花青素

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更新時間: 2013-09-27

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花青素(英語:Anthocyanidin)是一種水溶性的植物色素,存在於液泡內的細胞液中,常見於花、果實的組織中及莖葉的表皮細胞與下表皮層。其與糖類物質以糖苷鍵結合之後即為花色苷,與花的顏色、葉變紅等有關,是一種天然的抗氧化劑。可以隨著細胞液的酸鹼改變顏色。細胞液呈酸性則偏紅,細胞液呈鹼性則偏藍。

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1 花青素 -簡介

含有花青素的水果含有花青素的水果

花青素(Anthocyanidin),又稱花色素,是自然界一類廣泛存在於植物中的水溶性天然色素,屬黃酮類化合物。也是植物花瓣中的主要呈色物質,水果、蔬菜、花卉等顏色大部分與之有關。在植物細胞液泡不同的pH值條件下,使花瓣呈現五彩繽紛的顏色。在酸性條件下呈紅色,其顏色的深淺與花青素的含量呈正相關性,可用分光光度計快速測定,在鹼性條件下呈藍色。花青素的顏色受許多因子的影響,低溫、缺氧和缺磷等不良環境也會促進花青素的形成和積累。

花青素是一種水溶性色素,可以隨著細胞液的酸鹼改變顏色。細胞液呈酸性則偏紅,細胞液呈鹼性則偏藍。花青素是構成花瓣和果實顏色的主要色素之一。花青素為植物二級代謝產物,在生理上扮演重要的角色。花瓣和果實的顏色可吸引動物進行授粉和種子傳播 (Stintzing and Carle, 2004)。常見於花、果實的組織中及莖葉的表皮細胞與下表皮層。

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花青素是一種強有力的抗氧化劑,能夠保護人體免受自由基的有害物質的損傷,花青素還能夠增強血管彈性,改善循環系統和增進皮膚的光滑度,抑制炎症和過敏,改善關節的柔韌性。 

食品工業上所用的色素多為合成色素,幾乎都有不同程度的毒性,長期使用會危害人的健康。

2 花青素 -發現

含有花青素的水果含有花青素的水果

1928年,匈牙利科學家阿爾伯特在柑橘類的水果中發現了維生素C,並因此獲得諾貝爾獎,他被世人尊稱為維生素C之父。由於維生素C可針對性地治療壞血病,因而開始時維生素C被形象地稱為抗壞血酸。

阿爾伯特在實驗室里合成出了100%純度的維生素C,而合成的維生素C是從植物中提取的,是不純的「粗品」維生素C。人們推斷,合成維生素C對壞血病的治療作用應大大強於「粗品」維生素C。然而實驗結果卻正好相反,合成的純維生素C幾乎沒有抗壞血病的功效。

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阿爾伯特堅信他自己提取的維生素C中還含有一種神奇的物質,該物質與維生素C協同對抗壞血病。

二戰後,1947年的法國,物資極度匱乏。為了解決牲口的飼料問題,法國農業部決定將花生下腳料利用起來,這其中包括花生皮和花生仁的包衣。法國農民抱怨說他們的牲畜並不喜歡吃這種飼料。農業部的官員們想知道,法國的牲畜們為什麼如此挑食,是否是因為花生皮或仁的包衣中含有什麼有毒物質,農業部將這一研究課題委託給法國科學院,科學院將這一課題委託給法國波爾多大學(University of Bordeaux)研究生院,最後這一任務落在了當時正在波爾多大學研究生院做博士論文的馬斯魁勒身上。

馬斯魁勒出色地完成了任務,他首先證明這種飼料沒有任何毒性,然後推斷說,牲畜們之所以不喜歡吃是因為在花生仁的包衣中含有一種味道非常苦澀的「神秘物質」,這種「神秘物質」就是花青素。

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3 花青素 -來源

紫薯中富含花青素紫薯中富含花青素
其主要來源為紫薯、葡萄、紅醋栗、黑醋栗、草莓、蘋果、櫻桃等。在化學上,共已發現20種以上的花青素,其中有6種對食品較為重要,這6種花青素分別為Pelargonidin(深紅色)、Cyanidin(艷紅色)、Delphindin(藍紫色)、Peonidin(玫瑰紅)、Petunidin(紫色)及Malvidin(淡紫色)等。花青素分子中所存在的糖類有5種,其含量之多寡依續為葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖及阿拉伯糖。此外,這些糖類可以和酚酸或脂肪族酸進行基化作用,若將這些衍生物一併計入,則花青素的種類可達300種以上。

4 花青素 -基本結構

基本結構基本結構

花青素屬於酚類化合物中的類黃酮類(flavonoids)。基本結構包含2個苯環,並由一3碳的單位連結(C6- 花青素C3-C6)。花青素經由苯基丙酸路徑和類黃酮生合成途徑生成,由許多酶調控催化。以天竺葵色素(pelargonidin)、矢車菊素(cyanidin)、花翠素(delphinidin)、芍藥花苷配基(peonidin)、矮牽牛苷配基 (petunidin)及錦葵色素(malvidin)六種非配糖體(aglycone)為主。花青素因所帶羥基數(-OH)、甲基化(methylation)、糖基化(glycosylation)數目、糖種類和連接位置等因素而呈現不同顏色 (范和邱, 1998)。顏色的表現因生化環境條件的改變,如受花青素濃度、共色作用、液泡中pH值的影響 (Clifford, 2000)。

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化學結構

花青素分子量:287.246

分子式:C15H11O6

InChI=1/C15H10O6/c16-8-4-11(18)9-6-13(20)15(21-14(9)5-8)7-1-2-10(17)12(19)3-7/h1-6H,(H4-,16,17,18,19,20)/p+1

5 花青素 -種類

花青素的基本結構單元是2一苯基苯並吡喃型陽離子,即花色基元。現已知的花青素有20多種,主要存在於植物中的有:天竺葵色素(Pelargonidin)、矢本菊色素或芙蓉花色素(Cyanidin)、翠雀素或飛燕草色素(Delphindin)、芍藥色素(Peonidin)、牽牛花色素(Petunidin)及錦葵色素(Malvidin)。

自然條件下遊離狀態的花青素極少見,主要以糖苷形式存在,花青素常與一個或多個葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖等通過糖苷鍵形成花色苷。已知天然存在的花色苷有250多種。

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6 花青素 -功效與作用

花青素還能夠增強血管彈性,改善循環系統和增進皮膚的光滑度,抑制炎症和過敏,改善關節的柔韌性。

1.有助於預防多種與自由基有關的疾病,包括癌症、心臟病、過早衰老和關節炎;

2.通過防止應激反應和吸煙引起的血小板凝集來減少心臟病和中風的發生;

3.增強免疫系統能力來抵禦致癌物質;

4.降低感冒的次數和縮短持續時間;

5.具有抗突變的功能從而減少致癌因子的形成;

6.具有抗炎功效,因而可以預防包括關節炎和腫脹在內的炎症;

7.緩解花粉病和其它過敏症;

8.增強動脈、靜脈和毛細血管彈性;

9.保護動脈血管內壁;

10.保持血細胞正常的柔韌性從而幫助血紅細胞通過細小的毛細血管,因此增強了全身的血液循環、為身體各個部分的器官和系統帶來直接的益處,並增強細胞活力;

11.鬆弛血管從而促進血流和防止高血壓(降血壓功效);

12.防止腎臟釋放出的血管緊張素轉化酶所造成的血壓升高(另一個降血壓功效);

13.作為保護腦細胞的一道屏障,防止澱粉樣β蛋白的形成、谷氨酸鹽的毒性和自由基的攻擊,從而預防阿爾茨海默氏病;

14.通過對彈性蛋白酶和膠原蛋白酶的抑制使皮膚變得光滑而富有彈性,從內部和外部同時防止由於過度日晒所導致的皮膚損傷等。

7 花青素 -現存問題

紫甘薯花青素在不同PH值下的顏色變化紫甘薯花青素在不同PH值下的顏色變化

花青素同其他天然色素一樣無毒無副作用,安全性能高,著色色調自然,更接近天然物質的顏色,且具有保健功能。但是與合成色素相比較,花青素類色素也存在一些缺陷,花青素對pH值、溫度、光照、金屬離子十分敏感,穩定性差,如色調會隨pH的變化而發生明顯變化,在酸性環境中顯紅色,中性時顯紫色,鹼性時顯藍色。

花青素分子中存在高度分子共軛體系,具酸性與鹼性基因,易溶於水、甲醇、乙醇、稀鹼與稀酸等極性溶劑中,溶劑中通常用含有少量鹽酸或甲酸的甲醇做溶劑提取,其中的酸能防止非醯基化的花色苷的降解,然而在蒸發濃縮時這些酸會導致色素的降解。

在一些植物中,少量的酸會使醯基化的花色苷部分或全部的水解,在對從葡萄中提取花青素的多種方法進行了比較試驗證明,當溶劑中的HCI達到0.12mol/L時就能使醯基化的花色苷部分水解。簡單的提取純化工藝很難達到含量≥24%的標準,而歐洲國家利用他們自己擁有的提取純化技術,可使提取物的花青素含量≥36%。

2004年12月,美國密支根州立大學在《美國化學學會》(American Chemical Society)雜誌上刊登研究文章,指花色素有助提高身體的胰島素產量達50%。不過,研究尚在起步階段,還需更多研究。

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