花色苷提取方法研究进展

范业刚，曹利慧

（衡水学院 应用化学系，河北 衡水 053000）

花色苷是天然的类黄酮类多酚化合物，又名花色素、花青素，是高等植物代谢中产生的次级产物，在植物的根、茎、叶、花、果实中广泛存在[1]。植物花色苷不仅具有多种亮丽的颜色，可作为天然类食用色素用于食品添加剂中，绿色环保，安全性好；植物花色苷还具有较高的药用价值，主要体现在抗炎、抗氧化、抗肿瘤以及降低血糖、血脂等方面[2]。所以，植物花色苷无论在食品加工，还是在医药方面均有广阔的应用前景。科学、成熟的提取工艺和分离纯化技术，可最大限度地保留花色苷的生物活性，有利于花色苷在食品、药品、保健食品领域的开发应用。所以，从植物中高效地提取出花色苷，并选择合适的分离纯化方法显得特别重要。本文总结了近年来植物花色苷的提取和分离纯化方法，并说明了各种方法的特点，以期为花色苷的提取应用提供参考。

1 花色苷的提取方法

花色苷的研究中，提取工艺直接影响其提取效率和生物活性，是制约其扩大化生产的关键因素。科学、成熟的提取工艺可以防止花色苷降解，提高提取率，且使花色苷保留生物活性。近年来花色苷提取方法有浸取法、超声提取法、微波提取法、酶提取法、超高压提取法等。

1.1 浸取法

该法是传统方法。由于浸取方式不同，可分为浸渍法、回流提取法、索氏提取法等；根据花色苷提取中所选用溶剂的种类不同，浸取法可分为水提法、有机溶剂提取法，一般选用较多的有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮，且由于花色苷化合物在中性和碱性环境中不稳定[3]，所以一般在提取溶剂中加入少量酸，例如，盐酸或硫酸等无机酸、柠檬酸或醋酸等有机酸。所以，花色苷的提取多用水、醇、酸液作为溶剂，并配以不同的浸提方式进行提取。

1.1.1 水提法

该法提取花色苷具有生产成本低、无环境污染等优点，但提取效率不高，且提取液中有较多杂质，不易分离纯化。田野等[4]以水为溶剂提取“紫嫣”茶中的花青素，在单因素试验的基础上，用正交试验优化工艺条件。最佳水提条件为温度70℃，时间20 min及料液比1∶50，花青素含量为（2.290±0.122）mg·g-1，并在该条件下以“天青”茶为对照，比较了水提物对3 种癌细胞的抗癌活性。刘冰等[5]用柠檬酸酸性水溶液浸提火龙果果皮花色苷，单因素试验结合Box-Behnken响应面设计优化了其提取工艺。实验表明：当柠檬酸含量为8.80%，料液比1∶45（质量∶体积），浸提温度40℃，提取90 min，花色苷提取率最高，为10.61%，且实验重现性良好。余佳熹等[6]研究了影响玫瑰花色苷水提液稳定性的因素。结果表明，玫瑰花色苷的稳定性酸性条件下高于碱性条件，且柠檬酸的含量越高稳定性越高，另外高温和光照也会影响玫瑰花色苷的稳定性。该研究为玫瑰花的提取条件和在食品工业中的应用提供了理论依据。

1.1.2 有机溶剂提取法

该法比水提法的提取效率高，杂质较少，但相对成本较高。在有机溶剂中，乙醇由于安全无毒性，是使用较多的溶剂。李娜等[7]以枸杞为原料提取花色苷，在对比无水乙醇、石油醚、乙酸乙酯、丙酮四种有机溶剂的基础上，选用乙醇为溶剂，并采用浸渍法和索氏提取法两种方式进行枸杞花色苷提取。实验结果表明，采用浸渍法，提取溶剂为无水乙醇，提取时间90 min，温度40℃，料液比1∶20 时枸杞花色苷提取效率较高。郭梅等[8]以乙醇为溶剂，用柠檬酸调节pH，浸提黑米花色苷，研究了料液比、浸提pH、温度和时间对提取工艺的影响，并通过正交试验确定了提取黑米花色苷的最佳工艺参数：乙醇质量分数95%，料液比1∶45（g∶mL），pH为3.0，温度80℃，时间90 min，且浸提时间对色素提取率影响最大。冯靖等[9]以乙醇为溶剂，用盐酸调节pH，对葡萄皮色素进行浸提，单因素试验结合Box-Be-hnken 响应面模型得出了最佳试验条件。试验表明，用60%乙醇，调节溶液pH为1.0，控制液料比10∶1（mL/g），温度70℃，提取次数3 次时，葡萄皮色素提取浓度最高，为7.163 5 mg/g。李云霞[10]以新疆产黑果枸杞为原料，采用溶剂浸提法提取黑果枸杞总花色苷。通过响应面实验设计研究各个变量及其交互作用对黑果枸杞总花色苷浸提率的影响。由模拟回归方程，得到最佳浸提工艺条件：温度58℃，时间74 min，乙醇浓度65%，液料比55∶1（mL/g）。

植物花色苷存在于细胞液泡中，被细胞壁、细胞膜包裹，传统浸取法如果只采用浸渍、回流、索氏提取的方式，很难将花色苷完全提取出，所以，原料浸泡时间相对较长，提取样品较多时效率较低。为提高花色苷得率，实验者在传统浸取法基础上以超声波、微波、酶制剂、加压等方式对提取工艺进行优化。

1.2 超声提取法

该法借助超声波破坏了植物的细胞，溶剂能轻松进入，促进花色苷溶解，使提取效率大大提高，还可以减少实验溶剂的消耗。

文献显示，超声法提取花色苷所选用的溶剂还是以水和乙醇最常见，研究者主要从超声功率、超声温度、超声时间、料液比、溶液pH 等因素考查花色苷的提取率，并结合正交法或响应面法进行最佳工艺条件的确定。刘磊等[11]以超声水溶剂法提取北五味子花色苷，用响应面模型优化了提取工艺条件。实验发现，超声功率200 W，料液比1∶22（g/mL），超声87 min，温度57℃时，花色苷的提取率最高。晏晓清等[12]以通过单因素和正交实验，得到乙醇为浸提剂，超声波辅助法提取黑米花色苷的最佳提取参数，即料液比1∶7，乙醇浓度65%，超声功率300 W，超声时间10 min，超声温度55℃，pH 为5.0。于雅静[13]选用玫瑰花为原料，用超声辅助法提取花色苷，在单因素实验基础上，选取乙醇体积分数、提取温度、pH和提取时间为自变量进行响应面优化，最优提取条件下玫瑰花色苷得率为（10.07±0.098）mg/g，相对误差小。李静等[14]采用避光超声水提法和醇-盐酸浸提法联合提取黑米色素，并对比得到的黑米提取液的稳定性。结果表明，两种方法黑米色素的最大吸收波长不同，醇提色素在540 nm，水提色素在495 nm；醇提色素酸性介质中稳定性好，但热稳定性差，而水提色素的热稳定性较好；避光下两种方法色素提取液均有较好的稳定性，但醇提色素稳定性更佳。杨艳[15]采用超声辅助提取法和酸水浸提法联合提取黑萝卜花色苷，并通过单因素正交试验优化，对比两种方法对花色苷得率的影响。结果表明，在提取温度、液料比、pH值相同，在超声提取时间更短的条件下（超声时间30 min，浸提时间2.5 h），超声提取法的黑萝卜花青素得率明显更高（超声法得率为2.067 mg/g，浸提法得率为1.704 mg/g）。

超声辅助手段能够使提取效率得到提升，且溶剂消耗较少，但文献也显示超声波辅助会使花色苷提取液中含有大量糖类物质，提取液比较浑浊，会对后续的实验研究带来一定的不便；此外，使用超生辅助提取时超生功率和时间不宜过长，否则容易造成花色苷的分解。

1.3 微波提取法

该法在溶液浸提法的基础上利用微波的技术手段加以协助，在微波的作用下，植物细胞壁破裂，加快了植物中花色苷的提取进程。

曲燊宇等[16]分别用浸提、超声波、微波三种提取方法对水提紫甘薯色素废渣中的花色苷进行提取，单因素实验和正交实验相结合得到了最佳提取方法为微波提取法，此方法的最佳提取工艺条件：用pH 1.5柠檬酸溶液，控制料液比1∶20，微波功率708 W，提取4 min，最佳提取次数为2次。张晨萍等[17]采用微波法辅助提取刺玫红花色苷，在单因素的基础上用正交实验进行了工艺优化，并对刺玫红花色苷提取液的体外抗氧化性进行了研究。潘桦丽等[18]选用软紫草和硬紫草2种紫草为原料，采用微波法进行紫草素提取，并比较2 种紫草中紫草素的含量。正交试验结果表明，2种紫草中软紫草的紫草素得率高于硬紫草，用90%乙醇作溶剂，控制提取温度为80℃，料液比1∶12（g/mL）时，微波提取9 min，软紫草素的含量最高，为2.49%。金丽梅等[19]分别采用溶剂法、微波法、超声法、酶法四种方法提取红小豆种皮花色苷，响应面分析模型优化了最佳提取工艺条件，同时，研究了影响红小豆种皮花色苷稳定性的因素。实验结果显示：微波提取法提取红小豆花色苷效果最好，在微波功率463 W，料液比1∶30（g/mL），提取时间42 min时红小豆种皮花色苷含量最高。

微波提取法不但加速了花色苷的提取效率，还能不破坏花色苷的稳定性和生物活性，更适合应用于实际生产中。

1.4 酶解提取法

该法利用酶反应破坏植物细胞的纤维素、半纤维素、果胶等物质结构，使花色苷更易释放，从而提高提取率。可以进行花色苷提取的有淀粉酶、果胶酶、纤维素酶和蛋白酶等，其中纤维素酶和果胶酶是目前使用较多的两种生物酶。提取时根据植物成分的不同来进行酶的选择，也可以将两种或多种酶复合使用。

郑覃等[20]以果胶酶辅助溶剂提取黑果枸杞花色苷，在加酶量为0.10%时，依据响应面试验对提取时间、乙醇浓度、液料比、提取温度等工艺条件进行优化研究。唐功[21]对葡萄皮中花色苷用纤维素酶法进行辅助提取，单因素和正交试验相结合研究其工艺提取条件。实验结果表明：酶添加量1.2%，pH 为3.0，酶解温度45℃，料液比1∶15（g/mL），酶解时间30 min 是葡萄皮中花色苷的最佳提取工艺条件。康彬彬等[22]以纤维素酶∶果胶酶=2∶1 的复合酶对乌饭果花色苷进行提取，并研究了乌饭果花色苷提取液的体外抗氧化活性。结果表明:加酶总量234 U·g-1，pH为4.0，料液比1∶30（g/mL），酶解温度50℃，酶解时间180 min时乌饭果花色苷的含量最高；乌饭果花色苷提取液清除自由基能力弱于抗坏血酸，但抗脂质过氧化能力优于抗坏血酸。赵月等[23]采用α-淀粉酶和纤维素酶复配生物酶法提取黑米花色苷，研究了复配酶种类和用量、料液比、酶解pH 值、温度和时间对黑米花色苷得率的影响，并采用响应面分析法对工艺参数进行优化，花色苷得率为209.06 mg/100 g。

由于静止状态酶解需要的时间较长，所以，用酶解法提取植物花色苷时常用超声波辅助进行，以缩短提取时间。米佳等[24]采用超声波-果胶酶辅助提取黑果枸杞中花色苷，通过正交实验优化了提取工艺，并考查了花色苷提取液在不同光照、储存温度和密封条件下的稳定性。廖春燕等[25]采用纤维素酶-微波联合技术提取岗稔花色苷，用响应面法优化提取工艺，并与溶剂提取法、纤维素酶法和微波法进行了比较。结果表明，纤维素酶-微波联合提取法花色苷的提取量分别比溶剂提取法、纤维素酶法和微波法提高78.12%、31.23%和24.93%；最佳的工艺条件为纤维素酶添加量2.8%，液料比21∶1（mL/g），微波功率494 W，微波时间6.5 min，在此工艺条件下，花色苷提取量为56.98 mg/100 g。李楠[26]以超声辅助酶法提取新疆伊犁熏衣草花色苷，单因素实验和响应面试验研究相结合确定最佳工艺条件，并对不同温度和pH下薰衣草花色苷进行热降解动力学研究。实验结果表明：当果胶酶加入量为0.10%，pH 为3.0，乙醇浓度为50%，酶解温度50℃，酶解时间62 min，超声时间25 min时薰衣草花色苷得率达到最大；不同pH 下薰衣草花色苷热降解符合一级动力学方程；在相同pH下，花色苷降解与温度无关。

1.5 超高压提取法

该法是一项新兴天然活性物质提取技术，可以通过溶剂介质，均衡地给予物料100～1 000 MPa压力，并保持一定时间，以破坏植物细胞壁，从而使细胞内花色苷流通溶出，达到提取的效果。超高压提取法工作过程分为加压、衡压、卸压三个阶段，研究者主要从提取压力、保压时间、溶剂选择、料液比、溶液pH 等因素考查花色苷的提取效果，单因素结合正交法或响应面法进行最佳工艺条件的确定。

李鹏等[27]以乙醇为溶剂，采用超高压辅助提取桑葚花色苷，单因素试验和响应面分析法结合研究其最佳提取工艺，并分析其抗氧化活性。结果表明：提取压力430 MPa，乙醇浓度75%，料液比1∶12（g/mL）时花色苷的得率最大，明显优于传统热提取法；桑葚花色苷提取液具有较强的抗氧化活性，对DPPH 自由基和羟自由基的清除率随着花色苷质量浓度的增大而提高。王鑫等[28]利用超高压提取技术从蓝莓中提取花色苷，得出最优工艺参数组合：提取压力187 MPa，保压时间6 min，乙醇体积分数57%，料液比1∶29（g/mL）。蓝莓花色苷提取物体外抗肿瘤活性表明提取物可达到抗肿瘤效果。张唯等[29]以玫瑰花为原料，采用柠檬酸水溶液常温下超高压提取玫瑰花色苷，响应面优化的最佳工艺条件：提取压力400 MPa，保压时间6 min，柠檬酸浓度13.2%，料液比1∶25（g/mL）。稳定性试验结果表明：玫瑰花色苷在pH＜3.0，温度＜60℃时稳定性良好，金属离子Na+，Zn2+，K+对其稳定性无明显影响，氧化剂和还原剂会显著加快花色苷的降解。许志新[30]以65%乙醇-1%盐酸混合液为溶剂，采用超高压法对紫玉米穗轴和籽粒花色苷进行提取，响应面优化得到最佳工艺条件：提取压力270 MPa，保压时间2 min，料液比1∶35（g/mL），此条件下穗轴花色苷含量为（743.158±11.304）mg/100 g，籽粒花色苷含量为（552.381±9.12）mg/100 g。

超高压法提取花色苷操作简单，节省人工和时间，提高了提取的得率和效率。基于超高压提取法的众多优点，此技术应用于天然活性物质提取已逐渐成为新趋势。

1.6 其他方法

花色苷的提取方法还有超临界流体萃取法、加压溶剂提取法、高压脉冲电场提取法、双水相萃取法等。

夏一森等[31]采用超临界CO2流体萃取榛子壳棕色素，在单因素实验的基础上，采用响应面法优化提取工艺，最佳工艺为：夹带剂流速0.62 mL·min-1，萃取时间25.3 min，萃取温度39.0℃。张晓松等[32]采用加压溶剂法提取紫色马铃薯中的花色苷，并以超声波辅助提取法对比，用响应面法确定了最佳提取工艺参数。实验结果表明：在最优条件下，加压溶剂法花色苷提取量高于超声波辅助提取法，加压溶剂法提取量为200.13 mg/100 g，超声波辅助提取法提取量为139.30 mg/100 g。李明月[33]以山葡萄籽为原料，采用高压脉冲电场法提取原花青素，并用乙醇浸提、超声波辅助提取和微波辅助提取三种方法对比。响应面法试验结果表明，当脉冲数为10，电场强度为25 kV/cm，料液比为1∶21（g/mL），乙醇体积分数为63%时，原花青素得率最高，为8.23%，分别为乙醇浸提、超声波辅助提取和微波辅助提取的1.78倍、1.56 倍和1.63 倍。张增帅等[34]采用超声波辅助，使用乙醇/硫酸铵双水相体系提取桑葚色素，并研究了桑葚色素的体外抗氧化性。单因素试验和正交试验结果表明，pH为4.0左右时乙醇/硫酸铵双水相体系稳定，最佳工艺为硫酸铵质量分数16%，乙醇体积分数25%，超声功率300 W，超声时间30 min。

2 研究展望

花色苷的提取方法中，传统的溶剂浸取法节约成本，简便易行，但提取时间较长，超声和微波加以辅助缩短了提取时间，是目前使用最多的方法。双水相萃取法分离步骤少，分相时间短，无有机溶剂残留，具有除去大量杂质且不引起生物活性物质失活或变性等优点，可以广泛应用于天然产物的提取。超临界流体萃取法和高压脉冲电场提取法可以在低温或常温条件下进行，但设备价格昂贵，成本较高，广泛普及还有一定的难度。每一种提取方法在具备某种优点的同时还存在不足之处，将两种及以上的提取方法串联整合，将是未来提取方法的发展方向。