中国黑米花色苷研究现状及展望

 

由于食品加工业中常用的人工合成色素的安全性越来越多 地受到人们的关注，因此，天然色素的开发研究已成为食品 研究领域的热点。随着黑色食品的兴起，以及黑米花青苷色 素的工业化生产和应用的实现，使食品工业对黑米花色苷的 需求量日益增加，因此开展不同黑稻中花色苷种类的组成分 析、花青苷的药理学研究、黑米花色苷工业化生产技术及稳 定性等方面的研究就显得十分必要了。本文就近年来我国 黑米花色苷类色素有关研究工作做一综述。

 

1 黑米花色苷组分研究

 

黑米花色苷是由花青素在自然状态下与各种单糖结合 而成的糖苷化合物，而且一般是几种花色苷并存 J。钟丽玉等_7 J以上海农业科学院提供的黑全梗9l一53为材料，采用纸 色谱，紫外一可见扫描及气相色谱结合的方法，对黑米色素的 分子结构进行了鉴定。结果表明，黑米色素由5种化合物组 成，已鉴别出2种分别是矢车菊花色素一3一鼠李糖苷和芍药花 色素．3一阿拉伯糖苷。苏金为 用岩黑稻、岩紫糯2个黑米稻 品种糙米为材料，经组分分离鉴定认为花青素一3一葡萄糖及花 青素一3．鼠李葡萄糖可能是构成色素的组分。夏效东等 J用 高效液相色谱法测定黑米皮提取物中花色苷的成分及含量。

 

结果表明黑米皮提取物中矢车菊花色素一3一葡萄糖苷和芍药 花色素一3一葡萄糖苷的含量分别为25．7％ 和1．7％ 。Zhang 等_1 对黑米提取物进行结构解析，结果表明黑米提取物含 有4种花色苷类化合物，分别是锦葵素、天竺葵素 3．5-二葡 萄糖苷、矢车菊素一3一葡萄糖苷和矢车菊素。3，5 二葡萄糖苷， 根据黑米色素的理化性质分析，推断黑米色素(苷)以花青素 和翠雀素占主导。张福娣等“ 的研究结果表明，黑米花色 苷的基本结构与花青素一3一葡萄糖和花青素一3一鼠李葡萄糖相 似。王庆等－－ 采用等度洗脱的反相高效液相色谱法分析黑 米皮花青素及其色素在人体内的代谢转化情况，结果表明黑 米皮中花青素总含量约为2．31％，其中矢车菊素一3．葡萄糖苷 占1．87％ ，芍药素．3．葡萄糖苷占0．44％。孔令瑶等 列采用 液质联用技术(LC—MS)与毛细管电泳电化学检测(CE．ED)对 黑米色素进行定性分析，结果表明黑米色素组分分别是矢车 菊素．3一葡萄糖苷和芍药素一3．葡萄糖苷。Park等l141采用高效 液相色谱法和紫外可见分光光度法对花色素提取物进行定 性、定量分析。结果表明黑米花青素包括矢车菊素一3一葡萄糖 苷，花青素．3一葡萄糖苷，锦葵素一3一葡萄糖苷，天竺葵素．3一葡 萄糖苷和飞燕草素．3一葡萄糖苷。其中矢车菊素．3．葡萄糖苷的含量约占95％ ，花青素一3．葡萄糖苷含量约占5％ 。Mikihle— mori等_1纠利用高效液相色谱法一光电二极管阵列检测法 (HPLC．PDA)和电喷雾质谱法研究了黑米色素的组成和热稳 定性。结果表明黑米花色苷色素主要成分是矢车菊素．3一葡 萄糖苷(572．47 t,g／g，占91．13％)及花青素．3．葡萄糖苷(29． 78 p-g／g，占4．74％)。Konishi 16j用3％ 三氟醋酸溶液从紫黑 米中提取花青苷，毛细管电泳显示，紫黑米提取物中有一种 花青苷，经柱色谱纯化后确定它为矢车菊素一3．葡萄糖苷。

 

综上所述，以黑米、黑米皮或黑稻秆为实验材料，色素提 取物的组分有：矢车菊素一3一葡萄糖苷、矢车菊素一3，5-二葡萄 糖苷、矢车菊素．3．鼠李糖苷、芍药素．3一葡萄糖苷、芍药素．3． 阿拉伯糖苷、天竺葵素．3，5-二葡萄糖苷、锦葵素、锦葵素．3一半 乳糖苷等8种。由于黑稻品种不同，材料处理方法不同，提 取目的要求不同，市场流通的黑米提取物的花色苷成分也因 此有所不同。目前对于不同黑稻品种中花色苷组分分析和 比较方面的研究报道极少。

 

2 黑米花色苷的药理学研究

 

黑米色素的主要成份是黄酮花色苷类化合物，具有多种 生理功能 』。胡秋林_l 以纯化的黑米色素为材料，用小白 鼠做动物营养实验。结果表明黑米色素能提高其抗疲劳能 力和抗缺氧能力。夏效东等¨8_研究黑米花色苷提取物对 ApoE基因缺陷小鼠动脉粥样硬化晚期斑块的影响。结果表 明黑米花色苷提取物能显著降低小鼠血清的总胆固醇、总甘 油三酯以及低密度脂蛋白胆固醇水平，同时减少无名动脉处 的斑块面积，降低斑块中基质金属蛋白酶的含量。表明黑米 花色苷提取物能抑制小鼠动脉粥样硬化晚期斑块的进一步 发展。杨靖亚等_1 9_认为花青素是黄酮类化合物，具有很好 的抗氧化效果，能有效地抑制癌细胞的浸润和转移。秦玉 等 J观察黑米花色苷提取物胶囊治疗高脂血症的临床疗 效。结果表明黑米花色苷提取物胶囊具有明显的辅助降血 脂作用。胡艳等‘21j研究黑米花色苷提取物对高脂膳食诱导 大鼠肥胖的影响。结果表明黑米花色苷提取物能够改善高 脂膳食诱导的大鼠肥胖相关指标。Hu等l2 ]用体外模型实验 证实黑米中提取花色苷与一种含已知比例的矢车菊一3一葡萄 糖苷和花青素一3．葡萄糖苷的混合物的抗氧化活性和清除自 由基能力相同；可通过抑制小鼠巨噬细胞中氧化氮合酶的表 达来减少细胞毒性。这项研究表明，黑米中含有的抗氧化和 抗炎特性的花色苷色素，在保健食品或功能性食品的配方应 用上具有很大的潜力。Itani等_2纠对6个水稻品种(2种红 米，2种紫黑米和2种白米)的抗氧化活性和活性物质的不同 分布进行了比较。与白色去壳大米相比，红色和紫黑色去壳 大米的乙醇提取物具有较高的清除超氧阴离子和自由基能 力。这些活性物质大多存在于果皮和种皮，即米糠中。有色 大米中多酚远比白米丰富，而且其含量与其抗氧化作用是相 关的。在红色和紫色大米中，主要活性物质分别是单宁酸和 花青素。Zhang等 分析了黑米总抗氧化能力和清除活性 氧自由基能力及其与总黄酮和花色苷含量的相关性。黑米 的总抗氧化能力和清除自由基能力分别与其中的总黄酮和花色苷含量之间呈现极显著(P<0．O1)正相关性，表明黑米 的抗氧化作用与其中所含的黄酮和花色苷类物质关系密切。

 

此外，黑米色素对铁、酮、锌等具有络合作用。经常食用 黑米或黑米制品，就可补充铁，从而防止缺铁性贫血的产生。 目前，其药理学作用研究大多都处于动物试验阶段。由于黑 米花色苷提取物成分复杂，它的药理作用是某一种成分，还 是某几种成分联合起作用还不十分清楚。

 

3 黑米花色苷的提取、纯化研究

 

3．1 黑米花色苷提取研究

 

黑米色素提取受浸提时间、温度、料液比、溶剂、pH值等 诸多因素的影响。王银定等 2 ]对影响黑米色素提取的因素 进行正交试验得到最佳的条件组合为浸提温度40℃ 、浸提 时间1 h、物料比1：50、浸提剂为50％ 乙醇溶液。刘敬兰 等 J研究了黑米色素的提取方法及酸度、温度、光照等因素 对其稳定性的影响。结果表明，在65℃ 左右，酸度越高，浸 泡时间越长，提取量越大。以0．05 mol／L盐酸溶液浸提2 次，得色素胶质，提取率约为5．0％ 。刘锋等[驯将黑米加入 浸提罐中用水在20～4O℃静置浸泡；分别加入乙醇溶液，并 加热到4O～5O℃ ；循环浸提、真空蒸馏浓缩、经喷雾干燥得 到粉末状花色苷产品。赵权等[ ]以黑米为原料，通过单因 素试验和正交试验，最佳提取条件为75％ 乙醇溶液，料液比 1：8，温度30℃ ，时间30 min，在此条件下提取2次，黑米花色 素苷的浸提率可达94．40％ 。张名位等_2 采用的最佳工艺 条件则为60％ 乙醇溶液、料液比1：4、温度60℃ 、时间4 h，在 此条件下，1次浸提率达71．4％ ，2次浸提率达13．63％ ，2次 合计达85％ 以上。黄丽莎等 j用乙醇一水作溶剂从黑稻秆中 萃取黑米色素。结果表明在pH 2时，温度7O℃ ，时间6o min，60％ 乙醇溶液萃取的效果最好，萃取率为31．59％ 。曾 盔等_4 以黑米为原料，研究了影响黑米色素提取率的因素 (提取剂的种类、浓度、温度、pH值、时间等)。结果表明以 70％ 乙醇溶液(pH 2)，在70℃ ，每次提取90 min，提取率最 高。张福娣等 研究了以膳食黑米为原料制取黑米色素的 工艺步骤。采用正交试验法获得的最佳浸提温度80℃ ，时 间30 min，料液比1：10，浸提剂为50％ 乙醇溶液。钟岩等 5 J 对黑色素提取条件进行了研究，结果表明最佳提取条件为 50％ 乙醇溶液，料液比l：1O，pH 1．0的条件下，8O℃水浴中浸 提30 min。

 

目前，黑米花色苷类物质提取的材料主要有黑米、黑米 皮和黑稻秆。一般选择的提取溶剂主要有乙醇(多用50％ ～ 80％ 乙醇溶液)和少量的无机酸(盐酸、硫酸等)或有机酸(柠 檬酸、醋酸等)。花色苷存在于植物细胞的液泡中，被细胞 壁、细胞膜包裹，为提高色素得率，常采用加热、酶制剂(如淀 粉酶、果胶酶、纤维素酶和蛋白酶等)、超声波、机械破碎、微 波、冷冻和脉冲电场等技术破坏细胞壁和细胞膜，提高组织 细胞的渗透性，缩短提取时间，提高色素得率，改善产品的质 量。在应用过程中常将这些辅助方法组合使用，能够提高色 素的得率，但是辅助技术的使用条件、能源消耗等问题还需 要深入研究。

 

3．2 黑米花色苷的分离纯化研究

 

可用于黑米花色苷分离纯化的技术主要有大孑L树脂分 离技术，凝胶色谱技术，高速逆流色谱技术，膜技术等。张名 位等 29I以总抗氧化能力为活性跟踪指标，在去除黑米皮抗 氧化提取物中的杂质时，选用石油醚或正己烷进行脱脂处 理。通过静态与动态吸附性能比较，从8种大孔吸附树脂中 筛选出对黑米皮抗氧化活性物质吸附性能最好的树脂为 NKA．Ⅱ，最佳解吸剂为70％ 乙醇溶液。经NKA一1I吸附分离 后，黑米皮抗氧化提取物的总抗氧化能力提高4．00倍，总花 色苷含量提高4．01倍。张晴[31 通过大孑L吸附树脂精制后， 黑米色素的花色苷含量可达23．7％ ，色价为83，纯度远远高 于现行国家标准。侯方丽等_3 比较了5种大孔吸附树脂对 黑米皮花色苷的吸附纯化效果。结果表明AB 8大孔树脂对 黑米皮花色苷具有较好的吸附和解吸能力，是吸附纯化黑米 皮花色苷的最佳树脂类型，其最佳工艺参数为：上柱液pH 2， 样品质量浓度1．0mg／mL，吸附流速1．0mL／min，以70％乙醇 为解吸剂，洗脱速度为1．0 mL／min。

 

目前，采用大孔树脂已成为黑米花色苷色素分离纯化的 主流。由于溶剂法提取的黑米色素液仍含有较多的糖、有机 酸等杂质，产品质量差、稳定性低，应用困难。为获得纯度 高、质量稳定的产品，提取技术及纯化方法还需进一步改进。

 

4 黑米花色苷的稳定性研究

 

黑米花色苷稳定性涉及到花色苷本身的结构、浓度、质 量以及外界因素如光强度、温度、pH值、二氧化硫、辅色剂、 酶、抗坏血酸、糖及其降解产物、金属离子和金属离子综合作 用下的分子聚合、异构和降解等因素的影响。王锋等_2 认为 花色苷的苷元(花青素)是2一苯基苯并吡哺阳离子结构或黄 烊盐的多羟基和甲氧基衍生物。由于缺少电子而使它具有 强烈的反应性，加上母核上连接有多个羟基，使其不稳定，花 色苷的稳定性发生变化的具体表现是颜色发生变化，黑米花 色素褪色和失调严重影响了其应用。李莉蓉等[" 用比色法 研究了外界因素及5种杀菌工艺对黑米、黑大豆、黑玉米种 皮花色苷稳定性的影响。在避光、自然光和日光灯条件下稳 定性最好的是黑大豆花色苷，其次是黑米花色苷，最差的是 黑玉米花色苷。在相同温度条件下黑米和黑大豆花色苷的 稳定性较好，黑玉米花色苷的稳定性较差。孔令瑶等l】0 在 色素结构改造方面，研究了补充辅色素、脂酰化、与某些金属 离子络合和与花青苷结合进行糖基转化等可使黑米花色素 稳定性提高。食品中的护色主要就是利用花色苷的共色保 护作用实现的。这些研究对于改善色素的稳定性及其在食 品加工中的应用具有重要意义。

 

提高花色苷稳定性，主要采用使花色苷色素处于酸性环 境，尽量避光，在较低温度下贮存、添加合适的稳定剂等。在 色素结构改造方面，研究的主要内容包括补充辅色剂、脂酰 化、金属离子络合和与花青定苷结合进行糖基转化等，使黑 米色素稳定性提高。但黑米花色苷在食品和医药工业应用 中的稳定性问题仍需深入研究。

 

5 展 望

 

总之，黑米花色苷类色素作为一种天然食用色素，安全、 无毒、无异味、色彩鲜艳、资源丰富，而且具有一定的营养和 药理作用，在食品、医药、化妆品等方面有着较大的应用潜 力。但黑米花色苷类色素的工业化生产尚处于起步阶段。

 

目前，对于不同黑稻品种中花色苷组分的分析和比较方 面的研究报道较少；药理学作用研究大多都处于动物试验阶 段，其药理作用是某一种成分，还是某几种成分联合起作用 还不十分清楚；为获得纯度高、质量稳定的产品，还需对黑米 花色苷提取技术及纯化方法进一步改进。

 

弄清不同黑稻品种中花青苷的种类、分布和含量，筛选 花色苷含量高、稳定性好的黑稻品种，阐明黑米花色苷的药 理作用，开发新的提取、分离纯化技术，以便更好的去除杂质 提高色素品质，解决黑米色素应用的稳定性等问题仍然是今 后研究的重点。