劉建國，司旭，田金龍，薛博，張野，崔慧軍，謝旭，李斌

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，國家漿果加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心，遼寧省健康食品營養(yǎng)與創(chuàng)制重點實驗室，遼寧沈陽 110161）

花色苷是一種重要的天然水溶性色素，廣泛存在于果蔬及花卉中，賦予植物艷麗的顏色，如紅色、紫色、黃色和橙色[1]。花色苷也是藍莓等漿果中主要的功效成分[2-3]。研究表明，花色苷具有多種生物活性和保健功效，如抗氧化、抗菌、抗炎、抗癌、保護視力、改善心血管健康、減肥、降壓、降血糖等[4-8]，可替代人工合成色素應(yīng)用于功能性食品研發(fā)。但花色苷對環(huán)境刺激較敏感，化學(xué)穩(wěn)定性較差，人體生物利用度較低，限制了其在食品加工中的應(yīng)用。近年來，國內(nèi)外對花色苷的穩(wěn)定性、生物活性及體內(nèi)生物利用度進行了廣泛研究。本文對花色苷的營養(yǎng)吸收及穩(wěn)定性研究進展進行了綜述，旨在為漿果的深加工及利用提供理論依據(jù)。

1 花色苷的結(jié)構(gòu)及特性

花色苷是由花青素母體與一個或多個糖基以糖苷鍵結(jié)合而成的一種生物活性物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為黃嘌呤陽離子（2-苯基苯并吡喃陽離子）母核。由兩個芳香環(huán)（A、B 環(huán)）與一個含氧雜環(huán)（C 環(huán)）相連而形成C6-C3-C6 結(jié)構(gòu)（表1），屬于黃酮類化合物[9]。根據(jù)芳香環(huán)（尤其是B 環(huán)）上連接的糖和其他?；鶊F的類型、數(shù)量和位置不同，可分為不同類型的花色苷[10]。自然界中已鑒定出來的花色苷有600 多種[11]，常見的有6 種花色苷分別為天竺葵色素（Pelargonidin）、矢車菊色素（Cyaniain）、飛燕草色素（Delphinidin）、芍藥色素（Peonidin）、矮牽牛花色素（Pentunidin）、錦葵色素（Malvidin）（見表1），它們的顏色隨B 環(huán)3、5、7 碳位上的取代基不同而變化[12]。

花色苷具有多種生物學(xué)活性，但由于受加工、貯藏、消化環(huán)境等因素的影響，花色苷很難完整、大量地進入腸道并發(fā)揮其功效。花色苷生物利用度很低，機體攝入花色苷后吸收入血的含量僅占攝入總量的1%[13]?；ㄉ盏牡臀章?、低生物利用度與其穩(wěn)定性和體內(nèi)營養(yǎng)吸收特性密切相關(guān)。

2 花色苷的營養(yǎng)吸收

花色苷極性強，很難被人體細胞直接吸收；且花色苷脂溶性較低，不易透過磷脂雙分子層而進入細胞內(nèi)[14]。但已有動物體內(nèi)試驗證據(jù)表明，口服攝入的花色苷會以完整的糖苷形式被生物體吸收，并在口服2 h內(nèi)迅速被人體內(nèi)的各個組織和器官吸收和代謝[15-16]。

2.1 口腔初步消化

花色苷首先在口腔中被初步消化。人類口腔表面上皮細胞和唾液腺末端導(dǎo)管中會分泌與小腸中相似的水解酶、第二階段酶（如尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶）以及局部腸循環(huán)所需的外排運輸酶，會使部分花色苷降解成花色苷元及其他花色苷降解產(chǎn)物[17]。Walle 等[18]研究表明，口腔上皮細胞分離出的胞漿及口腔內(nèi)微生物可使完整的黃酮苷（如染料木黃酮）降解為苷元，其中β-葡萄糖苷酶是降解的關(guān)鍵酶。由于花色苷在口腔內(nèi)停留的時間較短，口腔對花色苷的消化有限。但口腔內(nèi)分泌的相關(guān)酶會隨花色苷進入消化道，使花色苷進一步被消化吸收。

表1 6 種常見花色苷的結(jié)構(gòu)及顏色Table 1 The structure and color of six common anthocyanins

2.2 胃部吸收

未被口腔消化的花色苷經(jīng)上消化道進入胃部。胃部環(huán)境存在大量胃酸，pH 值一般為0.9～1.5?；ㄉ赵趐H≤2 條件下主要以黃烊鹽離子（flavylium）AH+形式穩(wěn)定存在，所以花色苷在胃中能夠保持原有結(jié)構(gòu)[19]。有研究表明，胃是吸收花色苷的重要部位[20]，其對花色苷的吸收率可以達到20%[21]。Mcghie 等[22]報道稱大鼠經(jīng)胃插管攝入花色苷后15～30 min 內(nèi)血漿花色苷濃度達到最高值，推測胃對花色苷的吸收有重要作用。Fernandes 等[23]研究表明，胃對花色苷的吸收有一定限制，高濃度的花色苷會導(dǎo)致胃部吸收達到飽和。這證明花色苷的吸收是主動吸收，有載體參與。但胃對花色苷的吸收機理尚不明確，有報道稱這種吸收可能依賴于胃組織中的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（UGT）和氨基磺酸轉(zhuǎn)移酶（SULT）[24]。另有研究報道，花色苷在胃中的吸收和轉(zhuǎn)化依賴于膽紅素易位酶，以其有機陰離子為載體，經(jīng)肝臟進入循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)過代謝后隨著膽汁轉(zhuǎn)移到腸道[25]。Passamonti 等[26]推測膽紅素易位酶有促進胃吸收花色苷的可能。但花色苷在胃部停留的時間較短，因此花色苷的胃部吸收有限。

2.3 小腸吸收

胃組織未吸收的花色苷沿著下消化道進入小腸。小腸中的環(huán)境偏中性，而花色苷在中性及微酸性條件下易形成醌型堿、假堿（B）和查爾酮（C）類化合物，易受水的親核攻擊而不穩(wěn)定[27]。所以進入小腸的花色苷多以降解產(chǎn)物的形式進入人體血液循環(huán)和其他組織器官，并代謝進入膽汁和尿液[28]。小腸對花色苷的降解具有選擇性[29-31]，小腸絨毛邊緣乳糖酶（LPH）和小腸微生物中的β-葡萄糖苷酶（β-G）的活性可能是降解的基礎(chǔ)[32-33]，它們能夠?qū)⒒ㄉ账鉃橛坞x的花色苷元。糖苷鍵的水解是花色苷消化的關(guān)鍵，因為它們的苷元比攝入的糖苷更容易被吸收。鄒堂斌等[34]通過Caco-2細胞模型研究矢車菊素-3-葡萄糖苷在腸道的吸收特點推測小腸對花色苷的吸收機理可能與P-糖蛋白（P-gp）、多藥耐藥相關(guān)蛋白（MRPs）、鈉依賴性葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1（SGLT1）和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白2（GLUT2）等轉(zhuǎn)運蛋白有關(guān)。

2.4 結(jié)腸吸收

小腸未消化吸收的花色苷進入結(jié)腸，結(jié)腸中pH值與小腸相近，花色苷以多種結(jié)構(gòu)和衍生物形式存在。結(jié)腸中復(fù)雜的生理條件和微生物菌群會破壞花色苷的環(huán)結(jié)構(gòu)，降解代謝成簡單的酚酸，如香草酸、馬尿酸等[35]。Keppler 等[15]以豬盲腸建立的體外模型顯示腸道菌群可修飾花色苷結(jié)構(gòu)，使花色苷迅速去糖基化和脫甲基化。由此可以看出，腸道菌群除了可降解花色苷環(huán)系統(tǒng)外，還會產(chǎn)生能去除花色苷糖基復(fù)合物（通過降解O-糖苷和C-糖苷）的糖苷酶、葡萄糖醛酸酶等[36]?；ㄉ毡荒c道菌群代謝后的產(chǎn)物可被上皮細胞吸收進入血液循環(huán)發(fā)揮其功效，所以腸道菌群在花色苷的生物轉(zhuǎn)化中起著重要的作用[13]。

可見花色苷進入人體發(fā)揮生物活性的途徑主要是通過胃和小腸的消化吸收，以及腸道菌群與花色苷相互作用對其修飾或降解后的再吸收?；ㄉ盏纳锘钚约案鞣N保健功效是由花色苷母體及其腸道代謝產(chǎn)物共同發(fā)揮的[37]。因此，增強花色苷穩(wěn)定性和促進花色苷在胃腸道內(nèi)的吸收對提高其生物利用度有重要的意義。

3 影響花色苷穩(wěn)定性的因素

花色苷穩(wěn)定性與其自身結(jié)構(gòu)特征、加工和消化環(huán)境兩方面因素有關(guān)[38]。2-苯基苯并吡喃陽離子母核上結(jié)合羥基、甲氧基、糖基、酰基的位置、數(shù)目及類型不同可影響花色苷的穩(wěn)定性。甲氧基化、糖基化、?；潭忍岣?，都有助于增強花色苷的穩(wěn)定性。羥基化在一定程度上會導(dǎo)致花色苷不穩(wěn)定，但C3 或C5 位置羥基化可增強花色苷的穩(wěn)定性[39]。影響花色苷穩(wěn)定性的加工及消化過程中理化因素主要包括pH 值、溫度、光照、抗壞血酸、金屬離子、酶等，其中pH 值、溫度、光照影響較大[40]。

3.1 pH 值

花色苷在不同pH 值的溶液中呈現(xiàn)不同的顏色[41]。隨著溶液pH 值的升高，花色苷由紅色逐漸變成藍色。這是由于當(dāng)pH＜2 時，花色苷主要以紅色的黃烊鹽離子（flavylium）AH+形式穩(wěn)定存在；當(dāng)pH 為3～6時，主要以無色的假堿（B）和查爾酮（C）類化合物形式存在；在中性或弱酸性條件下，主要以紫色的中性醌型堿形式存在；而在微堿性溶液中，則以藍色的離子化醌型堿形式存在[42]。

3.2 光照

光照會降低花色苷的穩(wěn)定性。在光照條件下，花色苷的?；酌撀洌瑢?dǎo)致花色苷穩(wěn)定性降低[42]。張珍珍等[43]研究表明，在恰當(dāng)?shù)纳L時期選取合適的遮光方式，可使葡萄果皮積累更多的花色苷。這主要是由于成熟期遮光可促進果皮中花色苷的甲基化和?；揎椀睦鄯e。李恩惠等[44]發(fā)現(xiàn)，將藍莓花色苷經(jīng)過7 000 lx 光照處理16 d 后，花色苷損失了21.25%，而避光條件下貯藏16 d，花色苷損失了15.85%。因為強光使藍莓花色苷2、4 位碳原子活性增強，易受到親水攻擊發(fā)生降解。

3.3 溫度

溫度顯著影響花色苷的穩(wěn)定性。研究證實花色苷降解時焓變（ΔH）為正值，說明花色苷的降解過程為吸熱反應(yīng)。而高溫可以為花色苷降解提供更多能量，從而加速了活化絡(luò)合物的形成進程，縮短了達到能量屏障所需的時間[45]?；ㄉ赵跍囟冗^高時，會發(fā)生水解或去糖基開環(huán)反應(yīng)，從而形成無色查耳酮或其同分異構(gòu)體α-二酮，然后繼續(xù)降解為酚酸和醛類物質(zhì)[46]。何偉[47]推測紫薯花色苷的熱降解路徑可能為花色苷的3-和5-的糖苷鍵先斷裂，生成花青素、?；碧呛推咸烟?；接著花青素的C 環(huán)打開得到兩個降解產(chǎn)物，一個是間苯三酚醛，另一個產(chǎn)物因R1 和R2 位置上基團的不同而不同，可能是香草酸、原兒茶酸或p-羥基苯甲酸等；而?；碧巧系孽；鶖嗔?，得到酚酸和槐糖。

3.4 其他影響因素

此外，其他因素也容易引起花色苷穩(wěn)定性降低。如飲料中加入抗壞血酸，抗壞血酸會被氧化成過氧化氫，而過氧化氫為強氧化劑，可親核攻擊花色苷使其開環(huán)，引起花色苷的降解[37]；鐵、鉛等金屬離子的加入，可能會和花色苷絡(luò)合生成沉淀，使穩(wěn)定性下降[48]；而一些酶類如花色苷酶、多酚氧化酶、過氧化物酶和果膠酶，也會降解花色苷，影響其穩(wěn)定性[49]。

4 提高花色苷穩(wěn)定性的方法

為了提高花色苷的穩(wěn)定性，保持果蔬產(chǎn)品的質(zhì)量和營養(yǎng)價值，使花色苷得到更廣泛的應(yīng)用，學(xué)者們進行了大量研究，通過總結(jié)得出，現(xiàn)有的技術(shù)包括修飾改性、輔色作用、微膠囊化及納米復(fù)合物遞送等均能提高花色苷的穩(wěn)定性。

4.1 修飾改性

花色苷的修飾改性包括?；揎?、酯基化修飾及吡喃化修飾[40]。謝鳳英等[50]利用有機酸提供?；鶎诿谆ㄉ者M行修飾，發(fā)現(xiàn)?；揎椄男钥蓛?yōu)化黑米花色苷的結(jié)構(gòu)，在分子間的重新締合時引入新的?；鶊F，使花色苷呈現(xiàn)出一種雙?；钠叫卸逊e的空間結(jié)構(gòu)。這種堆積作用可以保護發(fā)色團免受水的親核攻擊和其他降解反應(yīng)，提高黑米花色苷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。?；揎椏商岣呋ㄉ辗€(wěn)定性和抗氧化性，能較好保持花色苷本身的顏色。但轉(zhuǎn)化率較低，而且?；蠡ㄉ盏慕Y(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)有待研究。張媛媛等[51]通過對蘿卜紅色素進行乙酰水楊酸酯化修飾，得到的色素對pH、溫度和光的穩(wěn)定性明顯提高。這與蔣新龍等[52]的研究結(jié)果相似，用丁二酸酐酯化修飾能提高黑豆皮花色苷的穩(wěn)定性，表現(xiàn)為降解速率小、半衰期長，有利于色素的應(yīng)用及保存。酯化修飾也有一定局限性，孫華鈴[53]研究發(fā)現(xiàn)黑米色素酯基化修飾后雖然穩(wěn)定性提高，但水溶解性相比于原色素較差?；ㄉ盏倪拎揎検侵笇⑵胀ɑㄉ张c不飽和小分子物質(zhì)發(fā)生加成或聚合反應(yīng)，生成相應(yīng)的吡喃花色苷，如甲基吡喃花色苷、酚基吡喃花色苷、黃烷醇-吡喃花色苷等[40]。吡喃型花色苷在其C4 位與C5 位之間可形成吡喃環(huán)，能直接保護花色苷抵御水的親核攻擊，所以在酸性及中性pH 范圍內(nèi)具有良好的穩(wěn)定性[54]。但天然植物中以及果酒發(fā)酵自然形成的吡喃型花色苷極少，而人工合成所需時間較長，所以對于吡喃型花色苷的研究還有待進一步研究。

4.2 輔色作用

分子輔色可通過分子間或分子內(nèi)部的氫鍵、絡(luò)合、共價結(jié)合等作用穩(wěn)定花色苷呈色?；ㄉ辗肿拥妮o色作用包括4 種類型：分子內(nèi)輔色、分子間輔色、金屬離子絡(luò)合及自締合作用[55]。分子內(nèi)輔色是花色苷分子內(nèi)基團相互作用而引發(fā)的顏色變化，主要通過分子內(nèi)部不同基團的旋轉(zhuǎn)、折疊和堆積等空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，使花色苷結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；分子間輔色是輔色素共價結(jié)合到花色苷骨架上，形成夾心式堆積，防止水的親核攻擊。Gras 等[56]研究表明，當(dāng)添加較高水平的輔色素時，分子間輔色作用可顯著提高黑胡蘿卜花色苷的熱穩(wěn)定性。Chung 等[57]研究表明，綠茶提取物可與花色苷通過疏水作用，使花色苷半衰期由2.9 d 提高到6.7 d。雖然輔色作用可使花色苷顏色增強，但由于輔色素自身穩(wěn)定性差以及加入的有機試劑等因素的影響，輔色后的復(fù)合物易解離，輔色作用不穩(wěn)定。

4.3 微膠囊化

微膠囊化技術(shù)是將具有生物活性的固體、液體或氣體化合物引入基質(zhì)或聚合物壁系統(tǒng)，以保護活性成分不受氧氣、光照及其他條件的影響[58]。包封材料包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類等，如環(huán)糊精、明膠、海藻酸鈉、葡聚糖、阿拉伯膠等。毛瑩等[59]以海藻酸鈉為壁材，經(jīng)優(yōu)化噴霧干燥條件制備的花色苷微膠囊，在90 ℃條件下，半衰期是原花色苷的2.5 倍多。研究結(jié)果表明花色苷微膠囊的光照、溫度以及胃腸消化穩(wěn)定性均高于原花色苷。微膠囊化確實能提高花色苷的穩(wěn)定性，但穩(wěn)定化后的微膠囊型花色苷在終產(chǎn)品中的應(yīng)用時呈色如何，是否同樣表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，以及所選壁材是否安全仍需進一步驗證。

4.4 納米復(fù)合物遞送

納米遞送系統(tǒng)以納米粒子為載體，通過靶向作用將對刺激敏感的生物活性物質(zhì)遞送至目標(biāo)部位，增強機體吸收，從而提高生物利用度[60]。納米粒子包裹或吸附花色苷，可提高花色苷的穩(wěn)定性，抑制其在體內(nèi)的氧化和降解。Zhang 等[61]用鐵蛋白包裹花色苷，使矢車菊素-3-O-葡萄糖苷分子的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性提高了約2 倍。納米粒子可與花色苷以π-π 堆積（主要是靜電相互作用）形成疏水核心，防止花色苷水合作用的形成，并維持醌型堿和黃嘌呤陽離子結(jié)構(gòu)，從而抑制花色苷的降解[62]。Jeong 等[63]通過硫酸軟骨素和花色苷之間進行簡單的分子間堆積制備的納米復(fù)合物穩(wěn)定性是原來的8 倍。然而，用納米粒子遞送花色苷還面臨很多挑戰(zhàn)，如制備納米粒子所用載體材料和添加劑的安全性問題，納米粒子在消化過程中受酸堿度、消化酶、離子強度等影響而造成的穩(wěn)定性問題，納米粒子制作過程復(fù)雜、耗能高、材料昂貴和納米粒子尺寸、形狀和粒徑分布難以掌控帶來的可行性問題等。

5 小結(jié)

近幾年花色苷的穩(wěn)定性研究取得了很大進展，涌現(xiàn)出各種技術(shù)，但實際應(yīng)用時依然存在很多問題。如修飾改性，雖然可提高花色苷穩(wěn)定性，但?；揎椶D(zhuǎn)化率低，酯基化修飾溶解性差，吡喃化修飾所需時間長等問題也需要進一步研究；如輔色作用，雖然能使花色苷顏色增強，但由于輔色素自身穩(wěn)定性差易解離，對花色苷的保護作用不穩(wěn)定；微膠囊化可在一定程度上提高花色苷的穩(wěn)定性，但對花色苷的呈色效果不佳，且壁材的安全性也有待考慮；納米粒子遞送花色苷所面臨如載體材料安全性、穩(wěn)定性、可行性等問題也亟待解決。另外，對于花色苷的營養(yǎng)吸收研究還不夠透徹，其在體內(nèi)吸收代謝途徑等生理活性方面的功效還有待于進一步研究。如果上述問題得到解決，可使花色苷在食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。