存在种类

已知天然存在的花色素有250 多种，存在于27 个科、73 个属的植物中。目前已确定的有20 种花青素，在植物中常见的有6 种，即天竺葵色素( Pg) 、矢车菊色素( Cy) 、飞燕草色素( Dp) 、芍药色素( Pn) 、牵牛花色素( Pt) 和锦葵色素( Mv)。

结构特性

花青素是糖苷衍生物，基本结构如下:

花青素基本结构

一般自然条件下游离的花青素极少见，常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等通过糖苷键形成花色苷，花色素中的糖苷基和羟基还可以与一个或几个分子的香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、对羟基苯甲酸等芳香酸和脂肪酸通过酯键形成酸基化的花色素。

花青素分子中存在高度分子共扼体系，含有酸性与碱性基团，易溶于水、甲醇、乙醇、稀碱与稀酸等极性溶剂中。在紫外与可见光区域均具较强吸收，紫外区最大吸收波长在280 nm 附近，可见光区域最大吸收波长在500 ～ 550 nm 范围内。花青素类物质的颜色随pH 值变化而变化，pH 7 呈红色，pH= 7 ～ 8 时呈紫色，pH > 11 时呈蓝色。

主要来源

花青素广泛存在于开花植物(被子植物)中, 其在植物中的含量随品种、季节、气候、成熟度等不同有很大差别3。据初步统计: 在27个科, 73个属植物中均含花青素, 如紫甘薯、葡萄、血橙、红球甘蓝、蓝莓、茄子、樱桃、红莓、草莓、桑葚、山楂、牵牛花等植物的组织中均有一定含量。

最早最丰富的花青素是从红葡萄渣中提取的葡萄皮红色素, 它于1879年在意大利上市, 该色素可通过葡萄酒酒厂的废料-葡萄渣提取。接骨木浆果( Elderberries)中含大量的花青素, 并且都是矢车菊素, 每百克鲜重在200 ~1000 mg。另外, 花青素在大麦、高粱、豆科植物等粮食作物中也广泛存在。研究发现, 葡萄籽与松树皮的提取物中花青素的含量最高。

提取方法

溶剂提取法

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, 且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( 4~8 ℃) 或者常温( 25℃ ) 避光条件下1% HCl 甲醇溶液浸提16~ 20 h, 或者采用01 5%、1% 的三氟乙酸的甲醇溶液, 4 ℃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~ 70℃ ) 浸提1~ 2 h 的方式 , 溶剂可选择不同浓度的醇溶液或酸化的水溶液。

加压溶剂萃取法

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。

目前PSE 技术对于食品中功能成分的提取主要集中在类黄酮、酚类物质以及其他抗氧化活性成分的研究上。该技术在花青素的提取方面也有报道。采用此技术优化紫甘蓝中花青素的最佳提取工艺, 最佳参数为: 样品21 5 g, 温度99 ℃ , 提取时间7 min, 溶剂为V( 水) BV( 乙醇) BV( 甲醇) = 94:5 : 1。

水溶液提取法

有机溶剂萃取的花青素多有毒性残留且生产过程环境污染大, 有鉴于此, 水溶液提取应运而生。该方法一般将植物材料在常压或高压下用热水浸泡,然后用非极性大孔树脂吸附; 或直接使用脱氧热水提取, 再采用超滤或反渗透, 浓缩得到粗提物。