黃 滟， 余小平

（成都醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，四川成都 610500）

花色苷（Anthocyanin，Acy） 是一種水溶性色素，廣泛分布于植物各部位，并具有抗氧化、抗炎、防治腫瘤、保護(hù)心腦血管和抗代謝性疾病等生物活性作用[1]。但是花色苷性質(zhì)不穩(wěn)定，易受pH 值、溫度、氧、抗壞血酸、酶等因素的影響，導(dǎo)致花色苷的降解和顏色改變[2]。

1 花色苷結(jié)構(gòu)

花青素是多酚類(lèi)黃酮化合物， 具有典型的C6- C3- C6 骨架結(jié)構(gòu)（見(jiàn)表1），不同花青素以R1，R2上取代基不同而區(qū)分。自然條件下游離花青素很少見(jiàn)，大部分與糖基（半乳糖、阿拉伯糖和葡萄糖等） 結(jié)合以花色苷形式存在，花青素苯環(huán)上不同碳位常與不同的糖基以糖苷鍵結(jié)合而形成結(jié)構(gòu)各異的花色苷。但是由于花色苷結(jié)構(gòu)上具有活躍的酚羥基，其性質(zhì)并不穩(wěn)定，可進(jìn)一步被不同的芳香酸或脂肪酸等修飾形成?；ㄉ?、酯基化花色苷及吡喃類(lèi)衍生物。

花青素的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。

表1 花青素的基本結(jié)構(gòu)

2 花色苷穩(wěn)定性的影響因素

2.1 物理因素

2.1.1 溫度

食品藥品行業(yè)經(jīng)常會(huì)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行熱加工，即使在產(chǎn)品的貯藏過(guò)程中，溫度也是影響花色苷降解的一個(gè)不能忽視的因素。Silva N L 等人[3]提出花色苷的降解是一種吸熱反應(yīng)，高溫為花色苷的降解過(guò)程提供能量，可加速花色苷降解產(chǎn)物的形成。溫度越高、作用時(shí)間越長(zhǎng)，花色苷降解越快。Zhou F 等人[4]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度升高至70 ℃時(shí)，花色苷含量顯著降低，且降解率與溫度呈正相關(guān)。但在相同的溫度條件下，不同來(lái)源或基質(zhì)條件下的花色苷降解率各有差別。Sinela A 等人[5]研究表明，飛燕草素- 3 - O -桑布雙糖苷對(duì)溫度升高的降解敏感度明顯高于失車(chē)菊素- 3 - O - 桑布雙糖苷。此外，Zhou M等人[6]以高溫處理桑葚時(shí)發(fā)現(xiàn)，固體桑葚的花色苷降解遵循二級(jí)動(dòng)力學(xué)，而不同于液體花色苷提取物符合的一級(jí)降解動(dòng)力學(xué)。

2.1.2 非熱加工技術(shù)

為了避免高溫加工導(dǎo)致的花色苷降解與顏色改變，一些非熱加工技術(shù)被陸續(xù)提出[7]。壓力和溫度對(duì)花色苷的降解具有協(xié)同作用，與室溫高壓技術(shù)相比，若高壓加工溫度達(dá)50 ℃及以上則會(huì)增加花色苷的降解率；同時(shí)，由于二氧化碳降低了產(chǎn)品的pH 值，二氧化碳高壓加工可使花色苷具有更高的穩(wěn)定性[8]。超聲、脈沖電場(chǎng)也能促使花色苷的降解。Sun J 等人[9]的報(bào)告中表明，隨著超聲時(shí)間和功率的增加，天竺葵素- 3 - O - 葡萄糖苷提取液的抗氧化活性會(huì)降低。Wu J 等人[10]研究發(fā)現(xiàn)，雖然用脈沖電場(chǎng)對(duì)藍(lán)莓花色苷進(jìn)行預(yù)處理也會(huì)導(dǎo)致花色苷的降解，但與直接加熱預(yù)處理藍(lán)莓花色苷相比，其降解率會(huì)小很多。

2.2 化學(xué)因素

2.2.1 pH 值

pH 值的變化會(huì)使花色苷的結(jié)構(gòu)改變。在酸性條件下以穩(wěn)定的黃酮型結(jié)構(gòu)為主，而當(dāng)pH 值升高時(shí)，不穩(wěn)定的查耳酮型假堿、甲醇和醌型的百分比將增加。因此，花色苷在酸性條件下比較穩(wěn)定，在中性或堿性條件下易降解。Hosseini S 等人[11]的研究表示，在冷凍儲(chǔ)存時(shí)，未添加酸液的花色苷降解得更快。Iliopoulou I 等人[12]研究表明，雖然所有花色苷化合物在酸性條件下的熱穩(wěn)定性都較高，但是?；头酋；M分的相對(duì)穩(wěn)定性取決于pH 值；在低pH 值下，?；幕衔锉任歹；幕衔锔€(wěn)定，但是在更高的pH 值下情況相反。在同一酸度條件下不同結(jié)構(gòu)的花色苷的穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生差異。Levy R 等人[13]研究發(fā)現(xiàn)，在同一酸度下，隨著共軛糖的增加，花色苷穩(wěn)定性增強(qiáng)。

2.2.2 氧氣與抗氧化劑

Zhou M等人[6]運(yùn)用不同干燥方法處理桑葚果時(shí)發(fā)現(xiàn)，在相同溫度下，真空干燥處理組的矢車(chē)菊素-3 - O - 葡萄糖苷和矢車(chē)菊素- 3- O- 蕓香糖苷的保留率均高于熱風(fēng)干燥組，表明低氧環(huán)境有助于減輕花色苷的熱降解。并且隔氧提取也可提高花色苷提取率[14]。在Li J 等人[15]的報(bào)告中顯示，添加高濃度抗壞血酸 （Ascorbic Acid，AA） （360 mg/L） 的紫薯花色苷的熱降解率比添加低濃度AA （120 mg/L） 的更高，推測(cè)抗壞血酸的熱降解產(chǎn)物的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致花色苷降解率增高。Gérard V 等人[16]研究也表明，添加AA 會(huì)顯著降低花色苷在空氣或氮?dú)庵械臒岱€(wěn)定性；抗氧化劑如綠原酸、芥子酸可以延遲抗壞血酸向脫氫抗壞血酸轉(zhuǎn)化，因此可提高花色苷在抗壞血酸存在下的光、熱穩(wěn)定性；而另一些抗氧化劑（如單寧酸、異槲皮苷、肉豆蔻精類(lèi)） 對(duì)提高花色苷穩(wěn)定性的效果不大。

2.2.3 金屬離子

金屬離子對(duì)花色苷的作用體現(xiàn)在輔色效果與穩(wěn)定作用2 個(gè)方面。王亞云等人[17]研究發(fā)現(xiàn)Mg2+，Mn2+，Cu2+可與花色苷發(fā)生螯合作用，因此對(duì)紫薯花色苷起到一定輔色作用。但是同一金屬離子對(duì)不同結(jié)構(gòu)組成的花色苷穩(wěn)定作用有時(shí)并不一致。例如，對(duì)馬齒莧花色苷的研究表示，Mg2+、K+對(duì)馬齒莧花色苷影響較小，而Cu2+、Fe3+對(duì)馬齒莧花色苷有明顯的破壞作用[18]。周丹蓉等人[19]的報(bào)告中顯示高濃度的K+離子和低濃度的Fe3+離子可增強(qiáng)芙蓉李花色苷的穩(wěn)定性，Al3+則使花色苷的穩(wěn)定性下降。但根據(jù)Sigurdson G T 等人[20]的研究報(bào)告，Al3+對(duì)花色苷的顏色穩(wěn)定性影響作用較弱。也有研究表明，添加某些大分子如海藻酸鹽可增加金屬離子- 花色苷螯合物的穩(wěn)定性[21]。

2.3 生物分子因素

2.3.1 蛋白質(zhì)類(lèi)

花色苷的生物降解多與植物中的糖苷酶、多酚氧化酶和過(guò)氧化物酶有關(guān)[22]。花色苷一方面可通過(guò)多酚氧化酶和過(guò)氧化物酶直接或間接作用被氧化，另一方面也可通過(guò)糖苷酶去糖基化而自發(fā)地脫色和降解。Lang Y 等人[23]的研究表示，牛血清蛋白（Bovine serum albumin，BSA） 具有只抑制而不破壞花色苷清除自由基的能力，并且添加0.15 mg/mL 的BSA 能對(duì)花色苷光降解發(fā)揮更大的保護(hù)作用。在Chung C 等人[24]的研究中，L - 苯丙氨酸、L - 酪氨酸、L - 色氨酸和ε - 聚賴(lài)氨酸均能使花色苷的顏色穩(wěn)定性延長(zhǎng)，其中L - 色氨酸的加入對(duì)花色苷的穩(wěn)定性影響最為顯著。

2.3.2 糖類(lèi)與酚酸

不同的糖類(lèi)對(duì)花色苷的穩(wěn)定性具有不同的影響，并且降解程度主要與糖類(lèi)的降解產(chǎn)物糖醛有關(guān)。甘露醇與木糖醇對(duì)于馬齒莧花色苷的輔色效應(yīng)均會(huì)隨其濃度的改變而改變，甘露醇隨濃度增加對(duì)馬齒莧花色苷的減色作用增強(qiáng)；木糖醇濃度越高其增色能力越強(qiáng)，達(dá)峰值后增色作用減弱[18]。蔗糖對(duì)花色苷的光、熱穩(wěn)定性幾乎沒(méi)有影響或影響很小[24]，但有抗壞血酸的存在時(shí)，蔗糖可導(dǎo)致花色苷降解且呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢(shì)[25]。酚酸也可以影響花色苷的穩(wěn)定性。20 mg/L阿魏酸能穩(wěn)定花色苷，但阿魏酸濃度的增加反而會(huì)降低其保護(hù)作用或無(wú)影響[26]。咖啡酸則會(huì)加速紫甘薯中花色苷的降解[27]。

3 花色苷降解前后的生理功能變化

花色苷降解會(huì)導(dǎo)致其顏色變化，但出乎意料的是，由于某些降解產(chǎn)物具有強(qiáng)大的抗氧化和清除自由基的能力，花色苷的生物活性并不會(huì)隨著花色苷的降解而大幅度下降[9]。此外，即使花色苷的某些降解產(chǎn)物也具有生物活性作用，但可能由于含量太低而無(wú)法行使生理功能。如Pace E 等人[28]的研究表示，矢車(chē)菊素- 3- O- 葡萄糖苷的主要熱降解產(chǎn)物間苯二甲醛雖然會(huì)對(duì)肝癌細(xì)胞（HepG2 細(xì)胞） 產(chǎn)生明顯的抗增殖作用，但由于它是降解產(chǎn)物，含量較低，因此無(wú)法誘導(dǎo)HepG2 細(xì)胞毒性。

4 提高花色苷穩(wěn)定性方法

提高花色苷穩(wěn)定性的方法主要有2 個(gè)方面，一是應(yīng)用基因調(diào)控等生物技術(shù)培育高產(chǎn)量、高穩(wěn)定性的富含花色苷植物；二是應(yīng)用化學(xué)修飾、分子改性、改善外界條件來(lái)提高花色苷提取物的穩(wěn)定性。除此之外，花色苷混合物也通常比單體花色苷發(fā)揮生物活性作用更強(qiáng)。

4.1 基因調(diào)控

在植物花色苷的生物合成階段，某些調(diào)控基因的變化也會(huì)對(duì)花色苷含量和性質(zhì)產(chǎn)生影響。柳巧禛等人[29]用6－芐基腺嘌呤處理葡萄植株，通過(guò)上調(diào)花色苷合成相關(guān)基因PAL、CHS1、UFGT 的轉(zhuǎn)錄水平，促進(jìn)了葡萄果實(shí)花色苷的積累。楊中義等人[30]通過(guò)遮光處理不同花序發(fā)育期的地被菊來(lái)抑制CmUFGF 基因的表達(dá)，以達(dá)到促進(jìn)花色苷的合成或緩解花色苷降解的目的。

4.2 結(jié)構(gòu)修飾

從花色苷結(jié)構(gòu)上說(shuō)，?；ㄉ毡确酋；ㄉ崭€(wěn)定，目前酰基化方法主要有化學(xué)法、酶法和植物培養(yǎng)法[31]。Quan W 等人[32]研究表明，雙?；碗p糖基化形式的花色苷在存儲(chǔ)過(guò)程中比其他花色苷更穩(wěn)定。除此之外，將花色苷酯基化或形成吡喃類(lèi)衍生物也能提高花色苷的穩(wěn)定性[33]。

4.3 外界條件控制

改變外界因素也可改善花色苷穩(wěn)定性，如考慮水合作用，干燥的花色苷產(chǎn)品比液態(tài)產(chǎn)品穩(wěn)定性更高。在儲(chǔ)存過(guò)程中，降低溫度、避光隔氧是必要的，此外提高酸度和添加包埋劑也能提高穩(wěn)定性。有研究表明，殼聚糖等材料包埋花色苷可改善花色苷穩(wěn)定性[34]。

5 結(jié)語(yǔ)

花色苷作為一種天然色素，因具有獨(dú)特豐富的生理功能作用而逐漸成為研究熱點(diǎn)，但是因其穩(wěn)定性低，限制了花色苷的應(yīng)用。因此，廣泛探索花色苷穩(wěn)定性的影響因素、改善花色苷低利用率是一個(gè)不可避免的問(wèn)題?，F(xiàn)今對(duì)花色苷穩(wěn)定性的研究主要集中于光、熱及pH 值對(duì)花色苷穩(wěn)定性的影響及降解動(dòng)力學(xué)，而關(guān)于其他影響因素，特別是在復(fù)雜基質(zhì)下對(duì)花色苷穩(wěn)定性的綜合研究較少；評(píng)價(jià)花色苷降解率的指標(biāo)也多以花色苷保留率和光譜變化為主，而鮮有關(guān)注花色苷降解產(chǎn)物及降解前后的生物活性功能變化。

多種因素相互作用下的不同結(jié)構(gòu)花色苷穩(wěn)定性各有不同，因此在食品藥品應(yīng)用的具體加工操作過(guò)程中，若要改善花色苷穩(wěn)定性必須綜合考慮各種影響因素。此外，除了考慮花色苷降解問(wèn)題外，還需關(guān)注花色苷的人體吸收率、生物利用率等方面的因素。