彩色馬鈴薯塊莖中花青素的研究進展

童 丹 楊 聲 韓黎明安志剛（甘肅中醫(yī)藥大學(xué)定西校區(qū) 定西師范高等專科學(xué)校（甘肅定西 743000）

彩色馬鈴薯塊莖中花青素的研究進展

童 丹1楊 聲2韓黎明2安志剛2（1甘肅中醫(yī)藥大學(xué)定西校區(qū) 2定西師范高等?？茖W(xué)校（甘肅定西 743000）

彩色馬鈴薯富含花青素，花青素具有多種藥理作用。本文通過檢索大量科學(xué)文獻，從花青素的結(jié)構(gòu)特點、提取方法、穩(wěn)定性及抗氧化性能四個方面論述了彩色馬鈴薯中花青素的研究進展，為進一步研究、開發(fā)、利用花青素提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

彩色馬鈴薯 花青素 提取純化 穩(wěn)定性 抗氧化性能

馬鈴薯是全球僅次于小麥、玉米和水稻的第四大糧食作物，同時又是一種深受人們喜愛的蔬菜。除了經(jīng)常見到的黃皮品種外，還有粉紅、紅、金黃、黑、淺紫和深紫色等皮肉色的馬鈴薯，稱為彩色馬鈴薯或特色馬鈴薯。彩色馬鈴薯不僅含有普通馬鈴薯所具有的淀粉、蛋白質(zhì)、多種微量元素和少量的脂肪，還含有豐富的花青素[1]。

花青素（anthocyanin）是一類廣泛地存在于植物中的水溶性天然色素，屬類黃酮化合物。自然狀態(tài)下花青素常與各種糖形成花青苷，表現(xiàn)出紅色、紫色和藍色等。花色素綠色安全、資源豐富，具有一定的營養(yǎng)和藥理作用，在食品、化妝品、藥品等方面有巨大潛力。國內(nèi)外研究表明，花青素具有抗突變、抗氧化、抗增生、預(yù)防心腦血管疾病、保護肝臟、抑制腫瘤細胞發(fā)生等多種生理功能，其抗氧化性能是維生素C的20倍，是維生素E的50倍，能夠有效清除氧自由基，有預(yù)防和治療100多種疾病的作用[2]。

1、花青素的結(jié)構(gòu)特點

花青素的基本結(jié)構(gòu)見圖1所示，6種常見花青素的結(jié)構(gòu)特點見表1[3]。

圖1 花青素的基本結(jié)構(gòu)

表1 6種常見花青素的結(jié)構(gòu)特點

由圖1和表1可知，花青素的基本結(jié)構(gòu)是3,5,7-三羥基-2-苯基苯并吡喃。由于B環(huán)各碳位上的取代基不同，形成不同的花青素。

研究發(fā)現(xiàn)，紅色馬鈴薯品種花青素主要為天竺葵素類色素衍生物，紫色馬鈴薯花青素主要為牽?；ㄉ亍⑸炙幧匮苌?。Harbome[4]和Lewis[5]等人研究確定彩色馬鈴薯花青素是一類含單一酰化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年從挪威紫色馬鈴薯中第一次發(fā)現(xiàn)其為一種含酰化咖啡酸的花青素衍生物[6]。

盧其能[7]測定馬鈴薯品種Chiefimn中紅色素主要為天竺葵素類色素花青素，品種YNZH中紫紅色素主要為飛燕草素類色素花青素。Eichhorn等人[8]對4種彩色馬鈴薯品種 Hermanns Blaue,Highland Burgundy Red,Shetland Black以及Vitelotte中花青素進行分析鑒定，發(fā)現(xiàn)除了Highland Burgundy Red以外的3種馬鈴薯品種所含花青素主要為牽?；ㄉ匮苌铮?Highland Burgundy Red品種所含花青素主要為天竺葵色素衍生物。在這4種品種中，只有Shetland Black 含有少量的芍藥色素。Rodriguezsaona[9]對33種紅色馬鈴薯進行了分析鑒定，發(fā)現(xiàn)其研究的紅色馬鈴薯所含紅色花青素主要是天竺葵素的酰化衍生物。

2、彩色馬鈴薯中花青素的提取方法

據(jù)報道，花青苷的提取方法主要有溶劑浸提法、超聲波輔助提取法、微波輔助溶劑提取法、微生物發(fā)酵提取法等[10]。

2.1 溶劑浸提法

目前國內(nèi)外對馬鈴薯花青苷的提取方法多以酸性溶劑提取法為主，乙醇對花青苷類物質(zhì)有極好的溶解性，完全無毒，來源廣泛，價格便宜，是最常見的提取溶劑，但考慮到單獨使用乙醇滲透性差，生產(chǎn)成本過高，故普遍采用酸性乙醇溶液直接對鮮薯或干薯制品進行花青苷提取[11]。

房巖強[12]等對影響馬鈴薯花青苷提取的因素進行正交試驗，得到最佳的提取工藝條件：乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，提取溫度50℃，提取時間90min，pH1.00，料液比10:1（mL/g）。實驗還得出，料液比和乙醇體積分?jǐn)?shù)是影響紫色馬鈴薯花青苷提取率的主要因素，其中，料液比影響最大，達到顯著水平，其次是乙醇體積分?jǐn)?shù)，也達顯著水平，時間和溫度有一定影響，均不顯著。

劉建壘[13]等研究了紫色馬鈴薯花色苷的提取條件，結(jié)果表明，用pH1.0、體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇作提取劑、在料液比1:10（g:mL）、50℃條件下恒溫浸提90min，提取效果較好，一次提取得率可達3.4%。

李倩等人[14]采用溶劑浸取法提取了彩色馬鈴薯中是花青苷，粗提液用乙酸乙酯除去脂溶性雜質(zhì)，再用XAD-7大孔樹脂柱層析純化，花青苷總量測定采用pH示差法，研究了塊莖形成和貯藏過程中花青苷的種類及含量變化。結(jié)果表明，在塊莖發(fā)育過程中，不同馬鈴薯基因型塊莖中花青苷出現(xiàn)的時間與含量多少各有差異，顏色較深的基因型花青苷達到最高含量的時間先于顏色淺的基因型，且不同組分的出現(xiàn)與積累變化規(guī)律基本上與花青苷的合成順序一致；在常溫和低溫貯藏過程中，花青苷的含量均呈下降趨勢，但下降比例并無明顯差異。

楊曉輝等人[15]對“黑美人”馬鈴薯花青素的提取工藝進行了優(yōu)化，最佳提取工藝條件為：料液比1:9，乙醇體積分?jǐn)?shù)75%，浸提溫度60℃，浸提時間40min。

陽翠等人[16]以紫色甘薯細粉為原料，比較不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（體積分?jǐn)?shù)）檸檬酸、乙醇、鹽酸對紫甘薯花青素的的提取效果。正交試驗結(jié)果表明其最佳的提取工藝參數(shù)為：0.5%鹽酸溶液為提取劑、料液比為1:20、提取溫度60℃，提取4次，每次2h，提取效率最高。

2.2 超聲波-溶劑浸提法

超聲波由于其高頻特性而被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，在物質(zhì)的提取上也有著很廣泛的應(yīng)用。超聲波具有應(yīng)用前景好，操作簡單，快速高效，生產(chǎn)過程潔凈無污染等優(yōu)點，因此得到了廣大學(xué)者的認(rèn)可。

秦紫馨[17]等人在超聲波法萃取下，用酒石酸酸化乙醇溶液作為提取劑提取紫薯花青素。結(jié)果表明，提取的最優(yōu)條件是：0.5%酒石酸-95%乙醇溶液（50:50，V/V）作為提取劑，物料比為1:50，超聲（40Hz）提取30min，提取率達到1.003mg/g。

張俊霞[18]等人采用不同方法對紫土豆中花青素進行了提取、純化和分析。結(jié)果表明，紫土豆花青素最佳提取條件為：采用檸檬酸結(jié)合超聲的方法，料液比1:5，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，浸提溫度37℃，浸提時間1h。

楊玲等人[19]研究了紫羅蘭馬鈴薯花青素的提取條件。結(jié)果表明，用料液比1g:30mL，95%乙醇-1.5mol/L鹽酸作提取劑，在50℃恒溫下超聲30min，提取3次，提取效率較好。

徐博[20]以紫甘薯為原料，在超聲波輔助酸化乙醇條件下浸提花青素。結(jié)果表明，提取時間為100min，提取溫度為60℃，物料比1:40，提取劑為0.1%鹽酸與95%乙醇溶液時，花青素的提取效率最高。

2.3 微波輔助溶劑提取法

倪勤學(xué)等人[22]研究了微波輔助提取紫馬鈴薯花色苷的工藝條件。正交實驗結(jié)果表明，微波輔助提取的工藝條件：提取時間40s，微波功率480W，料液比1:70，提取溶劑0.11%鹽酸水溶液，提取液花色苷含量達到3.649mg/鮮紫馬鈴薯（g）。

3、花青素的穩(wěn)定性能研究

房巖強[23]等研究了pH值、溫度、光照對色素的影響，探討在金屬離子、氧化還原劑、防腐劑、食鹽、葡萄糖等存在的條件下花色苷的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，紫色馬鈴薯花色苷在可見光范圍內(nèi)的最大吸收波長為536nm，為水溶性色素；70℃以內(nèi)比較穩(wěn)定，pH值對色素有顯著影響，在酸性條件下較為穩(wěn)定；金屬離子Al3+、Zn2+、Na+、Ca2+對色素色澤無不良影響，而Sn2+、Fe3+影響顯著；色素耐氧化性、耐還原性差，且光照能加速色素降解；防腐劑、食鹽及葡萄糖等常用添加劑對色素?zé)o影響。

秦紫馨[17]等人探討了不同金屬離子、酸度、溫度等對紫薯色素穩(wěn)定性影響。實驗結(jié)果表明，在5~60℃溫度范圍內(nèi)紫薯花青素穩(wěn)定性良好，pH為1~4范圍內(nèi)花青素色澤良好，金屬離子Cu2+、Ag+、Fe3+影響紫薯色素的穩(wěn)定性。

楊曉輝等人[15]研究了pH值、溫度、貯藏條件等因素對“黑美人”馬鈴薯花青素穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明，pH值、溫度、貯藏條件均不同程度的影響其穩(wěn)定性。

倪勤學(xué)等人[22]研究了光、熱、pH值、氧化劑、還原劑、金屬離子對花青素穩(wěn)定性的影響。研究表明，紫馬鈴薯花色苷具有較差的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，應(yīng)避免光照和高溫；氧化劑H2O2對其穩(wěn)定性有較大的影響；在酸性條件下穩(wěn)定性較好；金屬離子和常用食品添加劑對紫馬鈴薯花色苷色素穩(wěn)定性的影響較小。

楊玲等人[19]研究了pH值、金屬離子、熱、光、抗壞血酸、氧化還原劑對花青素穩(wěn)定性的影響，表明該色素在室溫和低溫（冰箱中）下避光存放時穩(wěn)定性較好，可長期放置；但在長時間受熱或日光直射時，穩(wěn)定性顯著下降。金屬離子對該色素影響較小，其中Fe2+使色素穩(wěn)定性下降，而Al3+對其具有較強的增色作用。同時，該色素對抗壞血酸、Na2SO3和H2O2較敏感。

4、花青素的抗氧化性能研究

孫健等人[24]研究了不同品種紫甘薯對DPPH自由基清除率平均為91.76%，說明紫甘薯花青素抗氧化活性較高。濟黑1號對DPPH 自由基清除率最高，為99.56%，其次為綾紫，為99.47%。

殷麗琴等人[25]采用DPPH自由基法測量花色苷的總抗氧化活性，表明總花色苷含量越高，彩色馬鈴薯的抗氧化活性越強。

魏蕾等人[26]從三個方面研究花青素的抗氧化能力，一是有效地清除超氧陰離子自由基O2-，保護和穩(wěn)定維生素C；二是抑制脂質(zhì)氧化，花青素通過參與脂質(zhì)代謝，阻斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，保護脂質(zhì)不發(fā)生過氧化損傷；三是和金屬Cu2+等螯合形成花青素的復(fù)合物，它能穩(wěn)定存在于生物機體內(nèi)，這與人類的生活和健康密切相關(guān)。

吳春等人[27]用葡萄籽提取花青素抗氧化性能研究，實驗結(jié)果表明，原花青素對亞油酸的抗氧化性能介于PG和VE之間。

陸茵等[28]在探討花青素與腫瘤化學(xué)預(yù)防機制時，發(fā)現(xiàn)花青素對巴豆油誘發(fā)的小鼠肝線立體脂質(zhì)過氧化具有明顯的抑制作用。

李倩等人[14]研究了彩色馬鈴薯花青苷的抗氧化性，結(jié)果表明，幾種彩色馬鈴薯基因型塊莖均有一定的清除DPPH·和ABTS+能力以及Fe3+還原能力，但不同基因型間抗氧化能力存在差異。

5、結(jié)束語

花青素作為二十一世紀(jì)科學(xué)研究的亮點，在許多領(lǐng)域彰顯著它的不同凡響。目前國內(nèi)外在花青素提取、穩(wěn)定性、抗氧化性能方面的研究已經(jīng)取得很大進展，各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，為紫色馬鈴薯中花青素的利用提供了技術(shù)保障。但是，花青素的研究多集中于提取溶劑和提取方法的選擇，而對花青素的后續(xù)應(yīng)用的研究較少，比如醫(yī)用保健功能、美容效果等。很多提取技術(shù)尚處于實驗室階段，規(guī)?；瘧?yīng)用研究相對較少。

[1]謝慶華，李智，李月秀.特色馬鈴薯的綜合利用[J].中國馬鈴薯，2003,17（06）：362-363.

[2]C astaneda-Ovando A,Pacheco-Hernandez M d L,Paez-Hernandez M E,et al.Chemical studies of anthocyanins:A review[J].Food Chem,2009,113(4):859-871.

[3]潘牧，雷尊國，鄧寬平.彩色馬鈴薯花青苷研究進展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2010，23（08）：66-69.

[4]H a r b o r n e J B,P l a n t polyphenols.1.Anthocyanin production in the cultivated potato[J]. Biochem J,1960,74(2):262-269.

[5]Lewis C E,Biochemistry and regulation of anthocyanin synthesis in potato and other tuber-beating Solanum species[D]. Christchurch,NewZ ealand:University of Canterbury,1996.

[6]Fossen T,Ovstedal D O,Slimestad R,et al.Anthocyanins from anorwegian potato cuhivar[J]. Food Chem,2003,81(3):433-437.

[7]盧其能，楊清.馬鈴薯花色苷種類含量和穩(wěn)定性初步研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007,35(16):4811-4813.

[8]E i chhorn S,W i nterhalter P.A nthocyanins from pigmented potato(Solanum tuberosum L)verieties[J].Food R es Int,2005,38(8/9):943-948.

[9]R odriguez-Saona L E,R E W,MM G.Anthocyanin pigment composition of R edfleshed potatoes[J].J Food Sci,1998,63(3):458-465.

[10]陸國權(quán)，邱永軍，樓曉波.紫心甘薯紅色素提取工藝技術(shù)研究[J].浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1997，23（1）：1-6.

[11]楊智勇，李新生，馬嬌燕，等.彩色馬鈴薯花青苷研究現(xiàn)狀與展望[J].中國釀造，2013,32（7）：5-8.

[12]房巖強，劉建壘，趙麗，等.紫色馬鈴薯花色苷的浸提工藝研究[J].中國糧油學(xué)報，2009,8：151-154.

[13]劉建壘，房巖強，劉聰，等.紫色馬鈴薯花色苷的提取及性質(zhì)研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2009,7：184-187.

[14]李倩，柳俊，謝從華，等.彩色馬鈴薯塊莖形成和貯藏過程中花青苷變化及抗氧化活性分析[J].園藝學(xué)報，2013，40（7）：1309-1317.

[15]楊曉輝，葛云葉，汪嶺.“黑美人”馬鈴薯中原花青素的提取工藝優(yōu)化及穩(wěn)定性分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（29）：18256-18257.

[16]陽翠，秦廷豪，李曉梅，等.紫甘薯花青素提取工藝參數(shù)優(yōu)化[J].西南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013,38（7）：69-72.

[17]秦紫馨，劉芳.紫薯花青素的提取優(yōu)化及穩(wěn)定性分析[J].廣東化工，2013,21：73-75.

[18]張俊霞，馮永淼，陳琦，等.內(nèi)蒙古武川縣紫土豆中花青素的提取工藝優(yōu)化[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013,34（6）：115-119.

[19]楊玲，劉利軍，蒙春梅.紫羅蘭馬鈴薯花青素的提取及穩(wěn)定性研究[J].2009,30（6）:180-185.

[20]徐博.紫甘薯花青素的提取純化工藝[J].科建園地，183.

[22]倪勤學(xué)，高前欣，霍艷榮，等.微波輔助提取紫馬鈴薯花色苷及其穩(wěn)定性的研究[J].食品科技，2011,36（4）：170-175.

[23]房巖強，劉建壘，李恬，等.紫色馬鈴薯花色苷理化性質(zhì)研究[J].食品科學(xué)，2009，23:171-174.

[24]孫健，王洪云，鈕福祥，等. 不同品種紫甘薯花青素含量及抗氧化活性差異[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2013，41（12）：323-324.

[25]殷麗琴，韋獻雅，鐘成，等. 不同品種彩色馬鈴薯總花色苷含量與總抗氧化活性[J]. 食品科學(xué)，2014，35（05）：96-100.

[26]魏蕾，呂佳飛，李志洲. 花青素的提取純化、抗氧化能力及功用方面的研究進展[J]. 氨基酸和生物資源,2009，31（04）：83-86.

[27]吳春，陸海燕，代麗君，等.原花青素的抗氧化活性研究[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005,21(4):457-460.

[28]陸茵，孫志廣，趙萬洲，等.原花青素抗促癌物誘發(fā)H2O2釋放及脂質(zhì)過氧化[J].中國藥物理學(xué)通報，2001，17(5):562-565.

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

甘肅省自然科學(xué)基金項目（1506RJZJ327）。