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花青素是一种天然色素，具有极高的营养价值和药理功效，玉米及其副产物中的花青素含量较高，易于提取，并且成本低廉。提取并深入研究玉米中的花青素，不仅可以为食品行业提供优质的天然色素资源，还可作为功能食品的优质原料。本文以玉米为研究对象，探讨了玉米花青素的提取条件、纯化方法、各因素对花青素稳定性的影响以及花青素的抗氧化性等，为玉米花青素功能产品的开发与研制提供了理论依据。
一、花青素概述
花青素（anthocyanidins），又称花色素，极易溶于水，是一种天然色素，属于黄酮类化合物。在自然状态下，植物体内很少有游离的花青素存在，而是与各种单糖结合形成糖苷，称为花色苷（anthocyains）。花青素是蓝红色的类黄酮素，植物中红色、紫色、紫红色、蓝色等颜色的主要来源就是花青素，具有较强的抗氧化性与抗突变性，是一种强效的抗氧化剂。
二、花青素的食用价值和药理功效
1.食用价值。花青素中含有十八种氨基酸，以及维持人体正常生理机能所必需的21种微量元素、维生素和天然色素。花青素中含有的硒元素是其它色素中比较少见的，具有预防癌症的功效，其中富含的锌、铁、钙等元素则具有增进智力的作用，能够保护细胞、抗氧化、防癌、预防心血管疾病、改善视力、提高免疫力等。此外，花青素的口感极好，入口既软又嫩，皮薄而滑，稍粘稠，还有一种特别的清香味道，所以利用富含花青素的原料加工而成的食品是一种上乘的天然美味的营养保健食品。
2.药理功效。大量研究和实验表明，花青素具有特殊的保健功能和药用功能。一是抗氧化作用。花青素之所以可以抗氧化，是因为花青素可以与自由基发生抽氢反应，终止自由基链式反应。二是抗突变、抗肿瘤等功能。Hou等人发现，花青素可以通过阻塞有活性的分裂素蛋白致活酶的路径来抑制肿瘤等疾病的发生，这为花青素的抗癌功能提供了具有分子基础的第一份证据。三是有效抑制心血管疾病。花青素具有抑制动脉粥样硬化的主要因子——低密度脂蛋白，通过氧化和血小板的聚集作用，能够有效抑制动脉粥样硬化等疾病。四是其它辅助作用。花青素能够帮助连结组织细胞再生及抗消炎，保持连结组织的稳定，并改善体内微循环，促进人体的过滤功能。此外，花青素还可以降低人体内低密度脂蛋白胆固醇的含量，具有抗过敏、保护胃粘膜、保肝利胆等功效。
三、玉米花青素的研究概况
紫玉米（Purple Corn），拉丁文名称ZEA MAYZ L.，原产于南美山区，是秘鲁特有的一个玉米品种，含有大量的酚化合物和花青素。作为安第斯山的原生植物，紫玉米属于可食用并且具有极高营养成分的特殊植物，也是安第斯山人日常饮食的一部分。
紫玉米的大小与普通玉米相同，但特别的是其种子呈现紫黑色，也有部分植株的颜色呈现紫色。紫玉米是紫（黑）玉米家族中的珍贵品种，又被称为“黑玉米”，因玉米颗粒形状极似珍珠，因此有“黑珍珠”之称。紫玉米株高1.6米左右，成熟期是90天左右，一般情况下，一棵植株有1-3个雌花蕊，可结1-2个玉米棒，刚结粒时颜色呈现晶莹的象牙色，然后逐渐长成浅红色，成熟后颜色变成紫色，晒干后呈现紫黑色。一个玉米棒的长度为10cm左右，干粒重大约120克。
大量试验研究表明，一般情况下，农作物的营养价值与其表面颜色有直接的联系，可以通过表面颜色大致推断出它的营养价值。例如，葡萄、桑葚、紫薯等黑色和紫色的食物通常最能代表深色系食物，有数据表明，它们的营养十分丰富。据相关检验中心分析，紫玉米中的花青素含量较高，氨基酸含量也远远超过了普通玉米。此外，紫玉米中具有的膳食纤维、氨基酸以及硒、钙、镁等微量元素具有抗癌的作用，能够预防心脏病、高血压和动脉硬化等疾病，尤其受到老年人的青睐。紫玉米植株的各部分也具有极高的利用价值，可开发成“紫色饲料”广泛应用于农业生产。
随着科技的进步，人们开始更加深入地探索花青素的各种生理功能，并积极探索研究包括紫玉米在内的各种资源的花青素。不过，国内外目前对于花青素的产业化应用仍处于空白阶段，更多则是着眼于花青素的提取以及功能活性的探索。
四、玉米花青素的提取方法
1.溶剂浸提法。花青素是一種水溶性色素，因其在酸性条件下稳定，所以在提取过程中一般采用酸性试剂作为提取剂，最为常用的提取剂就是柠檬酸乙醇溶液。由于酸度过高会导致其分子的结构发生分解变化，因此提取时要注意提取剂酸度的控制。
2.超声波辅助提取法。一般情况下，花青素存在于植物细胞的液泡中，周围被细胞壁和细胞膜包裹，因此，利用超声技术强化提取过程，能够提高花青素的提取率，但在操作过程中应避免超声波空化。
3微波提取法。微波提取（Microwave-Assisted Extraction）简称MAE技术，主要是利用微波对物料和提取溶剂的加热作用进行色素提取。微波具有很强的穿透力，可以快速均匀地对物料进行集中加热。
4.酶制剂辅助提取。酶辅助提取通过筛选合适的微生物或酶类，使植物组织温和降解，从而加速释放有效成分，提高提取效率。
5.直接酸解法提取。由于花青素易溶于极性溶剂，而乙醇可以有效沉淀蛋白质、果胶等杂质，因此试验中常以盐酸与乙醇作为复合提取剂来提取花青素。
五、花青素的分离纯化
花青素粗提物中一般常含有机酸、糖、蛋白质等杂质，因此有必要先对初提物进行分离纯化，将此类物质除去，这样才能得到较高纯度的花青素。其中，最为常用的方法是柱层析法和大孔树脂纯化法。
1.柱层析法。作为目前应用最广泛的一类纯化技术，柱层析法主要是利用样品混合物中各组分在两相中分配系数的不同，经过多次反复分配将混合物组分分离开来。
2.大孔树脂纯化。大孔树脂纯化法的主要优点是提取物不易吸潮、成本低、工艺简单、可重复使用、适应性强等，尤其适合工业化生产，也是目前应用最为普遍的一种分离纯化方法。 六、花青素的分析鉴定
花青素类物质的鉴定方法主要包括光谱分析法、高效液相色谱法、水解分析法、核磁共振波谱法及质谱测定法等，其中以高效液相色谱法和质谱与核磁共振法的应用最为广泛。
七、玉米花青素的稳定性研究
根据国内外文献，影响花青素稳定性的因素有很多，包括温度、光照、pH值、花青素样品的浓度等外在因素，以及花青素的结构、其他辅助因素等内在因素。目前，国内外科研学者正在积极探索多种提髙花青素稳定性的方法。
1.pH值对玉米花青素稳定性的影响。玉米花青素溶液的颜色受pH值影响较大，在酸性环境下，溶液呈现红色；在中性环境下，溶液呈现无色；在碱性环境下，溶液颜色加深，逐渐变为灰绿色，最后呈现棕黄色。通常情况下，花青素在酸性条件下比较稳定，在碱性环境下不稳定。因此，工业生产中玉米花青素的提取通常控制在酸性环境中，一般情况下，最适宜的pH值为3-5。
2.加热时间对玉米花青素稳定性的影响。玉米花青素的热稳定性较差，随着加热时间的延长，玉米花青素的变化率逐渐增大。在温度≤80℃时，玉米花青素的稳定性较好。
3.光照条件对玉米花青素稳定性的影响。光照对玉米花青素具有降解作用，自然光照射30天，其损失达64.4%。
4.强氧化剂对玉米花青素稳定性的影响。花青素在过氧化氢等强氧化剂存在的条件下，会加速分解速率，稳定性较差。
5.食品添加剂对玉米花青素稳定性的影响。（1）可溶性糖。可溶性糖的添加对玉米花青素溶液的吸光度没有明显作用。（2）抗坏血酸浓度。抗坏血酸对花青素具有明显的保护作用，试验表明，抗坏血酸的浓度越大，对玉米花青素的保护作用越明显。（3）苯甲酸钠和山梨酸钾浓度。根据国标中食品添加剂的添加标准，苯甲酸钠和山梨酸钾的加入量在允许食用的范围内，对玉米花青素颜色的稳定性影响较小。（4）Fe3+和Fe2+。Fe3+和Fe2+离子的添加导致玉米花青素迅速生成黑褐色沉淀，形成了络合物，因此在包装与贮藏玉米花青素时，均不能使用铁质容器。
八、玉米花青素抗氧化活性的研究
花青素的抗肿瘤、抗突变、保肝护肝、降血糖、预防心血管病等活性，大多以其抗氧化和清除自由基作用为基础。由于花青素特有的酚羟基结构对自由基具有很強的捕捉能力，因此，花青素具有良好的生理活性。不同类别的花青素其抗氧化能力不同，玉米中的花青素对羟基自由基、超氧阴离子自由基以及DPPH自由基等均具有一定的抗氧化性，因此测定玉米花青素的抗氧化性有一定的必要性。通常情况下，总抗氧化能力测定采用普鲁士蓝法，通过体外测定总抗氧化力、清除DPPH自由基和抗脂质亚油酸过氧化体系，对玉米花青素粗提物进行抗氧化活性实验，同时比较玉米花青素粗提物与紫薯等花青素粗提物的抗氧化性差异。
总之，玉米花青素含量高，适口性好，可做水果生吃，也可用于蒸煮煲汤、饮料果汁的加工等，具有很大的市场开发价值。本文以玉米为主要研究对象，探索并优化玉米花青素的提取工艺以及纯化技术，同时对玉米花青素的稳定性以及抗氧化性进行探讨，期望为后续研制开发花青素玉米果酒、花青素玉米汁、速冻花青素水果玉米等系列产品并达到规模化生产奠定理论基础与实践依据，从而提高玉米的综合附加值，填补国内外水果玉米花青素研究的空白。
一、花青素概述
花青素（anthocyanidins），又称花色素，极易溶于水，是一种天然色素，属于黄酮类化合物。在自然状态下，植物体内很少有游离的花青素存在，而是与各种单糖结合形成糖苷，称为花色苷（anthocyains）。花青素是蓝红色的类黄酮素，植物中红色、紫色、紫红色、蓝色等颜色的主要来源就是花青素，具有较强的抗氧化性与抗突变性，是一种强效的抗氧化剂。
二、花青素的食用价值和药理功效
1.食用价值。花青素中含有十八种氨基酸，以及维持人体正常生理机能所必需的21种微量元素、维生素和天然色素。花青素中含有的硒元素是其它色素中比较少见的，具有预防癌症的功效，其中富含的锌、铁、钙等元素则具有增进智力的作用，能够保护细胞、抗氧化、防癌、预防心血管疾病、改善视力、提高免疫力等。此外，花青素的口感极好，入口既软又嫩，皮薄而滑，稍粘稠，还有一种特别的清香味道，所以利用富含花青素的原料加工而成的食品是一种上乘的天然美味的营养保健食品。
2.药理功效。大量研究和实验表明，花青素具有特殊的保健功能和药用功能。一是抗氧化作用。花青素之所以可以抗氧化，是因为花青素可以与自由基发生抽氢反应，终止自由基链式反应。二是抗突变、抗肿瘤等功能。Hou等人发现，花青素可以通过阻塞有活性的分裂素蛋白致活酶的路径来抑制肿瘤等疾病的发生，这为花青素的抗癌功能提供了具有分子基础的第一份证据。三是有效抑制心血管疾病。花青素具有抑制动脉粥样硬化的主要因子——低密度脂蛋白，通过氧化和血小板的聚集作用，能够有效抑制动脉粥样硬化等疾病。四是其它辅助作用。花青素能够帮助连结组织细胞再生及抗消炎，保持连结组织的稳定，并改善体内微循环，促进人体的过滤功能。此外，花青素还可以降低人体内低密度脂蛋白胆固醇的含量，具有抗过敏、保护胃粘膜、保肝利胆等功效。
三、玉米花青素的研究概况
紫玉米（Purple Corn），拉丁文名称ZEA MAYZ L.，原产于南美山区，是秘鲁特有的一个玉米品种，含有大量的酚化合物和花青素。作为安第斯山的原生植物，紫玉米属于可食用并且具有极高营养成分的特殊植物，也是安第斯山人日常饮食的一部分。
紫玉米的大小与普通玉米相同，但特别的是其种子呈现紫黑色，也有部分植株的颜色呈现紫色。紫玉米是紫（黑）玉米家族中的珍贵品种，又被称为“黑玉米”，因玉米颗粒形状极似珍珠，因此有“黑珍珠”之称。紫玉米株高1.6米左右，成熟期是90天左右，一般情况下，一棵植株有1-3个雌花蕊，可结1-2个玉米棒，刚结粒时颜色呈现晶莹的象牙色，然后逐渐长成浅红色，成熟后颜色变成紫色，晒干后呈现紫黑色。一个玉米棒的长度为10cm左右，干粒重大约120克。
大量试验研究表明，一般情况下，农作物的营养价值与其表面颜色有直接的联系，可以通过表面颜色大致推断出它的营养价值。例如，葡萄、桑葚、紫薯等黑色和紫色的食物通常最能代表深色系食物，有数据表明，它们的营养十分丰富。据相关检验中心分析，紫玉米中的花青素含量较高，氨基酸含量也远远超过了普通玉米。此外，紫玉米中具有的膳食纤维、氨基酸以及硒、钙、镁等微量元素具有抗癌的作用，能够预防心脏病、高血压和动脉硬化等疾病，尤其受到老年人的青睐。紫玉米植株的各部分也具有极高的利用价值，可开发成“紫色饲料”广泛应用于农业生产。
随着科技的进步，人们开始更加深入地探索花青素的各种生理功能，并积极探索研究包括紫玉米在内的各种资源的花青素。不过，国内外目前对于花青素的产业化应用仍处于空白阶段，更多则是着眼于花青素的提取以及功能活性的探索。
四、玉米花青素的提取方法
1.溶剂浸提法。花青素是一種水溶性色素，因其在酸性条件下稳定，所以在提取过程中一般采用酸性试剂作为提取剂，最为常用的提取剂就是柠檬酸乙醇溶液。由于酸度过高会导致其分子的结构发生分解变化，因此提取时要注意提取剂酸度的控制。
2.超声波辅助提取法。一般情况下，花青素存在于植物细胞的液泡中，周围被细胞壁和细胞膜包裹，因此，利用超声技术强化提取过程，能够提高花青素的提取率，但在操作过程中应避免超声波空化。
3微波提取法。微波提取（Microwave-Assisted Extraction）简称MAE技术，主要是利用微波对物料和提取溶剂的加热作用进行色素提取。微波具有很强的穿透力，可以快速均匀地对物料进行集中加热。
4.酶制剂辅助提取。酶辅助提取通过筛选合适的微生物或酶类，使植物组织温和降解，从而加速释放有效成分，提高提取效率。
5.直接酸解法提取。由于花青素易溶于极性溶剂，而乙醇可以有效沉淀蛋白质、果胶等杂质，因此试验中常以盐酸与乙醇作为复合提取剂来提取花青素。
五、花青素的分离纯化
花青素粗提物中一般常含有机酸、糖、蛋白质等杂质，因此有必要先对初提物进行分离纯化，将此类物质除去，这样才能得到较高纯度的花青素。其中，最为常用的方法是柱层析法和大孔树脂纯化法。
1.柱层析法。作为目前应用最广泛的一类纯化技术，柱层析法主要是利用样品混合物中各组分在两相中分配系数的不同，经过多次反复分配将混合物组分分离开来。
2.大孔树脂纯化。大孔树脂纯化法的主要优点是提取物不易吸潮、成本低、工艺简单、可重复使用、适应性强等，尤其适合工业化生产，也是目前应用最为普遍的一种分离纯化方法。 六、花青素的分析鉴定
花青素类物质的鉴定方法主要包括光谱分析法、高效液相色谱法、水解分析法、核磁共振波谱法及质谱测定法等，其中以高效液相色谱法和质谱与核磁共振法的应用最为广泛。
七、玉米花青素的稳定性研究
根据国内外文献，影响花青素稳定性的因素有很多，包括温度、光照、pH值、花青素样品的浓度等外在因素，以及花青素的结构、其他辅助因素等内在因素。目前，国内外科研学者正在积极探索多种提髙花青素稳定性的方法。
1.pH值对玉米花青素稳定性的影响。玉米花青素溶液的颜色受pH值影响较大，在酸性环境下，溶液呈现红色；在中性环境下，溶液呈现无色；在碱性环境下，溶液颜色加深，逐渐变为灰绿色，最后呈现棕黄色。通常情况下，花青素在酸性条件下比较稳定，在碱性环境下不稳定。因此，工业生产中玉米花青素的提取通常控制在酸性环境中，一般情况下，最适宜的pH值为3-5。
2.加热时间对玉米花青素稳定性的影响。玉米花青素的热稳定性较差，随着加热时间的延长，玉米花青素的变化率逐渐增大。在温度≤80℃时，玉米花青素的稳定性较好。
3.光照条件对玉米花青素稳定性的影响。光照对玉米花青素具有降解作用，自然光照射30天，其损失达64.4%。
4.强氧化剂对玉米花青素稳定性的影响。花青素在过氧化氢等强氧化剂存在的条件下，会加速分解速率，稳定性较差。
5.食品添加剂对玉米花青素稳定性的影响。（1）可溶性糖。可溶性糖的添加对玉米花青素溶液的吸光度没有明显作用。（2）抗坏血酸浓度。抗坏血酸对花青素具有明显的保护作用，试验表明，抗坏血酸的浓度越大，对玉米花青素的保护作用越明显。（3）苯甲酸钠和山梨酸钾浓度。根据国标中食品添加剂的添加标准，苯甲酸钠和山梨酸钾的加入量在允许食用的范围内，对玉米花青素颜色的稳定性影响较小。（4）Fe3+和Fe2+。Fe3+和Fe2+离子的添加导致玉米花青素迅速生成黑褐色沉淀，形成了络合物，因此在包装与贮藏玉米花青素时，均不能使用铁质容器。
八、玉米花青素抗氧化活性的研究
花青素的抗肿瘤、抗突变、保肝护肝、降血糖、预防心血管病等活性，大多以其抗氧化和清除自由基作用为基础。由于花青素特有的酚羟基结构对自由基具有很強的捕捉能力，因此，花青素具有良好的生理活性。不同类别的花青素其抗氧化能力不同，玉米中的花青素对羟基自由基、超氧阴离子自由基以及DPPH自由基等均具有一定的抗氧化性，因此测定玉米花青素的抗氧化性有一定的必要性。通常情况下，总抗氧化能力测定采用普鲁士蓝法，通过体外测定总抗氧化力、清除DPPH自由基和抗脂质亚油酸过氧化体系，对玉米花青素粗提物进行抗氧化活性实验，同时比较玉米花青素粗提物与紫薯等花青素粗提物的抗氧化性差异。
总之，玉米花青素含量高，适口性好，可做水果生吃，也可用于蒸煮煲汤、饮料果汁的加工等，具有很大的市场开发价值。本文以玉米为主要研究对象，探索并优化玉米花青素的提取工艺以及纯化技术，同时对玉米花青素的稳定性以及抗氧化性进行探讨，期望为后续研制开发花青素玉米果酒、花青素玉米汁、速冻花青素水果玉米等系列产品并达到规模化生产奠定理论基础与实践依据，从而提高玉米的综合附加值，填补国内外水果玉米花青素研究的空白。