花青素的提取及其在食品中的應(yīng)用研究

郭亞琳　劉瑞祥　曹有福

摘要花青素是一類屬于黃酮類的水溶性天然色素，廣泛存在于橙色、紅色、紫色和藍色的食品中。探索花青素的提取方式、功能性及其在食品中的應(yīng)用潛力，其中重點探討了花青素的微膠囊化工藝，為花青素的進一步深入研究提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞花青素；提取方式；功能性；食品；應(yīng)用潛力

中圖分類號TS202.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2018）25-0019-03

Study of Extraction of Anthocyanin and Its Application in Food

GUO Yalin，LIU Ruixiang，CAO Youfu et al

（China National Food Machinery Quality Supervision and Testing Center，Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences，Beijing 100083）

AbstractAnthocyanins are watersoluble natural pigments belonging to flavonoids，widely found in orange，red，purple and blue foods.The extraction method，function and application potential of anthocyanin in food were explored.The microencapsulation process of anthocyanin was mainly discussed.This study provides a reference for further research on anthocyanin.

Key wordsAnthocyanin；Extraction methods；Functionality；Food；Application potential

花青素是一類屬于黃酮類的水溶性天然色素，廣泛存在于橙色、紅色、紫色和藍色的食品中?；ㄇ嗨鼐哂辛己玫闹阅?，越來越多的研究也表明花青素不僅可以作為一種食品抗氧化劑，而且對心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癌癥、糖尿病等的防治卓有成效。然而，花青素在加工和儲存過程中對環(huán)境條件（如溫度、pH、光、水、氧氣、金屬離子等）的穩(wěn)定性較低，使其在食品中的應(yīng)用面臨著巨大的挑戰(zhàn)。目前研究表明，花青素溶液中添加金屬離子，調(diào)節(jié)pH，添加酪蛋白、乳清蛋白等都可提高它的穩(wěn)定性；另外，花青素微膠囊化、花青素酰基化以及添加輔色劑也對提高花青素穩(wěn)定性具有較好的作用[1]。但是花青素的微膠囊化因其對機體內(nèi)的自由基具有較好的清除能力，可增加超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等抗氧化酶活性，顯著地提高細胞的總抗氧化能力，提高細胞的存活率[2]，而成為一項發(fā)展較為迅速的高新技術(shù)，并使其在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用成為可能。在花青素的微膠囊化過程中，微膠囊的壁材可以起到保護作用，提高其在不同環(huán)境中的穩(wěn)定性。常見的膠囊壁材包括海藻酸鈉、脂質(zhì)體、果膠、殼聚糖等。微膠囊化后的花青素更容易處理，且成功率高，穩(wěn)定性好。因此，筆者主要探索花青素的提取方式、功能性及其在食品中的應(yīng)用潛力。

1花青素對人體的影響

除著色性能外，花青素呈現(xiàn)較強的抗氧化性，這將有助于預防神經(jīng)系統(tǒng)疾病[3]、心血管疾病[4]、癌癥[3]、糖尿病、炎癥和許多其他的疾病[5]。花青素對人類的影響使得越來越多的研究者們開始對天然著色劑花青素的潛力進行研究。研究主要涉及以下幾個方面：花青素純化及分離工藝[6]，花青素在食品中的應(yīng)用[6]，花青素的穩(wěn)定性[7]等。

2花青素提取方式

花青素提取方式的選擇取決于許多因素，如提取效率、花青素的降解程度、經(jīng)濟因素、環(huán)境因素、提取過程的可行性等[8]。常見的花青素提取方式有超聲波提取法、微波提取法、有機溶劑提取法、超臨界流體萃取等。

2.1有機溶劑萃取法

鹽酸和甲醇是應(yīng)用較多的提取溶劑[9-10]，Jing 等[11]采用酸化后的甲醇提取蘿卜花青素也取得了較好的效果。采用正交試驗分析得出刺葡萄籽中花青素的最佳提取工藝：70%乙醇作為提取劑，料液比（W/V）為1∶7，溫度為60 ℃，時間為2 h[12]。目前，有機溶劑的提取已經(jīng)成功應(yīng)用于葡萄籽、藍莓、石榴皮等絕大多數(shù)的富含花青素物質(zhì)的提取中。

2.2超聲波提取法

超聲波能夠加速活性成分的溶出，提高花青素提取效率。溫度為60 ℃，乙醇濃度為90%，處理時間為60 min的條件下，紫薯中花青素的提取率最高，為（214.92±11.59）mg/100 g（DW）[8] 。此外，顧紅梅等[13]的試驗結(jié)果也顯示，超聲波法提取效率高，對花青素的破壞程度小。

2.3微波提取法

微波不僅具有較強的穿透力，而且其產(chǎn)生的能量可促進分子運動，起到升溫的作用。顧紅梅等[13]和Liazid 等[14]用微波輔助提取法，分別提取紫玉米芯、紫皮葡萄中的花青素，所得結(jié)果都顯示，微波輔助提取法效率顯著高于傳統(tǒng)的溶劑提取方式。

2.4超臨界流體萃取

超臨界流體萃取是利用溫度和壓力對超臨界流體溶解能力的影響而進行提取的一種方式。在超臨界狀態(tài)下，待分離的物質(zhì)與超臨界流體接觸后，極性大小、分子量大小、沸點高低不同的成分依次被萃取出來[15]。其最大的優(yōu)點是提取率高，可低溫操作，無溶劑殘留，萃取能耗較低[16] 。然而，由于花青素的極性，花青素的提取需要高壓力和高比例的有機溶劑[17]。采用超臨界CO2萃取從葡萄籽中提取葡萄籽油，水-醇溶液和加醇沉淀技術(shù)粗提萃取剩余物中原花青素，原花青素含量高達97.82%[18]。

溶劑萃取法操作簡單，但提取時間長，溶劑消耗較多，并且會對環(huán)境造成一定的污染，超聲波法和微波法雖然對設(shè)備要求較高，但萃取時間較短，萃取率較高[19]。一系列提取方式的不斷改進，使得花青素的提取效率大大提高，也使得花青素在食品中的應(yīng)用成為了可能。

3花青素在食品中的應(yīng)用

花青素可協(xié)助酸奶表現(xiàn)出特有的風味，又增添了其獨有的保健功能。紫薯酸奶的最佳發(fā)酵工藝為白砂糖添加量7%，發(fā)酵溫度41 ℃，發(fā)酵時間6 h[20]。此外，桑葚花青素和藍莓花青素也被應(yīng)用于酸奶產(chǎn)品的制作過程中，均得到發(fā)酵香味和果香味皆具的酸奶[21]。紫甘薯花青素在冰激凌中最佳添加量為200 mg/kg，其羥基自由基清除率為87%，大大高于同濃度的抗壞血酸[22]。紫甘薯酒發(fā)酵的最佳工藝條件為酵母接種量3%，發(fā)酵液pH 3.8，溫度為18 ℃[23]。紫甘薯飲料的最佳工藝為料液比1∶3，pH 4.5～5.0，淀粉酶、果膠酶的添加量分別為0.03%和0.04%，溫度50 ℃，時間30 min[24]。此外，花青素也可用來鑒定葡萄酒優(yōu)劣[25]。

然而，花青素在加工和儲存過程中對環(huán)境條件（如溫度、pH、光、水、氧氣、金屬離子等）的穩(wěn)定性較低，其在食品中的應(yīng)用依然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

研究表明，花青素的微膠囊化能夠顯著提高花青素的穩(wěn)定性，能夠大大提升花青素在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力[26]。微膠囊技術(shù)就是將固體、液體或氣體包埋、封存在一種微型膠囊內(nèi)的技術(shù)，這樣能夠保護被包裹物質(zhì)，使之與外界環(huán)境隔絕，從而最大限度地保持物質(zhì)的原有特性[27]。室溫光照條件下，微膠囊化后花青素35 d后的保留率仍在80%以上，而未處理的花青素在14 d后已明顯氧化[28]。

在花青素的微膠囊化過程中，壁材作為保護層，可起到防止外界惡劣環(huán)境接觸被包裹物質(zhì)的作用。常見的微膠囊化壁材主要有麥芽糊精、阿拉伯膠、海藻酸鈉、脂質(zhì)體、果膠、殼聚糖、木薯淀粉、葡萄糖糖漿和大豆分離蛋白等[29-30]。研究表明，阿拉伯膠及β-環(huán)糊精作為壁材時，最佳工藝條件為固形物含量20%，芯材∶壁材（質(zhì)量比）為2∶5，壁材中阿拉伯膠∶β-環(huán)糊精（質(zhì)量比）為3∶5，微膠囊包埋效率達985%[27]。β-環(huán)糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠作為復合壁材，花青素微膠囊化的最佳工藝條件：總固形物含量為200 g/L，芯材∶壁材（質(zhì)量比）為3∶97，β-環(huán)糊精∶麥芽（質(zhì)量比）為1∶2，阿拉伯膠∶總固形物（質(zhì)量比）為7.5%，花青素微膠囊產(chǎn)率可達7864%，并且，藍莓花青素在微膠囊化后光和熱穩(wěn)定性明顯提高[31]。Zuhaili I等[32]觀察到花青素的微膠囊化過程中，麥芽糖糊精和阿拉伯膠的組合可達到最高的包封效率、最長的保質(zhì)期和最小顏色的變化。大豆分離蛋白-麥芽糊精（SPI -DE）作為藍莓花青素微膠囊壁材的最佳工藝為固形物含量為150 g/L，SPI∶DE（質(zhì)量比）為 3∶7，芯材∶壁材（質(zhì)量比）為4∶96，其微膠囊產(chǎn)率為 79.53%，效率為 92.48%[31]。Berg等[33]研究了不同果膠對花青素微膠囊化的影響，結(jié)果顯示，柑橘果膠和甜菜果膠能夠提高微膠囊的持水力，進而提高其穩(wěn)定性。錢明雪等[34]的試驗結(jié)果表明，藍莓花青素微膠囊的最佳包埋工藝條件為芯材為2%海藻酸鈉，17∶60的芯壁比，成形劑為1.26% CaCl2，包埋率可達87.5%。

目前應(yīng)用于食品工業(yè)中的微膠囊化方法有：噴霧干燥法、噴霧冷卻固化法、相分離法、銳孔法等[27]，應(yīng)用較多的主要是噴霧干燥法[35]，其基本過程分為3個階段：壁材的溶解、芯材的乳化和噴霧干燥[36]。阿拉伯膠因其水溶性較好，溶解度低，乳化性和成膜性極佳，是目前噴霧干燥微膠囊化使用較多的一種壁材。

Zuhaili I等[32]應(yīng)用噴霧干燥法制備花青素微膠囊，與未包埋的噴霧干燥粉末比較，保存率較高，尤其是用麥芽糊精與阿拉伯膠結(jié)合做微膠囊壁材的效果最好，達到了最長的保存期和最小的色素改變。阿拉伯膠和β-環(huán)糊精（比例為3∶5）為壁材，噴霧干燥進料速度為40 mL/min，進風口溫度為190 ℃時，紫薯花青素微膠囊的包埋率高達91.84%[37]。劉云海等[38]以Sigma公司的花青素為芯材、麥芽糊精和環(huán)狀糊精為混合壁材，噴霧干燥法制備了花青素微膠囊，取得了較好的效果。

4展望

綜上所述，花青素的微膠囊化有助于提高花青素的穩(wěn)定性，因此越來越多的學者開始關(guān)注噴霧干燥法微膠囊化提升花青素的穩(wěn)定性這一領(lǐng)域。但采用其他技術(shù)進行花青素的微膠囊化仍然是一個未知的領(lǐng)域，因此，更多的注意力需要集中到探索該研究領(lǐng)域并進行嚴格的監(jiān)控。另外，花青素微膠囊化對食品的感官及風味的影響也有待于進一步探索，以提高富含花青素的食品品質(zhì)。

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