耐盐紫甘薯花色苷的提取纯化与组分分析及其抗氧化性研究初稿毕业论文.doc

耐盐紫甘薯花色苷的提取纯化与组分分析及其抗氧化性研究 南 京 工 业 大 学学 位 论 文耐盐紫甘薯花色苷的提取纯化与组分分析及其抗氧化性研究Extraction, Composition Analysis and Antioxidant Activity of Anthocyanins from Salt-tolerant Purple Sweet Potato摘要耐盐紫甘薯（Salt-tolerant purple sweet potato, Ipomoes batatas L.）是适合在沿海滩涂生长的旋花科一年生草本植物，其所含花色苷是一类优质的酰基化天然色素，具有着色能力、水溶性和稳定性好的特点，对人类的肿瘤、衰老、心血管病等疾病的预防与治疗有重要的意义。耐盐紫甘薯原料易得、价格低廉，能够适应工业化生产的需要，紫甘薯花色苷在食品、医药及化妆品等领域具有很大的应用前景。本文以盐城产的耐盐紫甘薯为原料，分别采用常规溶剂提取和超声辅助溶剂提取法提取其中的花色苷，在优化醇-水溶剂提取条件的基础上，进一步考察超声场强化对提取率的影响，以确定最佳提取工艺。为得到含量较高、品质更好的花色苷产品，本文通过大孔吸附树脂的筛选和吸附性能研究，对提取液进行纯化精制。并利用HPLC-DAD-ESI/MS技术对不同品种，不同提取方法以及不同洗脱梯度的紫甘薯花色苷提取液进行了组分分析。最后，考察了紫甘薯花色苷的热稳定性和抗氧化性。主要研究内容如下：（1） 紫甘薯花色苷粗提液的HPLC-DAD-ESI/MS图谱分析表明，紫甘薯花色苷主要为被咖啡酸、阿魏酸、对羟基苯甲酸等芳香酸酰化的矢车菊苷和芍药苷；紫甘薯Z103含有15种具有花色苷特征的组分，其中有7种是以矢车菊花色素为苷元，8种是以芍药花色素为苷元；单糖苷的有1种，其他为双糖苷，形成花色苷的糖苷为葡萄糖苷和槐糖苷；非酰化的花色苷有3种，单酰化的有6种，双酰化的有6种，酰基为咖啡酸、阿魏酸、对羟基苯甲酸；紫甘薯Z109、Z110和Z103三个品种所含花色苷的种类基本相同，含量不同。 （2） 紫甘薯花色苷溶剂提取的最佳工艺只能算提取“条件”为：以pH 1.0，体积分数为20%的盐酸酸化乙醇为提取液、料液比为1:30（g:mL）、浸提温度为50、浸提时间为120 min，紫甘薯花色苷的一次提取得率为86.9%；提取所得残渣中淀粉含量为47.12 g/100g，损失率为6.24%，有利于淀粉的回收利用。（3） 在上述优化条件下，结合超声场强化技术，在超声功率为90W时，采用pH示差法测得花色苷最大提取量为410.4 mg/100 g（db），提取收率一次提取？要跟溶剂提取的结果对应。高达到99.4%；超声辅助提取法所得残渣中的淀粉含量为44.63 g/100g，损失率为11.88%；对不同提取方法所得的提取液进行LC-MS分析比较。结果表明，超声辅助浸提对产品中花色苷组成基本没有影响；由此得出，利用超声辅助法提取耐盐紫甘薯的花色苷，提取率较常规溶剂提取法有较大提高，且对花色苷组分基本不产生影响。结论合并（4） 通过对HPD-300、HPD-700、AB-8、HPD-400、HPD-100A、X-5、NKA-9、S-8、D3520以及NKA-10种大孔吸附树脂的静态吸附和解吸附实验筛选，初步选定5种吸附量大、选择性强、易解吸的树脂：HPD-300、HPD-400、HPD-700、X-5、AB-8进一步进行吸附动力学曲线及吸附速率方程和解吸附动力学曲线的研究，确定吸附速率常数（0.0109 min-1）较大的HPD-300作为吸附剂吸附紫甘薯花色苷，其吸附达平衡的时间为6-8 h，解吸附平衡时间为1-2 h；对HPD-300大孔树脂的静态吸附热力学研究，结果表明，Langmuir方程对紫甘薯花色苷在HPD-300树脂上的吸附情况拟合效果较好。在所研究的浓度范围内，该树脂对紫甘薯花色苷的吸附为单分子层吸附，最大吸附量为33.67 mgg-1。花色苷组分在大孔吸附树脂HPD-300上的吸附行为为放热过程，低温有利于吸附容量的提高。（5） 固定床连续吸附-洗脱工艺研究中，对HPD-300树脂对紫甘薯花色苷的吸附和解吸附条件优选：吸附时宜采用pH值1.0，初始浓度C0=0.3 mg/ml的花色苷溶液，上样流速1.0 mL/min，体积为145 mL时，HPD-300树脂动态吸附量为：13.82 mg/g(树脂)，达到最佳吸附能力；解吸时，采用80%（v/v）乙醇溶液作为洗脱剂，洗脱流速1.0 mL/min，用3倍柱体积洗脱花色苷，收率可达92.01%；纯化后的紫甘薯花色苷含量为181.58 mg/g，比纯化前的提高13.18倍；色价E1%1cm（528nm）=142.63，比纯化前提高11.01倍；紫甘薯Z103花色苷不同梯度的乙醇洗脱液中，20%乙醇洗脱液因洗脱的花色苷含量微小，检测不出花色苷，40%的乙醇洗脱液中含有15种花色苷，60%的乙醇洗脱液中只含有相对分子量较大的1096.8、1054.8、948.8、1110.8（包括2种类型花色苷）和1124.8的6种花色苷，80%的乙醇洗脱液只含有相对分子量1054.8和1124.8的2种花色苷，说明40%的乙醇可以把吸附在树脂上的紫甘薯花色苷基本洗脱下来。（6） 紫甘薯花色苷的热降解遵循一级反应的动力学规律，在pH1.0的溶液中的活化能为43.07 kJ/mol，随着温度升高紫甘薯花色苷色素半衰期减小，其热降解速率随温度升高而加快，在25下，紫甘薯花色苷溶液的表观速率常数为3.6410-5 min-1，半衰期为333.41 h，100下，紫甘薯花色苷溶液的表观速率常数1.3210-2 min-1，半衰期为8.75 h。（7） 在四个体外抗氧化性体系研究中，脂质体体系，浓度0.4 mg/mL的紫甘薯花色苷（抑制率83.24%）与同等什么意思？紫甘蓝红色素（抑制率80.09%）的抗氧化能力相近，且高于茶多酚（57.87%）与维生素E（61.88%）；各抗氧化剂对DPPH自由基清除能力依次为：紫甘薯花色苷茶多酚VE紫甘蓝红色素，半抑制浓度分别为0.0468 mg/mL、0.0988 mg/mL、0.2805 mg/mL及0.6858 mg/mL；相同浓度下（4 mg/mL），抗氧化剂清除超氧阴离子自由基（O2）的能力（清除率）大小顺序为紫甘薯花色苷（96.62%）茶多酚（57.29%）紫甘蓝红色素（21.45%)VE（16.11%），半抑制浓度分别为1.60 mg/mL、3.35 mg/mL、32.08 mg/mL及44.78 mg/mL；紫甘薯花色苷对羟自由基（HO）的清除能力都随着浓度的增加而增加，当浓度为30 g/mL时，清除率达到96.12%，不同抗氧化剂对HO的清除能力紫甘薯花色苷紫甘蓝红色素茶多酚VE，半抑制浓度分别为13.8 g/mL、81.8 mg/mL、2464.6 mg/mL及6033.6 mg/mL。关键词：紫甘薯花色苷；组分分析；提取；纯化；抗氧化性 ABSTRACTSalt-tolerant purple sweet potato is a Convolvulaceae annual herb, which is planted in the coastal beach. The anthocyanins from purple sweet potato are a class of high-quality acylated natural colorants with high-colored capability, water-solubility and better stability. It also has the vital signifieance to treatments and the prevention disease, such as tumor, senile, cardiovascular of humanity. Purple sweet potatoes are so facile and cheap that they can meet the expectation of industry. There are great potential applications of anthocyanins from purple sweet potato in food pharmaceutical and cosmetic industries. With the salt-tolerant purple sweet potatoes as raw material, the anthocyanins were extracted via conventional solvent method and ultrasonic-assisted method respectively, the effect of ultrosonic-assistant treatment was studied under the optimal conditions of solvent method. To obtain a high content of anthocyanins and better quality products, macroporous resins were used in purple sweet potato pigments purification. Reversed-phase HPLC with electrospray ionization mass spectrometry were also used to rapidly identify the main anthocyaninsins in indifferent varieties of purple sweet potato, extracts with different methods and eluent with gradientelution. At last, the heat stability and antioxidant activity was studied. Details are concluded as follows:(1) Spectrometry analysis of HPLC-DAD-ESI/MS for crude extracts showed that most of anthocyanins in salt-tolerant purple sweet potato are cyanin and peonin acylated by caffeic acid, ferulic acid, p-hydroxybenzoic acid and other aromatic acid. Purple sweet potato Z103 has 15 constituents of anthocyanins, of which seven cyanin and eight peonin, one glucoside and the other are di-glucosidase, three non-acylated, six acylated and six diacylated anthocyanins, acyl were caffeic acid, ferulic acid, p-hydroxybenzoic. There was no significant difference in the components in different purple sweet potato varieties Z103, Z109, Z109, but the contents are different. (2) The results showed that under the condition of pH 1.0, ethanol concentration 20% (volume fraction), liquid-solid ratio 1:30 (g:mL), extraction temperature 50, and extraction time 120 min, the extraction rate of anthocyanins was 86.9% with conventional solvent method , the content of starch in the residue was 47.12 g/100g and the loss ratio was 6.24%, which showed the method was conducive to the recovery of starch. (3) The effect of ultrosonic-assistant treatment was studied under the optimal conditions mentioned above, a higher extraction rate of 99.4% was obtained while treated with an ultrasonic power of 90 W. The anthocyanins content of purple sweet potato was 410.4 mg/100g（db）calculated by the pH differential method. Here, the content of starch in the residue was 44.63 g/100g and the loss ratio was 11.88%. Constituent analysis by HPLC-MS also showed that there was no significant difference in the components between the extract obtained by conventional solvent method and that by ultrasonic-assisted methods. So, the ultrasonic-assisted method with a higher extraction rate almost had no impact on composition of anthocyanins.(4) The characteristics of static adsorption dynamics and desorption of ten kinds of macroporous resins (HPD-300、HPD-700、AB-8、HPD-400、HPD-100A、X-5、NKA-9、S-8、D3520and NKA-) used in purple sweet potato pigments purification were investigated. It was indicated that HPD-300 was a preferable macroporous resins with the absorption equilibrium rate contant of 0.0109 min-1, the absorption equilibrium time is 6-8 h, and desorption equilibrium time is 1-2 h. Static absorption thermodynamics reach of HPD-300 showed that absorption equation fits the Langmuir equation well at all temperatures studied, the adsorption follow the law of monolayer adsorption and was exothermic. The maximum adsorption of HPD-300 to purple sweet potato anthocyanins was 33.67 mgg-1.(5) In the dynamic adsorption dynamics investigation, the influences of pH value, elution gradient, flow rate and sample size on the separation process were discussed. The results showed that when pH value of purple sweet potato anthocyanins sovent was 1.0, concentration was C0=0.3 mg/ml, the flow rate of 1.0 mL/min, sample size of 145 mL, the adsorption content was 13.82 mg/g(resin), while 80% ethanol with pH 1.0 as eluent, 3BV , flow rate at 1.0 mL/min, the desorption rate was 92.01%. The content of purified anthocyanins was 181.58 mg/g, increase 13.18 times compared with before, the color valueof purified anthocyanins was 142.63, increase 11.01 times. Spectrometry analysis of HPLC-DAD-ESI/MS for eluent with gradientelution show that 20% ethanol eluent anthocyanins content was too low to detect, 40% ethanol eluent contains all the15 kinds of anthocyanins, 60% ethanol eluent contains six kinds of anthocyanins with the high molecular weight 1096.8, 1054.8, 948.8, 1110.8 (including 2 kinds of anthocyanins) and 1124.8, 80% ethanol eluate only contained two kinds of anthocyanins with the relative molecular weight of 1054.8 and 1124.8.The results of grade eluting indicated that most of anthocyanins was eluted off by 40% ethanol eluent.(6) Thermal degradation kineties of anthocyanins from purple sweet potato in aqueous solution followed first-order kineties. The computed values of activation energies were 43.07 kJ/mol. With the increase of temperature, the half-life value of anthocyanins from purple sweet potato decreased, and its thermal degradation rate accelerated. The half-life value and of anthocyanins from purple sweet potato was 333.41 hour, the apparent rate constant was 3.6410-5 min-1at 25, and the half-life value was 8.75 h,the apparent rate constant was 1.3210-2 min-1 at 100.(7) Four assays, including liposome peroxidation system, DPPH, pyrogallol autooxidation and Fenton reactions, were used for comparing the antioxidant activity of different antioxidants in vitro. At the concentration 0.4 mg/mL, the antioxidant activity of anthocyanins from purple sweet potato with 83.24% inhibition rate was similar to the pigments from red cabbage with 80.09% inhibition rate, higher than tea polyphenols (57.87%) and vitamin E (61.88%). The DPPH scavenging capacity were anthocyanins from purple sweet potato (PSP) tea polyphenols (TP) vitamin E (VE) pigments from red cabbage (RC), with IC50 being 0.0468 mg/mL, 0.0988 mg/mL, 0.2805 mg/mL, 0.6858 mg/mL respectively. For O2, at the same concentration 0.4 mg/mL, the scavenging ability, were PSP (inhibition rate 96.62%) TP (52.29%) RC (21.45%) VE (16.11%), with IC50 being 1.60 mg/mL, 3.35 mg/mL, 32.08 mg/mL, 44.78 mg/mL respectively. The capacity of eliminating HO of anthocyanins from purple sweet potato were increased with the concentration, the scavenging rate was 96.12% at 30g/mL, scavenging capacity of different antioxidants for HO were PSP RC TP) VE, with IC50 being 13.8 g/mL, 81.8 mg/mL, 2464.6 mg/mL, 6033.6 mg/mL respectively.KEYWORDS: Purple sweet potato anthocyanins; Constituent Analysis; Extraction; Purification; Antioxidant activity目 录摘要3ABSTRACT6第一章 文献综述121.1 花色苷的概述121.1.1 花色苷的一般结构121.1.2 紫甘薯中花色苷的一般结构141.1.3 花色苷的性质151.2 花色苷的提取、纯化和分析方法171.2.1 花色苷的提取方法171.2.2 花色苷的纯化方法201.2.3 花色苷的分析方法221.3 花色苷的生理功能231.3.1 抗氧化及清除自由基活性231.3.2 抗突变活性231.3.3 抗癌症作用241.3.4 抗心血管疾病241.3.5 减轻肝功能障碍261.4 本课题的研究内容及意义26第二章 紫甘薯花色苷组成的HPLC-DAD-ESI/MS初步分析282.1 实验材料282.1.1 实验样品处理282.1.2 主要实验试剂282.1.3 主要实验仪器292.2 实验方法292.2.1 色谱条件292.2.2 质谱条件292.3 结果与讨论292.3.1 紫甘薯Z103花色苷的粗提液的组分分析292.3.2 不同品种紫甘薯花色苷的粗提液的组分分析522.4 本章小结55第三章 紫甘薯花色苷的提取工艺研究563.1 实验材料563.1.1 实验原料563.1.2 主要实验试剂563.1.3 主要实验仪器573.2 实验方法573.2.1 原料的处理573.2.2 紫甘薯花色苷最大吸收波长的测定573.2.3 紫甘薯花色苷含量的测定583.2.4 提取率的测定583.2.5 浸提条件对提取率的影响58（1）pH值的影响58（2）乙醇浓度的影响58（3）温度的影响58（4）料液比的影响593.2.6 超声辅助-溶剂提取紫甘薯花色苷59（1）超声辅助提取和常规溶剂提取法的比较59（2）超声功率对提取的影响593.2.7 淀粉含量的测定593.2.8 提取液中花色苷组分的LC-MS分析593.3 结果与讨论593.3.1 紫甘薯花色苷最大吸收波长593.3.2 浸提条件对提取率的影响60（1）pH值的影响60（2）乙醇浓度的影响61（3）温度的影响61（4）料液比的影响623.3.3 超声辅助-溶剂提取紫甘薯花色苷62（1）超声辅助提取和常规溶剂提取法的比较62（2）超声功率对提取率的影响633.3.4 紫甘薯中淀粉含量的测定633.3.5 提取液中花色苷组分的LC-MS分析643.4 本章小结66第四章 紫甘薯花色苷的纯化方法研究674.1 实验材料684.1.1 主要实验仪器684.1.2 主要实验试剂684.2 实验方法694.2.1 紫甘薯花色苷提取物的制备694.2.2 大孔树脂的预处理694.2.3 大孔吸附树脂对紫甘薯花色苷的静态吸附特性701. 树脂静态吸附量及解吸率的测定702. 树脂静态吸附动力学特性的研究70（1）吸附动力学曲线的测定70（2）解吸附动力学曲线的测定70（3）pH值对吸附的影响713. 树脂静态吸附热力学特性的研究714.2.4 大孔吸附树脂对紫甘薯花色苷的动态吸附特性71（1）树脂的装柱与预处理71（2）上样流速对吸附能力的影响71（3）上样浓度对吸附能力的影响72（4）乙醇梯度洗脱72（5）洗脱剂浓度对解吸附能力的影响72（6）洗脱流速对解吸附能力的影响72（7）动态吸附曲线的测定72（8）动态解吸附曲线的测定734.2.5紫甘薯花色苷的色价的测定734.2.6 紫甘薯Z103花色苷不同梯度乙醇洗脱液的组分分析734.3 结果与讨论734.3.1 不同树脂对紫甘薯花色苷的静态吸附和解吸附性能比较734.3.2 树脂静态吸附动力学曲线及吸附动速率常数754.3.3 树脂静态解吸附动力学曲线774.3.4 pH值对吸附的影响774.3.5 HPD-300树脂静态吸附热力学特性的研究784.3.6 HPD-300大孔吸附树脂对紫甘薯花色苷的动态吸附特性的研究80（1）上样流速对吸附能力的影响80（2）上样浓度对吸附能力的影响80（3）洗脱剂的选择81（4）乙醇的梯度洗脱82（5）洗脱剂浓度对解吸附的影响82（6）洗脱流速对解吸附的影响83（7）动态吸附曲线的测定83（8）动态解吸附曲线的测定844.3.7 纯化前后花色苷的含量及色价对比854.3.8 不同梯度紫甘薯Z103花色苷洗脱液的组分分析854.4 本章小结88第五章 紫甘薯花色苷的热稳定性和抗氧化性研究905.1 实验材料915.1.1 实验样品处理915.1.2 主要实验试剂915.1.3 主要实验仪器925.2 实验方法925.2.1 紫甘薯花色苷热稳定性研究925.2.2 紫甘薯花色苷抗氧化性研究921. 紫甘薯花色苷抑制脂质过氧化能力的检测脂质体氧化法92（1）脂肪氧化体系(Lipospme)的制备93（2）丙二醛（malonaldehyde, MDA）的测定TBA法932. 紫甘薯花色苷对DPPH自由基的清除实验93（1）DPPH标准曲线的制作93（2）DPPH自由基残留率的测定方法94（3）半抑制量的计算和清除能力的评价943. 紫甘薯花色苷对超氧阴离子自由基（O2）的清除实验94（1）邻苯三酚(pyrogallic acid)溶液配制94（1）对超氧阴离子自由基（O2）的清除实验944. 紫甘薯花色苷对羟基自由基（HO）的清除实验955.3 结果与讨论955.3.1 紫甘薯花色苷热稳定性研究95（1）紫甘薯花色苷热降解动力学方程95（2）表观活化能E0的求解97（3）半衰期t1/2求解975.3.2 紫甘薯花色苷抗氧化性研究98（1）紫甘薯花色苷抑制脂质过氧化能力的检测脂质体氧化法98（2）紫甘薯花色苷对DPPH自由基的清除实验100（3）紫甘薯花色苷对超氧阴离子自由基（O2）的清除实验102（4）紫甘薯花色苷对羟基自由基（HO）的清除实验1035.4 本章小结104第六章 结论与展望1066.1 结论1066.2 展望108参考文献109发表文章115致 谢116第一章 文献综述1.1 花色苷的去掉概述花色苷（anthocyanins）是自然界中一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素1，是花青素严格一点的话，应该是花色素，花青素多数情况下是矢车菊素的别名。后同（anthocyanidin）（一类羟基和甲基化的2-苯基苯并吡喃阳离子）与一个或多个糖分子通过糖苷键结合而成的化合物2。花色苷上的糖分子上的羟基与一个或几个有机酸分子通过酯键可形成酰基化的花色苷。花色苷作为一种天然食用色素，相对于目前食品工业上所用的合成色素，安全、无毒、资源丰富，而且具有一定营养和药理作用，在食品、化妆、医药等方面有着巨大的应用潜力。对花色苷的研究己有近40年的历史，特别是从20世纪80年代以来，国外对多种植物的各种花色苷进行了深入的研究。在20世纪末，国际粮农组织和国际卫生组织联合禁止合成染料作食用色素后，花色苷的应用范围不断扩大，成为国内外公认的替代人工合成食用色素的理想资源。目前，天然花色苷主要是从葡萄皮、蓝莓、越橘和紫苏中提取分离3-6，但由于上述材料来源有限，且花色苷含量低，使得我国天然花色苷的产能严重不足。此段不要放在此处，可以放在“研究目的及意义”中。1.1.1 花色苷的一般结构图 1-1 花青素的结构Fig.1-1 The structure of anthocyanidin花色苷是以黄酮核为基础的一类糖苷，是花青素(配体)与糖相结合形成的配糖体。花青素的结构母核为2-苯基苯并吡喃阳离子，基本碳骨架为C6-C3-C6(如图1-1) 1。此部分放到图前面。花青素之间的差异在于母核上的羟基和甲氧基的数量和位置不同，自然界已知的花青素有20多种，主要存在植物中的有6类，即矢车菊素(cyanindin, Cy) 、天竺葵色素(pelargonidin, Pg) 、飞燕草色素(delphinidin, Dp) 、芍药色素(peonidin, Pn) 、牵牛色素(petunidin, Pt) 和锦葵色素(malvidin, Mv) 7，它们有点口语化了。在植物可食部分的分布比例分别为50%、12%、12%、12%、7%和7%。它们的结构中3，5，7-碳位上有-OH，区别在于B环各碳位上的-OH或-OCH3的数量的不同。如表1-1所示。表1-1食品中常见的花青素的结构Table1-1 the structure of anthocyanidin common in food名称英文名R1R2矢车菊素cyanindin, Cy-OH-H天竺葵色素pelargonidin, Pg-H-H飞燕草色素delphinidin, Dp-OH-OH芍药色素peonidin, Pn-OCH3-H牵牛色素petunidin, Pt-OCH3-OH锦葵色素malvidin, Mv-OCH3-OCH3花青素极不稳定，自然状态下游离的花色素极少见，常与一个或多个糖分子通过糖苷键结合而成花色苷。与花青素以糖苷键结合的主要糖类有，-D-葡萄糖，-D-葡萄糖，-D-半乳糖，-D-甘露糖，-D-木糖，-L阿拉伯糖，-D-鼠李糖以及由这些单糖构成的二糖和三糖等8，其中，3-单糖苷、5-双糖苷、3，5-二糖苷和3，7-二糖苷是最常见的糖苷。糖基上的羟基可与一个或几个分子的羟基肉桂酸衍生物，如：对-香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、芥子酸、五倍子酸或对羟基苯甲酸等芳香酸和丙二酸、香草酸、苹果酸、琥珀酸、醡浆草酸？或醋酸等脂肪酸通过酯键形成酰基化的花色苷，被称为酰化花色苷。这些酰化的取代基通常与3位的糖基上的6-OH发生酯化，但也有在单糖的2-OH、3-OH和4-OH发生酯化的花色苷存在9。常见的花色苷酰基单位如图1-2所示。图 1-2 常见的花色苷的酰基单位Fig.1-2 The common acyl units of anthocyanins1.1.2 紫甘薯中花色苷的一般结构紫甘薯（purple sweet potato, Ipomoes batatas L.）属旋花科一年生或多年生草本植物。紫甘薯是甘薯的特殊品种，其肉质紫红，外观诱人，它的茎叶和块根中除含有各种营养成份外，还含有胡萝卜素和花青素两大类色素，具有着色和保健多重作用。研究表明，紫甘薯块根中主要的花色苷为芳香族有机酸酰化的花色苷（图1-3）10-12，与其它来源花色苷相比稳定性较强，引起国内外的广泛关注。此图不严谨，因为有的紫甘薯花色苷组分是没有5位的糖苷键的，以游离羟基形式存在，这种表示方法会让人以为所有的紫甘薯花色苷均有5位糖苷键。图 1-3 紫甘薯花色苷的结构Fig.1-3 The structure of anthocyanin in purple sweet potatoHaborne(1955)13曾鉴定紫甘薯块根部分花色苷为带咖啡酸的矢车菊素-3-槐糖苷-5-葡糖苷；Shi等(1966)14鉴定出紫甘薯中两种主要的花色苷为带三个分子阿魏酸和一分子咖啡酸的芍药素-3-二槐糖苷-5-葡糖苷和含二分子阿魏酸及一分子咖啡酸的芍药素-3-槐糖苷-5-葡糖苷。Odake等(1992)10采用HPLC技术分离并鉴定了此类紫甘薯色素中2种主要花色苷的化学结构，分别为：3-O-6-O-(E)-咖啡酰-2-O-6-O-(E)-阿魏酰-D-吡喃葡糖基-D-吡喃葡糖苷-5-O-(-D-吡喃葡糖苷)矢车菊素和芍药素（图1-3，结构1和2）。Goda等(1997)11鉴定了此类紫甘薯色素中另两种花色苷的化学结构，分别为：3-O-(6-O-反式-咖啡酰-2-O-D-吡喃葡糖基-吡喃葡糖苷)-5-O-葡糖苷矢车菊素和芍药素（图1-3，结构3和4）。Terahara等(1997)12进一步证实了该品种中共含有8种酰化的花色苷，其中的6种为双酰化结构，有4种为新发现的即：3-O-6-O-(E)-咖啡酰-2-O-6-O-(E)-咖啡酰-D-吡喃葡糖基-D-吡喃葡糖苷-5-O-(-D-吡喃葡糖苷)矢车菊素和芍药素以及3-O-6-O-(E)-咖啡酰-2-O-6-O-(E)-对羟基苯甲酰-D-吡喃葡糖基-D-吡喃葡糖苷-5-O-(-D-吡喃葡糖苷)矢车菊素和芍药素（图1-3，结构5，6，7及8）。近年来，日本又选育出花色苷含量较高的紫甘薯新品种“Ayamurasaki”的花色苷含量为“Yamagawa-murasaki”的4倍，但主要组分类似，都是由芳香酸酰化的花色苷。删Terallara等(2000)15成功地从“Ayamurasaki”块根中培育出花色苷含量较高的植物组织，并鉴定出其中2种花色苷的化学结构，分别为：3-O-槐糖苷-5-O-葡糖苷矢车菊素和3-O-2-O-6-O-(E)-p-香豆酰-D-吡喃葡糖基-D-吡喃葡糖苷-5-O-D-吡喃葡糖苷矢车菊素（图1-3，结构9和10）。从而构成了日本紫甘薯花色苷色素的主要化学组分为带有酰基的矢车菊苷和芍药苷两种。删1.1.3 花色苷的性质(1) 花色苷的溶解性花色苷类色素易溶解于水、甲醇、乙醇等强极性溶剂，难溶于乙醚、丙酮、石油醚、乙酸乙酯等非极性溶剂，属于非脂溶性色素16。(2) 花色苷的光谱特性在酸性溶液中，花色苷及其糖苷配基显示出两个最大的特征吸收：一个位于可见光区的465550 nm之间，另一个较小的位于紫外275 nm13,17；在0.01%盐酸的甲醇中，在可见光区520560 nm处存在特征吸收峰；在紫外区270280 nm处有特征吸收峰，如果花色苷存在酰基化？注意语句，其在310320 nm处存在特征吸收峰18。(3) 花色苷的稳定性花青素很不稳定，自然条件下游离的花青素极少见，在水中的溶解度低，易被碱金属破坏，光稳定性差，花青素糖苷化后，稳定性和溶解性增加，酰化花色苷比未酰化的花色苷稳定。前面已涉及花色素少见，此处只要提花色苷的不稳定性及其影响因素即可。花色苷的稳定性受多种因素的影响：pH值与花色苷的稳定性19花色苷一般在酸性介质中比碱性介质中稳定。花色苷在水溶液中以二苯基苯并吡喃阳离子、醌型碱、假碱、查耳酮形式存在，这四种形式随水溶液的pH变化而发生可逆改变，同时溶液的颜色也随结构改变而改变(图1-4)。图 1-4 花色苷在不同pH值范围内结构和颜色的变化Fig.1-4 structures and color of anthocyanin in different pH value当溶液的pH3时，花色苷主要以烊盐形式存在，当pH值提高，花色苷烊盐受到水分子的亲核攻击，在2位水合化和花色苷上的酸性OH的质子转移发生，这两种反应之间存在着动力学和热力学竞争。首先，产生无色的甲醇假碱，这一物质会发生开环生成无色查儿酮假碱；后者反应产生一种或几种淡紫色的醌型。在pH值6-7，醌碱会脱去质子形成共振稳定的醌型阴离子。每一种平衡形式的花色苷含量取决于溶液的pH值和花色苷的结构。在新鲜和加工的蔬菜、水果的自然pH下，各种花色苷形式将以平衡混合物的形式存。温度与花色苷的稳定性当花色苷溶液加热时，花色苷的结构由黄烊盐阳离子向查尔酮式转变；当冷却或酸化时，醌型碱和假碱结构迅速变成黄烊盐阳离子形式，而查尔酮式结构变化相当慢20。因此，为了保持花色苷的黄烊盐阳离子结构，使其色调不发生变化，在生产和应用过程中应保持低温。金属离子与花色苷的稳定性科研工作者研究了Fe3+、Fe2+、Cu2+、A13+、Mg2+、Zn2+等金属离子对不同花色苷色素稳定性的影响。其中，Fe3+对色素有不良的影响，色素溶液会变黄或变为褐色21，Zn2+和A13+有明显的增色作用22，其他离子对花色苷色素基本无影响。而花色苷遇到醋酸铅会发生沉淀16。1.2 花色苷的提取、纯化和分析方法1.2.1 花色苷的提取方法日本较早开始甘薯花色苷的提取，国内从90年代中期，浙江大学等单位已经开始研究。花色苷色素存在于植物细胞的液泡中23，被细胞壁、细胞膜包裹，常规的提取方法为溶剂提取，为提高色素得率，常采用机械破碎、加热、冷冻、酶制剂(如果胶酶、纤维素酶和蛋白酶等)、超声波、微波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。在实践研究和应用过程中常将这些辅助方法组合使用，获得更加好的效果。(1) 溶剂萃取法花色苷易溶于极性溶剂之中，目前报道的主要溶剂有水、甲醇、乙醇和丙酮等27-28。为防止非酰化的花色苷降解，提高花色苷色素的溶出率，常在溶剂中加入少量的无机酸或有机酸降低提取液的pH值。常用的酸有盐酸、硫酸、亚硫酸、碳酸等无机酸和甲酸、醋酸、柠檬酸和酒石酸26-28。Revilla等(1998)26比较研究了不同酸醇组合对红葡萄花色苷色素提取，结果表明：1%的盐酸甲醇溶液提取率最高，并发现，用甲酸或盐酸甲醇提取的花色苷色素溶液在40下真空浓缩时，花青素葡萄糖苷会降解，当盐酸浓度达到0.12 mol/L时会引起葡萄酰化色素的部分水解。丙酮已用于几种植物花色素的提取24,27，与酸化甲醇相比，丙酮提取避免了果胶干扰，可以在比较低的温度下浓缩。但适宜的花色苷提取方法取决于提取的目的和花色苷的特性。酸化甲醇不适宜工业化生产花色苷色素，主要用于花色苷的组成