蓝莓花色苷的提取研究进展

Research Progress on Extraction ofAnthocyanins from Blueberry

摘要: 蓝莓，又名越橘，是一种营养丰富的水果，富含丰富的多酚、花色苷、花青素等活性成分，花青素与花色苷都是黄酮类化合物，花青素凭借糖苷键与糖类相结合产生花色苷。蓝莓花色苷具有抗氧化、抑菌、增强视力、预防心脑血管疾病等功效。本文综述了近十几年来蓝莓花色苷的提取方法和工艺，并对其提取方法和提取效率进行分析，以期为优化蓝莓花色苷的提取工艺提供依据。

Abstract: Blueberry, also known as Vaccinium vitis-idaea, is a nutrient-rich fruit, rich in polyphenols, anthocyanins, anthocyanins and other active ingredients. Anthocyanins and anthocyanins are both flavonoids, and anthocyanins combine with sugars by glucoside bonds to produce anthocyanins. Anthocyanins in blueberries possess the benefits of antioxidation, antibacterial effects, vision enhancement, and prevention of cardiovascular and cerebrovascular diseases. In this paper, the extraction technology of blueberry anthocyanins in recent decades was reviewed, and the extraction methods and extraction efficiency were analyzed in order to provide the basis for optimizing the extraction technology of blueberry anthocyanins.

1. 引言

蓝莓(Bluebery)，属杜鹃花科，原产于北美洲及东亚地区[1]。蓝莓成熟时呈蓝色或深紫色且形状近圆形，其果实口感酸甜[2] [3]。蓝莓中富含丰富维生素、蛋白质、食用纤维以及矿物质元素，因此被誉为“世界水果之王”[4]。此外，蓝莓中还含有丰富的花青素类、花色苷类、多糖类化合物、多酚类化合物类等生物活性物质[5] [6]。

花青素是一种水溶性的黄酮类化合物，可溶于乙醇、水、丙酮等溶剂[7] [8]，具有抗氧化[9]、降血糖[10]、降脂[11]、抗炎抑菌作用[12]等功能。由蓝莓花青素与糖类以糖苷键结合成的化合物称为蓝莓花色苷[13] [14]，其可溶于甲醇、乙醇、水等溶剂，具有抗氧化[15]、抗炎[16]、抑菌[17]、增强视力[18]、预防心脑血管疾病[19]等多种生理活性。

提取植物花青素和花色苷常用的方法有溶剂提取法、超声波提取法、微波提取法、超声和微波协同萃取法、超声波辅助酶解法等[20] [21] [22]。但由于蓝莓花青素和花色苷的结构不稳定，因此在提取过程中这些物质易受到pH值、温度、光照、金属离子、氧化还原剂等因素的影响[23]。

2. 蓝莓花色苷的提取方法

2.1. 溶剂提取法

溶剂提取法是利用活性物质在不同溶剂中的溶解度差异对活性物质进行分离[24]。首先，称取适量样品，根据提取物性质选择恰当的溶剂，将样品与溶剂混合后经过滤得到目标活性物质的提取溶液[25] [26]。石桂珍等[27]采用溶剂法得到的最佳工艺条件为：酸性条件下，乙醇浓度60%、料液比1:10 (g/mL)、提取温度50℃、提取时间90 min，蓝莓花青素提取量达3.433 mg/g。陈海龙等[28]采用柠檬酸提取蓝莓花青素最佳提取工艺为：柠檬酸浓度为30%、料液比1:15 (g/mL)、提取温度为50℃、提取时间为90 min，花青素含量为3.62 mg/g。该方法经优化后所耗费溶剂较少，提取效果较为理想但仍存在耗时较长的问题。

2.2. 超声波提取法

超声波提取法通过利用超声波的空化作用破坏植物细胞壁以提高活性成分的浸出效率，从而提高活性物质的提取率[29] [30]。准备适量样品，选择合适的溶剂，将样品与溶剂混合后设定适当的条件对样品进行超声，超声完成后对其进行抽滤[31]。郭婷婷等[32]采用正交试验确定了超声波辅助提取蓝莓花色苷的最佳工艺条件为：料液比1:60 (g/mL)、超声波功率350 W、萃取时间40 min、提取温度75℃，蓝莓花色苷提取率为3.122 mg/g，各因素对提取率的影响的排序为料液比 > 提取温度 > 提取功率 > 提取时间。陈成花等[33]通过优化超声辅助法得到提取蓝莓果渣中花色苷的最佳工艺条件为：乙醇体积分数55%、超声功率367.57 W、超声时间18.49 min、料液比1:40 (g/mL)、pH = 1，提取率为4.12 mg/g，各因素对花色苷提取率的影响由大至小为pH > 料液比 > 超声时间 > 超声功率。姚蓓等[34]采用超声波辅助提取蓝莓花色苷的提取工艺，得到最佳的实验条件为：提取溶剂0.5% HCl-50%乙醇、料液比1:8 (g/mL)、提取温度35℃、60 Hz超声波辅助提取3次，每次20 min，花色苷的提取率为1.8795 mg/g。谢丹等[35]采用超声辅助乙醇提取蓝莓皮渣中花青素的最优提取条件为：超声提取时间20 min、温度40℃、超声功率60 W、料液比1:4 (g/mL)，蓝莓花青素提取率为(2.05.13 ± 0.45) mg/g。冯贵涛等[36]提取蓝莓花青素得到最佳工艺条件为超声温度40℃、HCl用量0.3%、乙醇体积分数95%、超声时间20 min、料液比1:6 (g/mL)、提取3次，最终得花青素1.8792 mg/g。Wang YC等[37]提取蓝莓花青素得到的最佳提取工艺参数为：乙醇浓度45%、料液比1:20 (g/mL)、超声振幅60%、超声时间29 min，花色苷含量为2.8179 mg/g。经过分析单次超声波法提取蓝莓花色苷的效果显著优于重复超声波提取，但普遍存在溶剂消耗量较大。此外，超声波法本身具有适应性广、节约环保等优点。

2.3. 微波提取法

微波提取法是指通过微波穿透植物细胞，使细胞内部升温并破坏细胞壁结构，以提高植物中活性物质的提取率[38] [39]。准备待提取样品适量，根据活性物质成分选择恰当的溶剂，将样品与溶剂混合后放入微波仪器，设定适当微波的条件对样品进行实验，微波实验完成后对样品进行真空抽滤[40]。薛宏坤[41]等通过正交实验优化提取蓝莓花色苷，得到的最佳提取条件为微波功率300 W、微波时间60 s、料液比为1:40 (g/mL)，所得蓝莓花色苷提取率为(46.88 0.63) mg/g，影响花色苷提取率的主次顺序为：提取时间 > 料液比 > 提取温度。娄杰等[42]优化微波辅助提取蓝莓花色苷得到的最优方案为：微波功率为150 W、料液比为1:20 (g/mL)、提取时间40 min，高纯度蓝莓花色苷得率为0.61%。薄艳秋等[43]优化微波提取蓝莓花青素的最佳提取工艺为：微波功率为700 W、提取时间为8 min、料液比为1:3 (g/mL)，蓝莓花青素的提取率为4.824%。ZhengX等[44]研究了微波辅助提取蓝莓粉花青素的最佳工艺参数为提取时间7 min、提取温度47℃、乙醇体积分数55.5%、料液比1:34 (g/mL)的条件下，蓝莓果粉中花青素的提取率最高为73.73%。综上所述，微波提取法对溶剂需求仍旧较多，但其提取率较优于超声波提取法。

2.4. 联合提取法

2.4.1. 超声和微波协同提取法

花色苷是一种存在于植物细胞液中的多酚类化合物，利用超声和微波协同萃取蓝莓中花色苷可使细胞破碎面积增大并提高细胞渗透压，从而提高蓝莓花色苷的提取率和提取纯度[45]。准备待提取样品适量放入适当的溶剂混合，然后放入超声波和微波联用催化仪器，设定适当微波的条件和超声条件对样品进行实验，完成后进行抽滤[46]。马超等[47]以超声波微波优化提取蓝莓花色苷得到的最优工艺条件为料液比1:25 (g/mL)、微波功率130 W、超声波250 W、提取时间50 min，花色苷的提取率达到了0.674%。姚会敏等[48]以超声微波协同辅助提取蓝莓花色苷，得到最佳工艺条件为：超声功率500 W、微波功率100 W、乙醇体积分数60%，在此条件下，蓝莓花色苷提取率为(7.15 ± 0.13) mg/g，对蓝莓花色苷提取率的影响大小排序为：微波功率 > 料液比 > 超声波功率 > 提取时间。微波和超声波联用提取蓝莓花色苷的提取率显著优于单纯使用微波提取法和超声波提取法。

2.4.2. 超声波辅助酶解法

酶解提取法是利用酶解反应促进有效成分传质的过程，超声波法则通过空化作用破坏细胞壁来提升活性物质的浸提效果，近年来超声波辅助酶解法被广泛应用于活性物质的提取[49] [50]。在处理好的样品中加入合适的酶进行酶解，在酶解过程中或酶解后使用超声波仪器选择适当条件对混合物处理，再通过抽滤的方式得到目标提取液[51]。张秀娟等[52]通过响应面优化得到超声波辅助酶法提取蓝莓果渣花色苷的最佳工艺为乙醇体积分数60%、料液比1:40 (g/mL)、酶解时间80 min，花色苷得率为(10.571 ± 0.080) mg/g。马全民等[53]利用响应面法优化蓝莓花色苷的超声酶法提取工艺，得出最优提取条件为果胶酶、pH为0.5、超声温度20℃、超声时间5 min、乙醇体积分数50%、料液比3:20 (g/mL)、酶量4.13 mg/g，蓝莓花青素含量最高为0.606 mg/g。孙倩怡等[54]优化酶－辅助超声法提取蓝莓中花青素的最佳工艺为：β-葡聚糖酶、提取时间为20 min、料液比为1:20 (g/mL)，在体系中补充无水乙醇，使得体系中的醇浓度为55%，再继续超声提取10 min。花青素提取率可达到19.156%。段邓乐等[55]利用超声–微波辅助提取蓝莓花青素，得到最佳工艺条件为无水乙醇为溶剂料液比1:30 (g/mL) (溶剂均含有0.1% HCl)、反应温度60℃、反应时间30 min、微波功率300 W，花青素的提取含量为0.846 mg/g。谭莉等[56]得到最佳提取工艺条件为：超声功率452 W、超声时间33 min、纤维素酶浓度0.1%、提取温度57℃，在最优提取条件下花青素提取得率为7.28%。该联合方法普遍提取率较高但耗时长。

2.5. 其他提取法

2.5.1. 超高压辅助提取法

超高压辅助提取法可以使溶剂处于较高温度以改善活性物质的溶解性，从而提高活性物质的提取率[57] [58] [59]。王鑫等[60]利用超高压提取技术提取蓝莓花色苷的最优工艺参数组合为提取压力187 MPa、保压时间6 min、乙醇体积分数57%、料液比1:29 (g/mL)，花色苷提取率为(5.16 ± 0.12) mg/g，该方法反应所需时间较短但对工艺要求较高。

2.5.2. 低温连续相变萃取法

低温连续相变萃取法是一种物质分离和纯化的技术，利用不同温度下物质的溶解度或挥发性不同来实现目标成分的萃取。李环通等[61]采用低温连续相变法萃取蓝莓花色苷的最佳工艺条件为萃取温度30℃、萃取溶剂为75%乙醇、萃取时间120 min、原料堆密度0.3 kg/L、溶剂pH3.0，该条件下，蓝莓花色苷提取量达9.31 mg/g。得到在萃取溶剂pH为3.0的条件下，各因素影响提取率的排序为萃取剂浓度 > 萃取时间 > 原料堆密度 > 萃取密度。该方法耗时较长且相对其他方法提取率较低。

2.5.3. 超声辅助双水相法

双水相是指由两种互不相溶的溶液组成溶剂，由于待分离活性物质在两相间分配系数不同，因此可以实现快速分离[62]。杨兆艳等[63]通过实验表明采用超声辅助双水相提取蓝莓花色苷的最优工艺条件为：超声功率300 W、乙醇体积分数24%、硫酸铵质量分数18%、料液比1:30 (g/mL)、提取时间60 min，花色苷得率为(2.14 ± 0.05) mg/g，各因素对提取花色苷的影响排序为：硫酸铵质量分数 > 乙醇体积分数 > 超声波功率。该方法提取时间较长但提取率较低。

2.5.4. 水浴回流法

水浴回流法利用混合物各组分的挥发性不同使目标物质挥发出来，从而实现提取[64]。张莉弘等[65]采用水浴回流提取蓝莓花青素的最优工艺参数为乙醇体积分数59%、提取温度62℃、提取时间62 min、料液比1:8，在此优化条件下蓝莓花青素的提取量为8.4447 mg/g。该方法提取时间较长，提取率仍有提升空间。

3. 提取方法的对比分析

通过对蓝莓花色苷的提取方法进行比较分析，可以看出不同的提取方法采用的原理不同，各种提取方法对提取的目标活性成分作用也不一样，提取率也有区别。不同的提取方法各有其优缺点。总的来说，微波提取法具有操作时间短、溶剂消耗相对较少、能耗相对较低、目标成分损失小、得率较高等优点；但提取成本也较高、容易导致目标成分分解。其次，超声和微波协同提取的选择性较强、操作时间相对较短、溶剂消耗较少，提取率较高，其缺点是超声波强度不好控制，若超声强度过大，对人和周围环境会带来损伤。各种蓝莓花色苷的提取方法比较见表1。

Table 1. Extraction methods of blueberry anthocyanins

表1. 蓝莓花色苷的提取方法

提取方法	原理	提取对象	提取结果	优缺点	参考文献
溶剂 提取法	溶剂提取法的原理是利用目标活性成分在溶剂中的溶解性对目标进行提取。	蓝莓 花青素	3.62 mg/g	普遍选择性较强、操作简单但提取率较低、对溶剂需求较大。	[28] [66] [67]
超声 提取法	超声提取法的原理是用原料浸透提取物，再利用超声波的空化和机械作用进一步破碎细胞，从而提高提取率。	蓝莓果渣花色苷	4.12 mg/g	超声波法提取率相对较高、提取时间相对较短、溶剂使用相对较少，但批量使用成本较高、存在安全隐患。	[33] [68] [69]
微波 提取法	微波提取法的原理是用原料浸透提取物，微波促使分子运动产生撕裂和摩擦发热等现象，从而提高提取效率。	蓝莓粉 花青素	73.73%	具有操作时间短、溶剂消耗小、能耗低、药材有效成分损失小、目标组分得率高等优点，但提取成本高、易导致提取物质分解。	[44] [70] [71]
超声和微波协同提取	其原理是在溶剂提取法的基础上，利用超声空化和机械效应及微波促使分子运动，从而破坏细胞壁提取活性成分。	蓝莓 花色苷	(7.15 ± 0.13) mg/g	提取率较高、选择性较强、操作时间相对短、溶剂消耗较少，但成本较高且存在安全隐患。	[48] [72] [73]
超声辅助酶解法	其原理是基于超声波提取法的空化和机械作用及酶的分解作用，从而破坏细胞壁，以便于提取活性成分。	蓝莓 花青素	19.156%。	效率较高，但能量消耗大、酶的失活会影响提取效率。	[54] [74] [75]

注：以上参考文献中，利用微波法提取蓝莓粉花青素得率最高，其次是超声波辅助酶解法提取蓝莓花青素得率较高，溶剂提取法、超声提取法、超声和微波协同提取针对蓝莓花色苷或花青素的提取效果相对较差。

4. 讨论与展望

目前，蓝莓花色苷作为一种具有显著生物活性的天然产物，其提取和纯化方法的研究已取得了一定的进展。溶剂提取法、超声波提取法、微波提取法、超声和微波协同萃取法、超声波辅助酶解法等技术在蓝莓花色苷的提取中均有应用。但各种方法在提取效率、成本、环保等方面仍存在一定的局限性。未来可尝试研究新型提取技术，如离子液体、亚临界水等，以实现更高效、环保的提取。

此外，我国拥有丰富的蓝莓资源，应充分利用这一优势，加强蓝莓花色苷提取和应用的研究，推动蓝莓产业的可持续发展。通过产学研相结合的方式，提高我国在蓝莓花色苷提取领域的国际竞争力，为我国农产品深加工和功能食品产业的发展做出贡献。

NOTES

^*通讯作者。