通過(guò)樣品的質(zhì)譜和相關(guān)信息,可以得到樣品的定性定量結(jié)果。

5.1.5 核磁共振法(NMR)

可以獲得很多色素的結(jié)構(gòu)信息，但是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)品的純度具有很高的要求。

5.1.6 毛細(xì)管區(qū)帶電泳法(CZE)

毛細(xì)管區(qū)帶電泳法是采用熔合二氧化硅毛細(xì)管,將分離溶劑調(diào)到一定pH值(酸化或堿化),花色苷在CZE中的遷移時(shí)間順序取決于分子電荷和分子大小的比率,以及緩沖液復(fù)雜化合物的形式。因此,不同的花色苷就在覆蓋有線性聚丙烯酰胺的毛細(xì)管壁上分離。

5.2定量分析

5.2.1 單一PH值法[15]

花色苷的最大吸收波長(zhǎng)在500-540nm范圍內(nèi)，在這一范圍內(nèi)很少有干擾物質(zhì)，利用這一特征，在恒定PH下測(cè)定它的吸光度。同時(shí)還需測(cè)定單個(gè)花色苷的摩爾消光系數(shù)ε或者比消光度E。

A?M?DF 花色苷含量(mg/ml)=

?

A 為吸光度；M為單個(gè)花苷分子量；DF為稀釋倍數(shù)ε為

摩爾消光系數(shù)。

5.2.2 PH示差法

Osawa等[16]選擇1和4.5兩個(gè)pH值對(duì)花色苷進(jìn)行了定量分析。其原理為當(dāng)溶液為pH1.0時(shí)，花色苷在510nm處有最大光吸收，而當(dāng)溶液pH 值為4.5時(shí)，花色苷轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)色查爾酮形式，在510nm處無(wú)吸收，因而可以用示差法計(jì)算溶液中總花色苷含量，計(jì)算公式如下：

C?A1?A4.5??M?100

C為花色苷的濃度(mg/100ml)；A1A4.5分別為溶液在pH1和4.5

時(shí)的最大吸光度；M為單個(gè)花色苷的分子量，ε為單個(gè)花色苷的消光系數(shù)。

6 前景展望

花色苷具有很好的生理活性功能，又是天然著色劑，花色苷在食品、藥品、化妝品行業(yè)都有巨大的潛力。國(guó)內(nèi)商品化的花色苷標(biāo)準(zhǔn)品還未問(wèn)世，全依賴進(jìn)口?；ㄉ盏姆€(wěn)定性研究及其藥理研究具有深遠(yuǎn)意義。

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