论文部分内容阅读
摘要：花青素是一种广泛存在于植物中的水溶性天然色素。本文综述了国内外花青素的提取方法，并对花青素的研究予以展望。
关键词：花青素 提取 研究
中图分类号：S539 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2015）04-0015-01
Abstract：Anthocyanins widely exist in plants as a kind of water soluble natural pigment. The research on extraction of anthocyanin was summarized and Prospected.
Key Words： Anthocyanins； Extraction； Research
花青素（anthocyanins）是一类属于多酚类化合物的水溶性天然色素，广泛分布于植物的花、果实、茎、叶等器官细胞液中。天然花青素色彩鲜艳，植物的花瓣、果实因富含花青素而呈现明亮的颜色。现有资料表明，已知的20多种天然花青素中，常见的有飞燕草色素、矢车菊色素、牵牛色素、天竺葵色素、芍药色素和锦葵色素这6种。自然条件下游离状态的花青素极少见，而常常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖等通过糖苷键形成花色苷。据文献显示，已知天然存在的花色苷多达250多种。花青素具强极性，易溶于水、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙酮等极性溶液，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。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500～550nm范围内。本文重点就近年来国内外学者对花青素的提取方法研究进展进行了综述。
1 花青素的提取方法
提取是分离、纯化和测定花青素的重要环节，如何充分提取植物中的花青素一直是花青素生产、使用、科学研究领域的关注热点。近年来，在传统提取方法的基础上，一些新的提取方法如微波提取、超声波提取、超临界提取、大孔吸附树脂分离提取等得到了有效应用。
1.1 溶剂萃取法
溶剂萃取法是提取花青素最常见的方法，常常采用甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙酮、水等混合溶剂作为萃取溶剂。该方法的关键是选择有效溶剂，要求被提取的有效成分在溶剂中有较大的溶解度，同时要避免大量的杂质溶解。在提取溶剂中加入一定浓度的甲酸或者盐酸，可防止非酰基化的花青素在提取过程中降解，但甲酸、盐酸又会导致酰基化的花青素在蒸发浓缩时部分或全部水解。为避免酰基化的花青素水解，有选择弱酸如酒石酸、柠檬酸代替盐酸。提取物中的脂溶性成分，需采用有机溶剂例如正己烷、石油醚、乙醚等进行萃取以去除。此外，浸提时间、浸提温度、料液比等因素对提取效果有直接影响。陈长应[1]用酸性甲醇溶液作为提取溶剂，优化了溶液酸碱度、漫提时间、提取温度、料液比，完成了对黑豆皮中花青素的提取。溶剂萃取法原理简单，对设备要求不高，但提取时间长，生产效率较低，且有机溶剂对人体具有毒副作用。
1.2 超声波提取
超声波作为一种辅助提取手段，具有操作方便、快速高效、清洁无公害的特点，集中应用于植物药用成分、多酚、植物油以及其他功能成分的提取等研究领域。左勇[2]等人以桑椹酒糟为原料，乙醇溶液为提取剂，优化超声波辅助提取花青素的最佳条件为0.1%HCl-77%乙醇溶液，料液比为1：24（g/mL），超声温度50℃，超声波功率400W，结果显示花青素提取量的预测值为2.51805 mg/g，实测值为2.392 mg/g。姜慧[3]等人以乙醇为浸提剂，采用常规浸提法和超声波辅助浸提法提取黑豆皮花青素。结果表明，超声波提取时间仅30 min，黑豆色素浸出量已基本达到最高值，而常规水浴提取则耗时90 min。原因是超声波辐射压强产生的强烈空化效应、扰动效应、高加速度、击碎和搅拌作用等多级效应，增大了物质分子运动的频率和速度，增强了溶剂对植物组织的渗透及对细胞壁的破坏，从而加速活性成分的释放，缩短提取时间，提高了效率[4]。
1.3 微波提取
微波提取的原理是基于在微波场中，不同结构的基体物质吸收微波能力的差异，使基体中某些区域或提取体系中某些组分被选择性加热，从而使得被提取物从基体或体系中分离，进入介电常数较小、微波吸收能力相对较差的提取溶剂中[5]。微波提取中药成分和植物中香精香料的研究成果表明，该提取技术产率高，杂质少，溶剂用量少。常思思[6]采用微波提取技术从蚕豆壳中提取花青素。考察了微波功率、提取时间、溶剂浓度、料液比、浸泡时间、提取次数等因素对花青素提取率的影响。结果最佳提取条件为：微波功率400 W，提取时间10min，料液比1：10，浸泡时间2h，提取次数3次。
1.4 超临界流体萃取
超临界流体萃取利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响进行提取。基体物质在超临界状态下与超临界流体接触，待分离组分按极性大小、沸点高低和分子量大小被选择性的依次萃取出来。超临界流体萃取能耗低、无环境污染、参数易控制，在中药和天然产物有效成分的提取分离中有很好的应用前景，缺点是设备成本高。成智涛[7]等人以“紫秋”刺葡萄种子为原料，探讨了超临界CO2萃取刺葡萄籽花青素的最佳工艺。研究结果表明，最佳工艺条件为：以60%的乙醇为夹带剂，萃取压力30 MPa，萃取温度55℃，料液比1︰0.8，在此条件下，花青素的产率为17.58 mg/100g，纯度可达89.7%。
1.5 大孔吸附树脂分离提取
大孔吸附树脂是近几十年发展起来的一种具有多孔立体结构、人工合成的有机高分子聚合物，因其其特殊的理化性质和吸附性能，在化学、医药、环保和食品等领域被广泛应用。研究表明大孔吸附树脂技术对植物中花青素具有较好较好分离效果。曹明华[8]等人以葡萄籽为原料，考察了6种大孔吸附树脂的静态吸附与解吸性能。试验结果表明：03F3大孔吸附树脂吸附葡萄籽中花青素能力最佳；当花青素提取液浓度为2.0mg/mL、上柱流速为1.0 mL/min、40%（v/v）乙醇溶液解吸、解吸流速为1.0 mL/min时，花青素纯度可达85.80%，回收率86.60%。 1.6 其他提取方法
包括微生物发酵或酶解法、超高压辅助提取、高压脉冲电场辅助提取、亚临界水辅助提取、γ-射线辐照辅助提取等方法应用于植物花青素的提取研究。此外，许多单一提取方法有利有弊，因此许多学者尝试利用联合辅助提取方式来获得更高的提取产率。叶春皓[9]等人将超临界流体萃取技术与大孔树脂吸附技术结合以分离纯化葡萄籽中花青素。首先，采用超临界CO2从葡萄籽中提取葡萄籽油，将萃取余物通过水醇溶液提取和加醇沉淀技术粗提花青素，再从五种大孔吸附树脂中筛选出最佳树脂吸附分离花青素。通过优化工艺，该方法分离得到的花青素含量为97.82%，总提取率为4.88%。
2 结语
我国是植物资源大国，花青素资源非常丰富，然而在花青素的开发利用上，无论规模还是技术，与国外相比仍有很大的差距。英国、日本、保加利亚、美国等在花青素提取纯化方面的技术已相当成熟，新的方法技术如超高压辅助提取、高压脉冲电场辅助提取、亚临界水辅助提取等，为花青素的提取分离开辟了新的途径。为加快我国花青素资源的开发利用，寻求一种自动化、溶剂用量小、高提取率、快速的提取分离技术弥足重要。
参考文献
[1]陈长应.黑豆皮中花青素的提取及测定的研究[J].中国调味品，2003，38（12）：91-94.
[2]左勇，李杨等.超声波辅助提取桑椹酒糟中花青素的研究[J].中国食品添加剂，2012（6）：115-121.
[3]姜慧，陈树俊.超声波辅助提取黑豆花青素的工艺优化[J].农产品加工，2012（12）：60-64.
[4]李婷，侯晓东等.超声波萃取技术的研究现状及展望[J].安徽农业科学，2006，34（13）： 3188-3190.
[5]刘梅，米莹.微波提取在中药领域的应用进展[J].天津药学，2009，21（5）：62-64.
[6]常思思.蚕豆壳中原花青素的微波提取工艺初探[J].青海师范大学学报，2010，26（1）： 47-49.
[7]成智涛，王仁才.超临界CO2萃取刺葡萄籽原花青素的工艺研究[J].现代生物医学进展，2007， 7（3）：363-365.
[8]曹明华，陈卫航.O3F3大孔吸附树脂分离葡萄籽中原花青素的研究[J].粮油加工，2008 （7）：79-82.
[9]叶春皓，李淑芬.超临界CO2-大孔树脂分离纯化葡萄籽中原花青素[J].化学工业与工程， 2006，23（3）：220-223.
关键词：花青素 提取 研究
中图分类号：S539 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2015）04-0015-01
Abstract：Anthocyanins widely exist in plants as a kind of water soluble natural pigment. The research on extraction of anthocyanin was summarized and Prospected.
Key Words： Anthocyanins； Extraction； Research
花青素（anthocyanins）是一类属于多酚类化合物的水溶性天然色素，广泛分布于植物的花、果实、茎、叶等器官细胞液中。天然花青素色彩鲜艳，植物的花瓣、果实因富含花青素而呈现明亮的颜色。现有资料表明，已知的20多种天然花青素中，常见的有飞燕草色素、矢车菊色素、牵牛色素、天竺葵色素、芍药色素和锦葵色素这6种。自然条件下游离状态的花青素极少见，而常常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖等通过糖苷键形成花色苷。据文献显示，已知天然存在的花色苷多达250多种。花青素具强极性，易溶于水、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙酮等极性溶液，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。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500～550nm范围内。本文重点就近年来国内外学者对花青素的提取方法研究进展进行了综述。
1 花青素的提取方法
提取是分离、纯化和测定花青素的重要环节，如何充分提取植物中的花青素一直是花青素生产、使用、科学研究领域的关注热点。近年来，在传统提取方法的基础上，一些新的提取方法如微波提取、超声波提取、超临界提取、大孔吸附树脂分离提取等得到了有效应用。
1.1 溶剂萃取法
溶剂萃取法是提取花青素最常见的方法，常常采用甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙酮、水等混合溶剂作为萃取溶剂。该方法的关键是选择有效溶剂，要求被提取的有效成分在溶剂中有较大的溶解度，同时要避免大量的杂质溶解。在提取溶剂中加入一定浓度的甲酸或者盐酸，可防止非酰基化的花青素在提取过程中降解，但甲酸、盐酸又会导致酰基化的花青素在蒸发浓缩时部分或全部水解。为避免酰基化的花青素水解，有选择弱酸如酒石酸、柠檬酸代替盐酸。提取物中的脂溶性成分，需采用有机溶剂例如正己烷、石油醚、乙醚等进行萃取以去除。此外，浸提时间、浸提温度、料液比等因素对提取效果有直接影响。陈长应[1]用酸性甲醇溶液作为提取溶剂，优化了溶液酸碱度、漫提时间、提取温度、料液比，完成了对黑豆皮中花青素的提取。溶剂萃取法原理简单，对设备要求不高，但提取时间长，生产效率较低，且有机溶剂对人体具有毒副作用。
1.2 超声波提取
超声波作为一种辅助提取手段，具有操作方便、快速高效、清洁无公害的特点，集中应用于植物药用成分、多酚、植物油以及其他功能成分的提取等研究领域。左勇[2]等人以桑椹酒糟为原料，乙醇溶液为提取剂，优化超声波辅助提取花青素的最佳条件为0.1%HCl-77%乙醇溶液，料液比为1：24（g/mL），超声温度50℃，超声波功率400W，结果显示花青素提取量的预测值为2.51805 mg/g，实测值为2.392 mg/g。姜慧[3]等人以乙醇为浸提剂，采用常规浸提法和超声波辅助浸提法提取黑豆皮花青素。结果表明，超声波提取时间仅30 min，黑豆色素浸出量已基本达到最高值，而常规水浴提取则耗时90 min。原因是超声波辐射压强产生的强烈空化效应、扰动效应、高加速度、击碎和搅拌作用等多级效应，增大了物质分子运动的频率和速度，增强了溶剂对植物组织的渗透及对细胞壁的破坏，从而加速活性成分的释放，缩短提取时间，提高了效率[4]。
1.3 微波提取
微波提取的原理是基于在微波场中，不同结构的基体物质吸收微波能力的差异，使基体中某些区域或提取体系中某些组分被选择性加热，从而使得被提取物从基体或体系中分离，进入介电常数较小、微波吸收能力相对较差的提取溶剂中[5]。微波提取中药成分和植物中香精香料的研究成果表明，该提取技术产率高，杂质少，溶剂用量少。常思思[6]采用微波提取技术从蚕豆壳中提取花青素。考察了微波功率、提取时间、溶剂浓度、料液比、浸泡时间、提取次数等因素对花青素提取率的影响。结果最佳提取条件为：微波功率400 W，提取时间10min，料液比1：10，浸泡时间2h，提取次数3次。
1.4 超临界流体萃取
超临界流体萃取利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响进行提取。基体物质在超临界状态下与超临界流体接触，待分离组分按极性大小、沸点高低和分子量大小被选择性的依次萃取出来。超临界流体萃取能耗低、无环境污染、参数易控制，在中药和天然产物有效成分的提取分离中有很好的应用前景，缺点是设备成本高。成智涛[7]等人以“紫秋”刺葡萄种子为原料，探讨了超临界CO2萃取刺葡萄籽花青素的最佳工艺。研究结果表明，最佳工艺条件为：以60%的乙醇为夹带剂，萃取压力30 MPa，萃取温度55℃，料液比1︰0.8，在此条件下，花青素的产率为17.58 mg/100g，纯度可达89.7%。
1.5 大孔吸附树脂分离提取
大孔吸附树脂是近几十年发展起来的一种具有多孔立体结构、人工合成的有机高分子聚合物，因其其特殊的理化性质和吸附性能，在化学、医药、环保和食品等领域被广泛应用。研究表明大孔吸附树脂技术对植物中花青素具有较好较好分离效果。曹明华[8]等人以葡萄籽为原料，考察了6种大孔吸附树脂的静态吸附与解吸性能。试验结果表明：03F3大孔吸附树脂吸附葡萄籽中花青素能力最佳；当花青素提取液浓度为2.0mg/mL、上柱流速为1.0 mL/min、40%（v/v）乙醇溶液解吸、解吸流速为1.0 mL/min时，花青素纯度可达85.80%，回收率86.60%。 1.6 其他提取方法
包括微生物发酵或酶解法、超高压辅助提取、高压脉冲电场辅助提取、亚临界水辅助提取、γ-射线辐照辅助提取等方法应用于植物花青素的提取研究。此外，许多单一提取方法有利有弊，因此许多学者尝试利用联合辅助提取方式来获得更高的提取产率。叶春皓[9]等人将超临界流体萃取技术与大孔树脂吸附技术结合以分离纯化葡萄籽中花青素。首先，采用超临界CO2从葡萄籽中提取葡萄籽油，将萃取余物通过水醇溶液提取和加醇沉淀技术粗提花青素，再从五种大孔吸附树脂中筛选出最佳树脂吸附分离花青素。通过优化工艺，该方法分离得到的花青素含量为97.82%，总提取率为4.88%。
2 结语
我国是植物资源大国，花青素资源非常丰富，然而在花青素的开发利用上，无论规模还是技术，与国外相比仍有很大的差距。英国、日本、保加利亚、美国等在花青素提取纯化方面的技术已相当成熟，新的方法技术如超高压辅助提取、高压脉冲电场辅助提取、亚临界水辅助提取等，为花青素的提取分离开辟了新的途径。为加快我国花青素资源的开发利用，寻求一种自动化、溶剂用量小、高提取率、快速的提取分离技术弥足重要。
参考文献
[1]陈长应.黑豆皮中花青素的提取及测定的研究[J].中国调味品，2003，38（12）：91-94.
[2]左勇，李杨等.超声波辅助提取桑椹酒糟中花青素的研究[J].中国食品添加剂，2012（6）：115-121.
[3]姜慧，陈树俊.超声波辅助提取黑豆花青素的工艺优化[J].农产品加工，2012（12）：60-64.
[4]李婷，侯晓东等.超声波萃取技术的研究现状及展望[J].安徽农业科学，2006，34（13）： 3188-3190.
[5]刘梅，米莹.微波提取在中药领域的应用进展[J].天津药学，2009，21（5）：62-64.
[6]常思思.蚕豆壳中原花青素的微波提取工艺初探[J].青海师范大学学报，2010，26（1）： 47-49.
[7]成智涛，王仁才.超临界CO2萃取刺葡萄籽原花青素的工艺研究[J].现代生物医学进展，2007， 7（3）：363-365.
[8]曹明华，陈卫航.O3F3大孔吸附树脂分离葡萄籽中原花青素的研究[J].粮油加工，2008 （7）：79-82.
[9]叶春皓，李淑芬.超临界CO2-大孔树脂分离纯化葡萄籽中原花青素[J].化学工业与工程， 2006，23（3）：220-223.