蓝莓花青素的研究进展

矫馨瑶，田金龙，司旭，李冬男，孙希云，李斌

（沈阳农业大学食品学院，国家浆果加工技术研发专业中心，辽宁省健康食品营养与创制重点实验室，辽宁沈阳 110161）

蓝莓（Vacciniumspp.）是杜鹃花科越桔属，果实呈蓝色，近圆形，单果质量0.5～2.5 g，最大的为5 g，是世界粮农组织推荐的五大健康水果之一。最早栽培蓝莓的国家是美国，我国从1981 年开始引进和栽种[1]。蓝莓营养丰富，除含有常规的营养成分之外，还含有维生素E、维生素A、超氧化物歧化酶（SOD）、花青素和大量的微量元素，如钙、磷、镁、锌、铁、锗、铜等[2]。蓝莓花青素含量丰富，有文献报道称蓝莓中花青素含量为387～487 mg/100 g，而黑莓为245 mg/100 g，树莓为116 mg/100 g，草莓为35 mg/100 g[3]。花青素具有多种生理功能，将蓝莓中花青素提取出来作为膳食补充剂，不但能充分利用其生理功能，还可以解决蓝莓不耐贮藏、易腐烂的问题，提高蓝莓的商品价值。因此，近年来蓝莓花青素受到广泛的关注。

1 花青素的结构与性质

1.1 化学结构

花青素属于酚类化合物中的类黄酮类。其基本结构包含两个苯环，并由-3 碳的单位连结（C6-C3-C6），花青素的基本母核是2-苯基苯并吡喃，即花色基元，结构如图1 所示[4]。花青素通常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖等通过糖苷键形成花色苷。

1.2 种类

现在已知的花青素有20 多种，花色苷有250 多种。在植物的可食部分主要存在6 种花青素，矢车菊色素（Cyanidin）、天竺葵色素（Pelargonidin）、芍药色素（Peonidin）、飞燕草色素（Delphinidin）、牵牛花色素（Pelunidin）和锦葵色素（Malvidin），分别约占自然界中花青素含量的50%、12%、12%、12%、7%和7%，其化学结构如表1 所示[5]。蓝莓中主要的花青素为飞燕草色素、矢车菊色素、芍药色素、牵牛花色素和锦葵色素。

表1 六种常见花青素的结构特点Table 1 Structural characteristics of six common anthocyanins

1.3 化学性质

花青素分子含有酸性与碱性基团，溶于水和乙醇等醇类化合物。在紫外光与可见光区域均具有较强的吸收，在280 nm 附近和500～550 nm 范围内具有最大吸收波长。花青素在不同的pH 下呈现不同的颜色，pH＜7 呈红色，pH 在7～8 时呈紫色，pH＞11 时呈蓝色[6]。

2 蓝莓花青素的生理功能

2.1 抗氧化

已有大量的研究利用化学方法和细胞抗氧化方法对蓝莓花青素的抗氧化活性进行评价，结果表明蓝莓花青素具有很强的抗氧化活性。王健等[7]通过羟自由基、DPPH自由基、H2O2、超氧阴离子自由基及Fe3+清除率试验评价蓝莓花青素的抗氧化能力，结果表明蓝莓花青素具有很高的抗氧化活性。Petko Denev 等[8]检测北美沙果、接骨木莓、红醋栗、黑莓和蓝莓这5 种浆果中花青素提取物的抗氧化性，通过测定提取物的氧自由基吸收能力（ORAC）、羟基自由基转移能力（HORAC）、总氢过氧自由基捕获抗氧化剂参数（TRAP）、清除NO 和抑制脂质过氧化作用，结果发现蓝莓提取物的HORAC 和NO 清除能力最强。Spela Moze Bornsek 等[9]在人类结肠癌（Caco-2）、肝癌（HepG2）、人类内皮细胞（EA.hy926）和大鼠血管平滑肌细胞（A7r5）等不同细胞系下进行细胞内抗氧化试验（CAA），结果表明花青素具有细胞内抗氧化性。Sun Liqiong 等[10]对9 个中国引进的蓝莓品种中花青素单体的抗氧化活性进行研究，结果表明飞燕草色素苷和花青素-3-糖甙是蓝莓抗氧化性的主要有效成分。

2.2 保护视力

蓝莓花青素是保护视力的重要元素，它能够保护眼睛的微血管，从而促进血液循环；而且能够加速视紫质朴再生，视紫质朴是良好视力不可或缺的物质[11]。蓝莓花青素能够明显改善视物模糊、眼睛干涩、明视持久度及总有效率，从而缓解视疲劳[12]。轻度近视儿童每天补充500 mg 蓝莓花青素能够有效控制和缓解儿童近视的发展[13]。

2.3 降血糖

对肥胖雄性大鼠灌胃给予200 mg/(kg·d) 蓝莓花青素，4 周后空腹采血测定血糖，结果表明，与对照组相比蓝莓花青素处理能够显著降低大鼠的空腹血糖水平，而且蓝莓花青素能够提高肥胖大鼠胰岛素的敏感性[14]。Grace MH 等[15]给予小鼠蓝莓花青素后小鼠血糖水平降低了33%～51%，而给予二甲双胍的小鼠的血糖水平降低了27%，说明蓝莓花青素能有效缓解小鼠的高血糖症状。

2.4 抗增殖

Bunea A 等[16]研究表明蓝莓花青素对小鼠黑色素瘤细胞B16-F10 有抗增殖和促进细胞凋亡的作用。选择50、100、150、200 μg/mL 这4 种浓度的蓝莓花青素作用于人肾小球系膜细胞24 h，对细胞的抑制率分别为40.98%、60.39%、59.60%和64.66%，表明蓝莓花青素呈剂量依赖性的抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡[17]。

2.5 其他生理功能

近年来学者们发现除了具有以上生理功能外，蓝莓花青素还具有其他的一些功能，如体外抑制乙型肝炎病毒、抗肝损伤、抗辐射损伤、镇痛抗炎、缓解焦虑等[18-23]。

3 影响蓝莓花青素稳定性的因素

蓝莓花青素的稳定性较差，pH、温度、光照、金属离子和添加剂等加工条件都会影响其稳定性，阻碍花青素的应用。蓝莓花青素在酸性条件下稳定，高温和光照会加速其降解，金属离子和糖类对其稳定性的影响与其浓度有关。因此，在加工过程中应当尽量避免碱性、高温环境，在低温、避光条件下保存。

3.1 pH 值

pH 对蓝莓花青素的稳定性影响显著，当pH＜3 时，蓝莓花青素比较稳定；当pH＞3 时，花青素结构不稳定，易降解[24]；花青素在不同pH 值下的分子结构会发生改变，从而导致呈色的改变[25]。

3.2 温度

蓝莓花青素在高温下稳定性显著降低，随着温度的升高，蓝莓花青素的降解速度加快。刘军波等[26]研究表明，当低于60 ℃时，对蓝莓花青素稳定性影响较小；Wang Bochu 等[27]研究结果表明，蓝莓花青素对高温（≥80 ℃）敏感。

3.3 光照

在光照条件下，蓝莓花青素不稳定。研究表明，花青素在自然光下不稳定、易降解，在避光条件下稳定性较好，因此蓝莓花青素应避光保存[25,27]。

3.4 金属离子

在加工过程中常会引入一些金属离子，这些金属离子会影响花青素的作用，因此研究金属离子对花青素稳定性的影响十分重要。研究结果表明，Fe3+、Fe2+、Cu2+影响花色苷的稳定性；浓度大于1.2 mmol/L 的Zn2+离子、浓度大于12 mmol/L 的Cu2+和浓度大于12 mmol/L 的Ca2+，有利于蓝莓花青素的稳定；Na+对蓝莓花青素稳定性影响不显著[25,27]。

3.5 氧化剂和还原剂

在加工过程中会用到氧化剂和还原剂，蓝莓花青素对氧化剂（H2O2，0.5%～2.0%）和还原剂（Na2SO3，0.005～0.040 mol/L）敏感[27]。孙倩怡等[24]研究发现随着氧化剂和还原剂浓度的增加，蓝莓花青素的保存率快速降低；在H2O2和Na2SO3浓度为2%时，蓝莓花青素的保存率较低，分别为34%和35%。

3.6 糖类

糖类广泛应用于食品加工中，常用的有葡萄糖、蔗糖和果糖，糖类对蓝莓花青素稳定性的影响与糖类的使用浓度有关。孙倩怡等[24]的研究结果表明20%以上浓度的葡萄糖、蔗糖和果糖对蓝莓花青素稳定；严红光等[25]的研究表明浓度高于10%的蔗糖和葡萄糖对花青素稍有护色作用，而低浓度的蔗糖和果糖能够降低蓝莓花青素的稳定性；刘军波等[26]研究表明浓度低于50 g/L（5%）的蔗糖对蓝莓花青素没有显著影响，而高质量浓度蔗糖能提高稳定性。这些结果表明，高浓度糖类利于蓝莓花青素的稳定性。

3.7 其他食品添加剂

食品添加剂可以延长食物的保质期，同时还可以改善食品的感官性状，满足人们的感官需求，在食品加工过程中广泛使用。研究结果表明，VC 能够破坏花青素的结构使花色苷降解，而苯甲酸钠、0.15%的柠檬酸和苹果酸对蓝莓花色苷的稳定性有促进作用[25,27]。

3.8 其他因素

在食品加工过程中，除了以上因素对蓝莓花青素的稳定性有影响之外，有些加工条件也会影响蓝莓花青素的稳定性。如Nadiarid Jiménez 等[28]测定了黑莓汁样品在三个不同的水分活度下花青素的降解速率，结果发现随着水分活度从0.99 减少到0.34，花青素的降解速率常数从0.9×10-3/s 增加到3.5×10-3/s，这表明水分活度的减少对于花青素在高温下的稳定性具有负面影响。

4 蓝莓花青素的提取纯化

4.1 提取方法

目前，蓝莓花青素的提取方法主要包括有机溶剂提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法和酶法，也有将几种方法联用的，如超声法酶法提取和超声微波联用提取等。

4.1.1 溶剂提取法

溶剂提取法是花青素最常用的提取方法之一。由于花青素溶于乙醇和甲醇等醇溶液，因此通常使用乙醇或甲醇作为萃取剂，且花青素在酸性条件下稳定，通常在酸性条件下提取蓝莓花青素。

甲醇溶液是常用的蓝莓花青素提取溶剂，可以加入少量的盐酸或乙酸溶液来提高提取效率，并且通过调节料液比、提取温度和提取时间得到最佳的工艺条件[29,30]。但是甲醇溶液具有一定的毒性，且对环境不友好，因此常使用乙醇溶液作为提取溶剂[31]。

4.1.2 超声提取法

超声波使蓝莓的细胞壁及整个蓝莓果实的破裂在瞬间完成，缩短了破碎时间，同时超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散和溶解，从而显著提高提取效率。伍锦鸣等[32]采用响应面法分析优化蓝莓花青素超声提取工艺，得出蓝莓花青素的最佳提取条件为超声功率730 W、料液比1:18、提取时间40 min、提取温度55 ℃，此工艺条件下花青素提取率为5.79%。

4.1.3 酶法

酶可以分解植物组织，从而加速植物细胞内有效物质的释放，进而提高提取率。赵尔丰等[33]利用纤维素酶提取蓝莓果渣中的花青素，所得蓝莓果渣中花青素的提取率为4.12%。

4.1.4 其他方法

薄艳秋[34]对比分析了溶剂法及微波辅助提取法两种方法对花青素提取率的影响，结果表明微波辅助提取法的提取效果较好。Michael Schwarz 等[35]证实了高速逆流色谱大规模分离花青素的潜力，并且高速逆流色谱具有几个优势：载样量较高，分离溶剂成本低，不需要昂贵的固相萃取柱；操作条件温和。Wang Erlei 等[36]使用柱层析法结合半制备高效液相色谱法，成功地从野生蓝莓中分离出高纯度花青素混合物和花青素单体，建立了一个有效的分离高纯度花青素化合物的洗脱体系：首先在Amberlite XAD-7HP 柱中放入含有0.01%盐酸的乙醇水溶液（乙醇:水=35:65），然后在Sephadex LH-20 柱中放入含有0.01%盐酸的乙醇水溶液（乙醇:水=35:65）。

4.2 纯化方法

蓝莓花青素的粗提液中含有多种杂质，如蛋白质、糖、果胶等物质，为了提高产品的质量和延长产品的保质期，纯化蓝莓花青素的粗提液很有必要。

4.2.1 树脂法

大孔树脂吸附分离技术是采用特殊的吸附剂有选择地吸附有效成分，除去无效成分的一种提取精制的新工艺。该方法具有设备简单、操作方便、节省能源、成本低、产品纯度高、不吸潮等优点，目前树脂法是蓝莓花青素主要的提纯方法。Timothy J.Buran 等[37]研究发现Amberlite FPX66 树脂是从蓝莓水提取物中回收花青素和黄酮类物质最合适的树脂。

4.2.2 固相萃取法

Petko Denev 等[8]使用固相萃取（SPE）纯化5 种浆果（北美沙果、接骨木莓、红醋栗、黑莓和蓝莓）中的花青素，结果表明使用吸收剂Amberlite XAD7 进行固相萃取（SPE）是纯化含有如糖、酸、蛋白质、果胶等杂质的复杂提取物中花青素的一个快速、简单和可靠的方法。

5 发展前景

蓝莓中花青素含量较高，且功能性较好，是花青素的良好来源，已经在食品、医疗、化妆品等领域得到广泛应用。但是蓝莓花青素的稳定性较差，在生产过程中损失较多，如何最大程度上地保留花青素以及其生理活性的问题亟待解决。并且花青素在人体胃肠道中稳定性差，生物利用率低，而花青素的生物特性主要取决于生物利用率，因此如何提高花青素的生物利用率也是今后的重点研究内容。