花青素
花青素，也称为花色素，是一种溶于水的色素，属于类黄酮化合物。它由糖苷配基与一个或多个糖分子结合而成。纯净的花青素呈白色外观，具有苦涩的味道。花青素的颜色受pH值影响甚大，在中性环境下呈紫色，在酸性环境下变为红色，在碱性环境下呈蓝色。花青素分子中存在高度分子共轭体系，含有酸性与碱性基团，易溶于水、甲醇、乙醇、稀碱与稀酸等极性溶剂中，在紫外与可见光区域均具较强吸收，紫外区最大吸收波长在280nm附近，可见光区域最大吸收波长在500～550nm范围内。此外，阳光直接照射也会对花青素的稳定性产生一定影响。
花青素广泛存在于植物中。已知花青素有20多种，主要分布在27个科、73个属的植物中。在植物中，天竺葵色素、矢车菊色素、芍药色素、飞燕草色素、锦葵色素和牵牛花色素是最常见的。
由于其多种性质，花青素在食品行业得到了广泛的应用，并对人体的抗氧化、视力和抗炎等方面有着积极的意义。
历史
1947年，法国科学家马斯魁勒首次发现了花青素，并在随后的研究中陆续在葡萄、蓝莓、茶叶等植物中找到了这一成分。最早最丰富的花青素是从红葡萄渣中提取的葡萄皮红色素，该色素于1879年在意大利上市，可通过葡萄酒酒厂的废料葡萄渣提取。接骨木浆果中含大量矢车菊素型花青素，每百克鲜重含量达200~1000毫克。花青素与糖通过糖苷结合形成一类化合物，被称为花色苷[gān]。已知存在着20多种花青素，其中包括天竺葵色素、矢车菊色素、飞燕草色素、芍药色素、牵牛花色素和锦葵色素等常见可食用花青素，其主要形式是以糖苷为主。
花青素结构
花青素结构
花青素是由一个2-苯基苯并吡喃环和环上不同的取代基组成的化合物。游离的花青素很罕见，通常以糖苷形式存在，形成花色苷。
参考资料
种类
常见种类
天竺葵色素(Pelargonidin)
缔纹天竺素最初由草提取而得，呈现红棕色结晶，最大吸收波长为530nm。相比较容易提取的原料，中国樱草（Primula sinensis）含有的缔纹天竺素达到了3%（干重）。缔纹天竺葵属植物种植的含有超过22种以上。此外，缔纹天竺素也可以由山柰酚（Kaempferol）还原而生成。
矢车菊色素(Cyanidin)
矢车菊素最初是从紫色矢车菊花中提取的，经水解后得到。它是红棕色针晶，在200-220°间熔融。通常可以从金鱼草（Antirrhinum mejus）的淡紫色花瓣中提取。据记述，其糖苷有21种。矢车菊素可以由榔皮素还原而生成。
飞燕草甙是从翠雀属植物飞燕草的花中提取的化合物。它呈现出黑紫色片状晶体或巧克力糖棕色棱晶体，熔点高于350°C。其乙醇盐酸溶液在555nm下具有最大的吸收峰。方便提取该化合物的原料包括酸甜石榴汁和茄子的皮。已知存在9种飞燕草素甙（维管植物的叶子中普遍存在无色飞燕草素)。
弄岗报春苣苔色素(Peonidin)
3'-甲氧基缔纹天竺素最初是通过芍药甙的水解获得的。芍药素是一种棕色的针状晶体，已知有13种甙。
大花葵花色素(Malvidin)
锦葵（Malva sylvestris）的花瓣提取物是一种黑棕色针晶，该提取物在甲醇盐酸溶液中在274nm和547nm波长处表现出最大的吸收峰。已知该提取物含有10个以上的糖苷化合物。
碧冬茄色素(Petunidin)
矮牵牛素是从矮牵牛属(碧冬茄属)植物的花瓣中提取而得的天然色素。除了植物外，黑色的葡萄和红色的葡萄酒也含有这种色素。
其他种类
参考资料：
性质
pH对花青素的影响
花青素是水溶性色素，随细胞液酸碱度改变颜色。酸性时偏红，碱性时偏蓝。花青素稳定性受pH值影响大，电子缺失形态在pH变化时受电荷影响，导致化学结构变化。在不同pH下可转化为黄盐阳离子、型碱、假碱和查耳酮。pH为1时，主要为黄盐阳离子，溶液紫或红；pH在2-4间，失去C环氧上阳离子，变蓝的醌型碱。酸性溶液中与黄盐阳离子可发生可逆转化。pH升至5-6时，主要为假碱和查耳，二者可发生可逆转化，溶液无色。pH在4-6间，四种结构共存，通过黄盐阳离子在醌基和甲醇基间建立平衡。pH高于7时，花青素被降解。在强酸性条件下，以相对稳定的黄盐阳离子存在。
光照对花青素的影响
光对花青素的影响有两个方面。一方面，光照能够促进花青素的生物合成。另一方面，光照能够加速花青素本身的降解。长时间的光照会诱导花青素碳骨架在C2位上断开，形成C4羟基的降解中间产物。之后，这些产物会被氧化成查耳酮。而查耳酮进一步被氧化为苯甲酸及2，4，6-三羟基苯甲醛等终水解产物，从而导致花色苷被降解，颜色消退。光使花青素的降解也符合一级动力学反应。在有光和避光条件下，花青素的降解有显著差异。
应用领域
着色剂
花青苷是由花青素与一个或多个糖苷结合而形成的化合物。这种化合物被广泛应用于食品工业中作为一类重要的颜料，如越橘红、萝卜红、红米红、黑豆粉红、玫瑰茄红和桑葚红等。在现代社会中，花青素被广泛使用于食品工业，因其天然来源提高了消费者对食品的接受度。此外，花青苷能赋予食物鲜艳的色彩，而不具有毒性。相较于合成着色剂，较高剂量的天然色素也是被视为可接受的选择。在自然界中，花青素与植物体内的辅色剂和液胞中的Ｈ＋相互作用，从而使大自然中的植物呈现出红、紫、蓝等颜色，在植物生长过程中这些因素的变化及彼此的相互作用均受植物体基因的调控。
新鲜度指示器
花青素对pH值的变化非常敏感，因此可以将不同类型的花青素作为食品包装中的新鲜度指示剂，制造出指示膜或指示标签。通过观察指示膜颜色的变化，可以判断肉类的质量。然而，不同提取物中花青素的稳定性、对pH值的敏感度以及不同含量花青素的指示效果存在差异。因此，关于最适合作为食品包装新鲜度指示剂的花青素来源仍需要进一步研究。
生理作用
抗氧化
花青素是一种多酚黄酮，具有抗氧化作用。它能够清除多种氧自由基，增加细胞对氧自由基的吸收，并增强一些天然抗氧化酶的活性。青素主要通过以下途径发挥抗氧化作用：(1)清除或抑制活性氧和自由基，抑制脂质氧化等；(2)促进、激活天然抗氧化酶体系；(3)与金属离子合；(4)结合蛋白参与细胞信号通路及基因表达等途径。
视觉
一项研究对100名受试者进行了视疲劳实验。受试者每天饮用含有160毫克花青素的饮料，连续30天。通过眼部常规检查和视力检查，发现受试者眼胀、畏光和视物模糊等症状有所改善。实验前后的生化指标均正常。
抗炎抑菌
青素具有抗炎作用，其机制涉及多个方面，包括清除脱氧核糖核酸、调节雌激素活性、抑制脂质过氧化、抑制酶活性以及调节免疫反应的细胞因子物质等。具体机制包括：(1)抑制NF-KB、环氧化酶和各类白介素mRNA的表达水平；(2)降低c-反应蛋白水平和脂质过氧化作用；(3)减少小鼠巨噬细胞中NO产物，抑制iNOSmRNA水平；(4)激活NF—KB和丝裂原活化激酶信号传导通路的表达；(5)降低PGE浓度。
自然来源
花青素广泛存在于植物中。已经报导的花青素种类超过500种，主要分布在27个科、72个属的植物中。在植物中，天竺葵色素、矢车菊色素、芍药色素、飞燕草色素、锦葵色素和牵牛花色素是最常见的。其中矢车菊色素占比最多为43.5％，飞燕草色素次之占21.7％，再次是天兰葵色素，占比为10.9％，芍药，矮牵牛，锦葵色素分别占8.7％，8.7％，6.5％。
参考资料
生物合成
花青素是一种水溶性色素，其生物合成主要受细胞膜控制，并在一系列酶的作用下进行。经过一系列化学合成阶段后，花青素转化为冰醋和L-苯丙氨酸，最终在细胞质中形成色素，然后进入液泡通过液泡膜。花色素苷是花青素与一个或多个糖苷结合而形成的化合物。乙酸盐和苯丙氨酸是花青素的合成前体，可以通过不同途径合成。这两条途径会在查耳酮合成酶处相遇，并通过该酶催化合成查耳酮。随后，查耳酮经过酶的作用，形成花色素苷，其中携带两分子糖。
提取方式
直萃取取法
超声波提取是一种价格低廉、原理简单、操作简单的提取方法。它常用于从植物材料中提取花青素，如野樱莓和紫甘薯。然而，超声波提取存在效率低、提取时间长以及花青素易降解导致生理活性降低等缺点。
辅助提取法
超声波辅助
超声波辅助提取是普遍应用于自然产物成分提取的一种方法。在紫甘薯和蔓越莓的提取过程中，超声波辅助提取法被广泛采用。与传统的直接萃取法相比，超声波辅助提取法具有操作简单方便、易于分离纯化以及缩短提取时间的优势。这种方法为自然产物提取的研究提供了一种有效的工艺条件。
微波辅助
这种新方法克服了传统方法效率低、植物组织受热不均匀、提取率低等弊端，能够高效、节能地提取如藏红花和红甘蓝等植物组织细胞中的花青素。
酶法辅助
酶法提取蓝莓和紫薯时，使用了纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶等多种酶。选择适宜类型的酶有助于提高酶法的作用效率。
参考资料
Anthocyanins, grape.CAS.2023-09-06
Naturalpigments:Anthocyanins,carotenoids,chlorophylls,andbetalainsascolorantsinfoodproducts.知网节.2023-09-11