彩色马铃薯块茎中花青素的研究进展

童 丹 杨 声 韩黎明安志刚（甘肃中医药大学定西校区 定西师范高等专科学校（甘肃定西 743000）

彩色马铃薯块茎中花青素的研究进展

童 丹1杨 声2韩黎明2安志刚2（1甘肃中医药大学定西校区 2定西师范高等专科学校（甘肃定西 743000）

彩色马铃薯富含花青素，花青素具有多种药理作用。本文通过检索大量科学文献，从花青素的结构特点、提取方法、稳定性及抗氧化性能四个方面论述了彩色马铃薯中花青素的研究进展，为进一步研究、开发、利用花青素提供理论支持和技术指导。

彩色马铃薯 花青素 提取纯化 稳定性 抗氧化性能

马铃薯是全球仅次于小麦、玉米和水稻的第四大粮食作物，同时又是一种深受人们喜爱的蔬菜。除了经常见到的黄皮品种外，还有粉红、红、金黄、黑、浅紫和深紫色等皮肉色的马铃薯，称为彩色马铃薯或特色马铃薯。彩色马铃薯不仅含有普通马铃薯所具有的淀粉、蛋白质、多种微量元素和少量的脂肪，还含有丰富的花青素[1]。

花青素（anthocyanin）是一类广泛地存在于植物中的水溶性天然色素，属类黄酮化合物。自然状态下花青素常与各种糖形成花青苷，表现出红色、紫色和蓝色等。花色素绿色安全、资源丰富，具有一定的营养和药理作用，在食品、化妆品、药品等方面有巨大潜力。国内外研究表明，花青素具有抗突变、抗氧化、抗增生、预防心脑血管疾病、保护肝脏、抑制肿瘤细胞发生等多种生理功能，其抗氧化性能是维生素C的20倍，是维生素E的50倍，能够有效清除氧自由基，有预防和治疗100多种疾病的作用[2]。

1、花青素的结构特点

花青素的基本结构见图1所示，6种常见花青素的结构特点见表1[3]。

图1 花青素的基本结构

表1 6种常见花青素的结构特点

由图1和表1可知，花青素的基本结构是3,5,7-三羟基-2-苯基苯并吡喃。由于B环各碳位上的取代基不同，形成不同的花青素。

研究发现，红色马铃薯品种花青素主要为天竺葵素类色素衍生物，紫色马铃薯花青素主要为牵牛花色素、芍药色素衍生物。Harbome[4]和Lewis[5]等人研究确定彩色马铃薯花青素是一类含单一酰化p-香豆酸或阿魏酸的5-葡萄糖苷-3-鼠李糖基葡萄糖苷衍生物。而Totgils在2003年从挪威紫色马铃薯中第一次发现其为一种含酰化咖啡酸的花青素衍生物[6]。

卢其能[7]测定马铃薯品种Chiefimn中红色素主要为天竺葵素类色素花青素，品种YNZH中紫红色素主要为飞燕草素类色素花青素。Eichhorn等人[8]对4种彩色马铃薯品种 Hermanns Blaue,Highland Burgundy Red,Shetland Black以及Vitelotte中花青素进行分析鉴定，发现除了Highland Burgundy Red以外的3种马铃薯品种所含花青素主要为牵牛花色素衍生物，而 Highland Burgundy Red品种所含花青素主要为天竺葵色素衍生物。在这4种品种中，只有Shetland Black 含有少量的芍药色素。Rodriguezsaona[9]对33种红色马铃薯进行了分析鉴定，发现其研究的红色马铃薯所含红色花青素主要是天竺葵素的酰化衍生物。

2、彩色马铃薯中花青素的提取方法

据报道，花青苷的提取方法主要有溶剂浸提法、超声波辅助提取法、微波辅助溶剂提取法、微生物发酵提取法等[10]。

2.1 溶剂浸提法

目前国内外对马铃薯花青苷的提取方法多以酸性溶剂提取法为主，乙醇对花青苷类物质有极好的溶解性，完全无毒，来源广泛，价格便宜，是最常见的提取溶剂，但考虑到单独使用乙醇渗透性差，生产成本过高，故普遍采用酸性乙醇溶液直接对鲜薯或干薯制品进行花青苷提取[11]。

房岩强[12]等对影响马铃薯花青苷提取的因素进行正交试验，得到最佳的提取工艺条件：乙醇体积分数70%，提取温度50℃，提取时间90min，pH1.00，料液比10:1（mL/g）。实验还得出，料液比和乙醇体积分数是影响紫色马铃薯花青苷提取率的主要因素，其中，料液比影响最大，达到显著水平，其次是乙醇体积分数，也达显著水平，时间和温度有一定影响，均不显著。

刘建垒[13]等研究了紫色马铃薯花色苷的提取条件，结果表明，用pH1.0、体积分数为70%的乙醇作提取剂、在料液比1:10（g:mL）、50℃条件下恒温浸提90min，提取效果较好，一次提取得率可达3.4%。

李倩等人[14]采用溶剂浸取法提取了彩色马铃薯中是花青苷，粗提液用乙酸乙酯除去脂溶性杂质，再用XAD-7大孔树脂柱层析纯化，花青苷总量测定采用pH示差法，研究了块茎形成和贮藏过程中花青苷的种类及含量变化。结果表明，在块茎发育过程中，不同马铃薯基因型块茎中花青苷出现的时间与含量多少各有差异，颜色较深的基因型花青苷达到最高含量的时间先于颜色浅的基因型，且不同组分的出现与积累变化规律基本上与花青苷的合成顺序一致；在常温和低温贮藏过程中，花青苷的含量均呈下降趋势，但下降比例并无明显差异。

杨晓辉等人[15]对“黑美人”马铃薯花青素的提取工艺进行了优化，最佳提取工艺条件为：料液比1:9，乙醇体积分数75%，浸提温度60℃，浸提时间40min。

阳翠等人[16]以紫色甘薯细粉为原料，比较不同质量分数（体积分数）柠檬酸、乙醇、盐酸对紫甘薯花青素的的提取效果。正交试验结果表明其最佳的提取工艺参数为：0.5%盐酸溶液为提取剂、料液比为1:20、提取温度60℃，提取4次，每次2h，提取效率最高。

2.2 超声波-溶剂浸提法

超声波由于其高频特性而被广泛应用于众多领域，在物质的提取上也有着很广泛的应用。超声波具有应用前景好，操作简单，快速高效，生产过程洁净无污染等优点，因此得到了广大学者的认可。

秦紫馨[17]等人在超声波法萃取下，用酒石酸酸化乙醇溶液作为提取剂提取紫薯花青素。结果表明，提取的最优条件是：0.5%酒石酸-95%乙醇溶液（50:50，V/V）作为提取剂，物料比为1:50，超声（40Hz）提取30min，提取率达到1.003mg/g。

张俊霞[18]等人采用不同方法对紫土豆中花青素进行了提取、纯化和分析。结果表明，紫土豆花青素最佳提取条件为：采用柠檬酸结合超声的方法，料液比1:5，乙醇体积分数70%，浸提温度37℃，浸提时间1h。

杨玲等人[19]研究了紫罗兰马铃薯花青素的提取条件。结果表明，用料液比1g:30mL，95%乙醇-1.5mol/L盐酸作提取剂，在50℃恒温下超声30min，提取3次，提取效率较好。

徐博[20]以紫甘薯为原料，在超声波辅助酸化乙醇条件下浸提花青素。结果表明，提取时间为100min，提取温度为60℃，物料比1:40，提取剂为0.1%盐酸与95%乙醇溶液时，花青素的提取效率最高。

2.3 微波辅助溶剂提取法

倪勤学等人[22]研究了微波辅助提取紫马铃薯花色苷的工艺条件。正交实验结果表明，微波辅助提取的工艺条件：提取时间40s，微波功率480W，料液比1:70，提取溶剂0.11%盐酸水溶液，提取液花色苷含量达到3.649mg/鲜紫马铃薯（g）。

3、花青素的稳定性能研究

房岩强[23]等研究了pH值、温度、光照对色素的影响，探讨在金属离子、氧化还原剂、防腐剂、食盐、葡萄糖等存在的条件下花色苷的稳定性。结果表明，紫色马铃薯花色苷在可见光范围内的最大吸收波长为536nm，为水溶性色素；70℃以内比较稳定，pH值对色素有显著影响，在酸性条件下较为稳定；金属离子Al3+、Zn2+、Na+、Ca2+对色素色泽无不良影响，而Sn2+、Fe3+影响显著；色素耐氧化性、耐还原性差，且光照能加速色素降解；防腐剂、食盐及葡萄糖等常用添加剂对色素无影响。

秦紫馨[17]等人探讨了不同金属离子、酸度、温度等对紫薯色素稳定性影响。实验结果表明，在5~60℃温度范围内紫薯花青素稳定性良好，pH为1~4范围内花青素色泽良好，金属离子Cu2+、Ag+、Fe3+影响紫薯色素的稳定性。

杨晓辉等人[15]研究了pH值、温度、贮藏条件等因素对“黑美人”马铃薯花青素稳定性的影响，结果表明，pH值、温度、贮藏条件均不同程度的影响其稳定性。

倪勤学等人[22]研究了光、热、pH值、氧化剂、还原剂、金属离子对花青素稳定性的影响。研究表明，紫马铃薯花色苷具有较差的光稳定性和热稳定性，应避免光照和高温；氧化剂H2O2对其稳定性有较大的影响；在酸性条件下稳定性较好；金属离子和常用食品添加剂对紫马铃薯花色苷色素稳定性的影响较小。

杨玲等人[19]研究了pH值、金属离子、热、光、抗坏血酸、氧化还原剂对花青素稳定性的影响，表明该色素在室温和低温（冰箱中）下避光存放时稳定性较好，可长期放置；但在长时间受热或日光直射时，稳定性显著下降。金属离子对该色素影响较小，其中Fe2+使色素稳定性下降，而Al3+对其具有较强的增色作用。同时，该色素对抗坏血酸、Na2SO3和H2O2较敏感。

4、花青素的抗氧化性能研究

孙健等人[24]研究了不同品种紫甘薯对DPPH自由基清除率平均为91.76%，说明紫甘薯花青素抗氧化活性较高。济黑1号对DPPH 自由基清除率最高，为99.56%，其次为绫紫，为99.47%。

殷丽琴等人[25]采用DPPH自由基法测量花色苷的总抗氧化活性，表明总花色苷含量越高，彩色马铃薯的抗氧化活性越强。

魏蕾等人[26]从三个方面研究花青素的抗氧化能力，一是有效地清除超氧阴离子自由基O2-，保护和稳定维生素C；二是抑制脂质氧化，花青素通过参与脂质代谢，阻断自由基链式反应，保护脂质不发生过氧化损伤；三是和金属Cu2+等螯合形成花青素的复合物，它能稳定存在于生物机体内，这与人类的生活和健康密切相关。

吴春等人[27]用葡萄籽提取花青素抗氧化性能研究，实验结果表明，原花青素对亚油酸的抗氧化性能介于PG和VE之间。

陆茵等[28]在探讨花青素与肿瘤化学预防机制时，发现花青素对巴豆油诱发的小鼠肝线立体脂质过氧化具有明显的抑制作用。

李倩等人[14]研究了彩色马铃薯花青苷的抗氧化性，结果表明，几种彩色马铃薯基因型块茎均有一定的清除DPPH·和ABTS+能力以及Fe3+还原能力，但不同基因型间抗氧化能力存在差异。

5、结束语

花青素作为二十一世纪科学研究的亮点，在许多领域彰显着它的不同凡响。目前国内外在花青素提取、稳定性、抗氧化性能方面的研究已经取得很大进展，各种新技术不断涌现，为紫色马铃薯中花青素的利用提供了技术保障。但是，花青素的研究多集中于提取溶剂和提取方法的选择，而对花青素的后续应用的研究较少，比如医用保健功能、美容效果等。很多提取技术尚处于实验室阶段，规模化应用研究相对较少。

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The research progress of anthocyanin in color potatoes

TO N G Dan YAN G Sheng HAN Li-m ing AN Zhi-gang
(Dingxi Cam pus Gansu University of Chinese M edicine; Dingxi Teachers’ College Dingxi Gansu 743000)

Color potatoes contains rich anthocyanin. Anthocyanin has m any pharm acological effects. Through a large num ber of scientific literature search, this paper discusses the research progress of anthocyanin from four aspects about the structure characteristics，extraction m ethod，stability and oxidation resistance of anthocyanins. All of this w ork provide theoretical support and technical guidance for the further research，developm ent and utilization of anthocyanins .

Color potatoes；Anthocyanin；Extraction and purification；stability；O xidation resistance

甘肃省自然科学基金项目（1506RJZJ327）。