全 文 ：专 题 综 述 Vol . 33 , No . 09 , 2012
2012年第9期
牡丹是世界名贵花卉，花朵硕大，芳香浓郁，雍
容华贵，富丽端庄，素有“花中之王”的美誉，象征着
富贵吉祥，历来为世人所珍爱。牡丹原产于我国秦岭
等地，为毛茛科、芍药属落叶性野生小灌木，在我国
有一千五百余年的栽培历史。广泛分布于河南洛阳、
山东荷泽、安徽铜陵、陕西汉中、河北柏山、四川、甘
肃和浙江等地。中国现存牡丹有8个种、2个变种、1个
亚种、1个变型，仅洛阳发现的就有2个种，即紫斑牡
丹和杨山牡丹。经过人工栽培后，出现了黑色、黄色、
绿色、紫色和复色等，还出现了许多过渡性的花色。
而今，洛阳牡丹的花色甚丰，有红、白、粉、黄、紫、蓝、
绿、黑及复色等9大色系[1]。据统计，我国牡丹的种植
面积已达30万亩。研究发现，牡丹具有广泛的应用价
值，一是应用于观赏，二是药用，还可食用[2]。但由于
受到花期和气候条件的限制，形成了花卉种植地区花
开时经贸和旅游活动繁荣，花落时惨淡经营的不良局
面，并且由于深加工技术落后，每年有大量的牡丹花
白白地浪费掉。近年来，国内对牡丹的研究越来越
多，也更加深入。本文对牡丹花色素的提取工艺及性
能研究进展作一综述，以期为今后的研究提供参考。
1 牡丹花色素提取工艺
目前国内从牡丹花中提取色素的生产工艺主要
有溶剂萃取法、超临界流体萃取法和酶提取法三种。
在实验室中如超声波辅助萃取法、微波辅助萃取法
等也得到成熟的应用。
1.1 溶剂萃取法
溶剂萃取法是国内提取牡丹花色素最常用的方
法。先用有机溶剂浸泡，再经过过滤、减压浓缩、真空
干燥精制等工艺得到最终产品。常用的提取溶剂有
水，酸碱溶液，有机溶剂如乙醇、甲醇、丙酮、烷烯烃
高亚辉1，张淑霞2，万 珊1
（1.洛阳理工学院环境工程与化学系，河南洛阳 471023；
2.河南出入境检验检疫局洛阳分局，河南洛阳 471003）
摘 要：综述了牡丹花色素的提取工艺及纯化方法，包括溶剂萃取法、超临界流体萃取法、酶提取法、超声波辅助萃取
法和微波辅助萃取法；纯化方法主要采用柱层析法、膜分离法、高速逆流色谱法和重结晶法。 牡丹花色素属于类黄酮
化合物，主要有花色苷、黄酮和黄酮醇的苷类。 然后对牡丹花色素光谱特性、溶解性、耐光性、耐氧化性、耐还原性及
pH和金属离子对色素显色特性等理化性质进行阐述。 最后提出牡丹花色素研究中存在的问题及发展方向。
关键词：牡丹花，色素，花色苷，抗氧化
Research progress in extraction and performance of peony pigment
GAO Ya-hui1，ZHANG Shu-xia2，WAN Shan1
（1.Department of Environmental Engineering and Chemistry，Luoyang Institute of Science and Technology，
Luoyang 471023，China；
2.Luoyang Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Luoyang 471003，China）
Abstract：The primary extraction and purification methods of peony pigment were elaborated including：solvent
extraction，supercritical fluid extraction，enzyme extraction，ultrasonic wave assisted extraction，microwave assisted
extraction. Purification process mainly adopts column chromatography ，membrane separation ，high-speed
countercurrent chromatography and recrystallization. Peony pigments were flavonodids，mainly anthocyanins，
flavonoids and flavonol glycosides. Then ， the spectrum ，solubility ， resistance to light ， resistance oxidation ，
resistance reducing and pH value and metal ion pigment show color characteristics such as physical and
chemical properties of peony pigment were also summarized. Finally，the problems and future trends in
research of peony pigments were proposed.
Key words：peony；pigment；anthocyanins；antioxidant
中图分类号：TS201.1 文献标识码：A 文 章 编 号：1002-0306（2012）09-0431-05
收稿日期：2011－06－30
作者简介：高亚辉（1978-），女，研究生，讲师，主要从事食品化工资源
的开发与利用研究。
基金项目：国家自然基金项目（20976037）；国家教育部科学技术重点资助
项目（205094）；河南省杰出人才创新基金项目（05210005000）。
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牡丹花中色素的提取及性能研究进展
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DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2012.09.043
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2012年第9期
和苯等。吴龙奇等[3]研究并分析了乙醇体积分数、盐
酸体积分数、温度和浸取时间对牡丹花红色素提取
过程的影响，得到比较适宜的浸取牡丹花红色素的
浸取剂为1％盐酸-乙醇溶液，浸取条件为浸取温度
50℃，浸取时间3h。但该方法存在应用成本高，提取
速度较慢等缺点。
1.2 超声波辅助萃取法
利用超声波（频率为20KHz～50MHz的电磁波）辐
射压强产生的强烈空化效应、扰动效应、高加速度、
击碎和搅拌作用等多级效应，增大牡丹花色素分子
运动频率和速度，增加溶剂穿透率，从而加速目标成
分进入溶剂，促进提取的进行。与常规的萃取技术相
比，超声波萃取技术快速、价廉、高效。超声波法提取
液颜色深，花色苷含量高，提取率也高[4-5]。
1.3 微波辅助萃取法
微波萃取是利用微波能提高萃取效率的一种较
新技术。微波是一种频率300～300000MHz的电磁波。
在微波场中吸收微波能力的差异使得基本物质的某
些区域或萃取系统中的某些组分被吸收加热，从而
使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电
常数较小、微波吸收能力相对较弱的萃取剂中。Sun
等[6]研究了利用微波辅助提取法提取红木莓花色苷
的工艺，其液料比4∶1（mL/g），提取时间12min，功率
366W。该法具有设备简单、适用范围广、重现性好、
萃取效率高、萃取时间短、能耗低、污染小等特点。
1.4 酶提取法
酶法提取在食品工业中应用广泛，酶处理可使牡
丹花细胞壁发生不同程度改变，如软化、膨胀和崩溃
等，从而提高牡丹花细胞内含物提取率。如应用于果
蔬榨汁、花粉饮料有利于细胞内物质渗出、增加出汁
率10％、减少压榨压力、促进汁液榨取和澄清作用[7]。
李颖畅等[8]用纤维素酶、果胶酶及二者复合对蓝莓果
中花色苷进行了提取，发现纤维素酶提取效果好。其
酶用量5mg/g、料液比1 ∶8（g/mL）、pH5.0、提取时间
60min、酶解温度45℃。近年来还出现了酶-超声波联
用技术提取花色苷的研究[9]。
1.5 超临界流体萃取法（SFE）
SFE是食品工业新兴的一项萃取分离技术。其原
理是利用处于临界温度、临界压力之上的超临界流
体具有溶解许多物质的性质，将其作为萃取剂，从液
体或固体萃取分离出特定成分的新型分离技术 [10]。
近年，人们尝试将SFE技术应用于牡丹花色素萃取。
2 牡丹花色素的纯化方法
2.1 柱层析法
柱层析法又称为柱色谱法，是将待分离物质均匀
地加在装有固定相的柱子中，再加入适当的溶剂冲洗，
由于固定相和移动相对各组分的亲和力不同，试样
中各组分在两相中的分配不同，在柱中随流动相移
动的速度不同，对固定相亲和力最弱的组分随洗脱
剂首先流出，通过分段定量收集洗脱液而使各组分
得到分离。目前大多采用凝胶、聚酰胺、硅胶、离子交
换树脂、大孔树脂等[11]。国内有利用树脂法纯化牡丹
花色素、紫玉米、蓝莓果、黑大豆、黑加仑果渣、黑米、
荔枝果皮和血橙花色苷等研究 [12-14]。张兆琪等 [15]用
XAD-7树脂纯化荔枝果皮花色苷，发现其对荔枝果
皮花色苷的亲和力很高。唐克华等 [16]研究表明，以
1.8％羧甲基纤维素钠（CMC）制备的硅胶G薄板最适
宜红檵木花色素的层析分离，展层剂“水∶乙醇∶正丁
醇∶乙酸乙酯”的体积比为11∶8∶30∶36时的分离效果最
佳，共分离检测出7种水溶性花色素成分。
2.2 膜分离法
膜分离法是用天然或人工合成的高分子膜，以
外界能量或化学位差为推动力，对混合物进行分离、
分级、提纯和浓缩的方法，统称为膜分离法。花色苷
提取中常用的膜分离技术有超滤（UF）、反渗透（RO）、
电渗析（ED）等。Barbara Gilewicz-Lukasik等[17]研究了
纳米膜纯化野樱莓花色苷，发现亚硫酸钠不仅是好
的提取剂而且提高了膜过滤的效率。
2.3 高速逆流色谱法（HSCCC）
该技术是由美国国立健康研究院的Ito教授发明
研制，是一种无固体载体的连续液体色谱技术。
HSCCC利用单向流体动力学平衡原理，使两个互不
相容的溶剂相在高速旋转的螺旋管中单向分布，其
中一相作固定相，由恒流泵输送载有样品的流动相
穿过固定相，利用样品在两相中分配系数的不同实
现分离。Du等[18]用一台柱容量364mL的高速逆流色谱
仪分离了越橘中的花色苷，得到了飞燕草色素-3-
O-β-d-葡萄糖-β-d-木糖苷和矢车菊色素-3-O-β-
d-葡萄糖-β-d-木糖苷。
2.4 重结晶法
从非结晶状物质处理到结晶状物质的过程叫结
晶。从比较不纯的结晶用结晶方法精制到较纯的结
晶为重结晶。向色素溶液中加入质量分数5％的醋酸
铅，使色素沉淀，再将沉淀用盐酸酸化的乙醇溶解形
成氯化铅白色沉淀，过滤除去白色沉淀得到纯度较
高的花色苷溶液。由于醋酸铅剧毒，所以此法不适用
于食用天然色素的生产[11]。
3 牡丹花色苷结构鉴定
花色素是牡丹花色形成的物质基础。牡丹花色素
属于类黄酮化合物，主要有花色苷、黄酮和黄酮醇的苷
类[16-17，19]。花色苷（anthocyanin）是花色素（anthocyanidin）
与糖，以糖苷键结合而成的一类化合物，存在于植物
的花、果实和叶中，使其呈现由红、紫红到蓝等不同
颜色。现已查明，天然花色苷配基的基本结构为3，5，
7－三羟基－2－苯基苯并吡喃，结构式如图1。利用高效
液相色谱与二极管陈列检测器和电喷雾电离质谱联
用技术（HPLC-DAD-ESI-MS）分离鉴定了牡丹花中
的5种花色苷类化合物，分别为矢车菊色素-3，5-O-
二葡萄糖苷（Cy3G5G），矢车菊色素-3-O-葡萄糖苷
（Cy3G）、芍药色素-3，5-O-二葡萄糖苷（Pn3G5G）、
芍药色素-3-O-葡萄糖苷（Pn3G）和天竺葵-色素3，
5-O-二葡萄糖苷（Pg3G5G）[20]。结构式如图2（a）（b）
（c）（d）（e）。王亮生等[21]的研究证实牡丹花中含有6种
花色苷，其中中国地区的牡丹不含有天竺葵色素-3-
O-葡萄糖苷（Pg3G）。牡丹中所含花色苷种类和含量
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的多少也与牡丹五彩缤纷的颜色有很大的关系。而
根据已有的对其他植物花色素与花色苷的研究可
知，它们具有重要的生理活性作用，包括抗氧化、抗
菌、抗癌、抗炎等。
4 牡丹花色素的性能
4.1 牡丹花红色素的溶解性
朱学文等[3]对牡丹花红色素溶解性实验的结果
表明：牡丹花红色素易溶于水、乙醇、甲醇、盐酸等极
性溶剂；难溶于乙醚、石油醚、酮、油脂、酯类、氯仿等
非极性溶剂。因此，从溶解性上可以初步确定牡丹花
红色素为花青素类色素。
4.2 牡丹花色素的光谱特性
根据朱文学等[22]所做牡丹花色素光谱实验可以
看出，牡丹花色素在紫外区和可见区分别有一个吸
收峰，当λmax=350nm时，A=2.5946；λmax=526.5nm时，A=
1.0072。由于牡丹花红色素在紫外区有强吸收，若将
色素用于化妆品则有增加产品的防晒抗紫外线功
能。分析牡丹花红色素的其他理化性质时，主要是分
析色素在特征波长下的吸光度。据文献报道花青素
类色素在波长200～600nm内有特征吸收，特征吸收
峰为528nm光谱中产生不同波长的吸收峰，主要是由
花青素中苷元的结构不同而引起特定种类的花青苷
色素有特有的吸收峰，牡丹花红色素在相同条件下
测得的吸收光谱特征与花青苷的光谱特征相符。
4.3 牡丹花红色素在不同光照条件下的变化
根据朱文学等[22-23]所测牡丹花红色素在pH为1.0
时稳定性可知，色素的吸光度随存放时间延长逐渐
下降，但下降幅度不大，说明牡丹花红色素降解慢，
比较稳定。虽然在室内光照条件下，色素吸光度比避
光条件下降低得快，但7d后色素的残存率也比较高，
因此短期光照对牡丹花色素的稳定性影响不大。实
验中发现，无论是避光还是光照，牡丹花色素的稳定
性与溶液的酸度有关，在pH大于3时不稳定，pH小于
3时，牡丹花红色素比较稳定。
4.4 氧化剂对牡丹花色素的影响
朱学文等 [4]分别对不同氧化剂H2O2浓度下色素
溶液的吸光度值变化及含氧化剂（含0.1% H2O2）的色
素溶液的吸光度随时间变化进行测定。结果表明：加
入浓度为0.1%、0.3%、0.5% H2O2的色素的吸光度值
明显下降，H2O2浓度越大，吸光度值越低，说明牡丹
花色素的耐氧化能力比较差，在实验中还发现静
置40min后，色素溶液颜色由原来的深红色变为浅红
色，静置12h后溶液全部变为淡黄色，H2O2浓度越大，
色素颜色越浅。将浓度为0.1%的H2O2溶液放置2d后
不但吸光度急剧下降，而且还出现少量粒状沉淀。同
样说明加入氧化剂后的色素溶液稳定性很差。
4.5 还原剂对牡丹花红色素的影响
易军鹏等[22-23]在加入还原剂后牡丹花红色素的
吸收光谱实验中发现，加入Na2SO3溶液后，色素溶液
颜色迅速由深红变为浅红，随后颜色不再改变，与未
加入Na2SO3溶液的色素溶液相比，最大波长处的吸
光度值下降很多，而且还原剂的浓度越大，最大波长
处的吸光度值下降越多，静置3d后，溶液颜色未再发
生变化，仍为浅红色，而且波峰处吸光度值还略有增
加，说明牡丹花红色素耐还原性比较差，但在还原剂
中有一定的稳定性。
4.6 金属离子对牡丹花红色素的影响
根据刘耀玺等[24]金属离子对牡丹花红色素稳定
性的影响可知，加入Zn2+、Mg2+，Fe3+、Ca2+、K+、Cu2+后对
牡丹花色素影响很小，色素溶液仍呈现红色，吸光度
值变化不大，和对照组基本一致；加入Fe3+后的色素
溶液呈褐色，无沉淀，吸光度值与对照组基本一致，
但随时间的变化明显；加入Sn2+后的色素溶液呈现深
紫色，伴有混浊，吸光度值比对照组大大增加，静置
20h后，溶液颜色转为浅紫红色，且向红色转变，产生
大量沉淀。因此加入牡丹花红色素的物品应避免与
Sn2+、Fe3+接触。
4.7 牡丹花色素抗氧化性
抗氧化活性：细胞中的氧在转变成水之前，会产
生许多活性氧（ROS）。正常情况下，生物体内活性氧
的生成与清除处于动态平衡状态，当各种因素打破
这一平衡而致活性氧浓度超过生理限度时，多余的
图1 花色苷基本结构式
Fig.1 Basic structure of anthocyanins
R2
HO
OH
OH
OH
O+
R1
图2 中原牡丹花中含有的5种花色苷结构式
Fig.2 Five different anthocyanins of Zhongyuan peony
HO
HO
HO
HO
HO
HO
HOHO
HO
HO
HO
HO
HO
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
OO
O
O
O
O
O+
O
O
O O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
OO
（a）矢车菊-3，5-O-二葡萄糖苷 （b）矢车菊-3-O-葡萄糖苷
（c）芍药-3,5-O-二葡萄糖苷 （d）芍药-3-O-葡萄糖苷
（e）天竺葵-3，5-O-二葡萄糖苷
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氧自由基就会致使组织损伤，乃至诱发各种疾病和
促使机体衰老。而各种抗氧化物质，可以将多余的活
性氧自由基清除掉，从而保护细胞、组织免遭氧化伤
害。Hwang Y等[25]采用化学荧光法研究了紫甘薯花色
苷对活性氧的清除作用，结果表明，紫色甘薯花色苷
对·OH、H2O2等活性氧均有清除作用，尤其对·OH的
清除能力强于抗坏血酸，且与浓度呈剂量关系。
牡丹花色素抗氧化性主要表现在以下三方面。
抗癌活性：研究认为环境因素在癌症的发生和发
展中发挥着重要的作用。因此完全可以通过外部环
境的改变来降低肿瘤的发生率。正常细胞在接触各
种致癌因素后，都会经过启动、促进和发展三个阶段
才会转化为肿瘤细胞。在癌症形成的三个阶段中，都
有高度活泼的自由基参与。即致癌物必须在体内经
活化而成的自由基攻击DNA才能致癌。因此各种抗
氧化物在一定程度上都具有抑制肿瘤的功能。牡丹
花色苷有比较强的抗氧化活性，也应该具备抗肿瘤活
性，它可以通过抑制肿瘤细胞的增殖、转移和诱导癌
细胞的凋亡实现抗癌的目的。常徽等[26]对桑葚花色
苷的抗肿瘤活性研究结果表明，桑葚花色苷提取物可
显著降低乳腺癌细胞活力，并显示剂量-效应关系。因
此，可预期牡丹花色素潜在的医用价值非常巨大。
抗炎活性：在牡丹花色苷中，矢车菊色素-3，5-
O -二葡糖苷（Cy3G5G）和天竺葵色素-3，5-O -二葡
糖苷（Pg3G5G）具有通过抑制MAPK途径中COX－2的
表达阻止炎症发生的作用[26]。史国安等[27]研究了从牡
丹花中分离得到的花色苷和它的糖苷配基矢车菊色
素的抗炎作用，结果表明：矢车菊色素的抗炎活性强
于阿斯匹林。此外，牡丹花色苷还具有抗菌、降血糖、
抗衰老、抗皱等方面的作用。
抗动脉粥样硬化：动脉粥样硬化（Atherosclerosis，
As）是一种严重威胁人类健康的疾病。流行病学研究
显示，血管内皮细胞的损伤是动脉粥样硬化发生的起
始环节，而氧化性低密度脂蛋白（Oxidized low-density
lipoprotein，Ox-LDL）的形成是造成血管内皮损伤，促
进动脉粥样硬化发生发展的关键因素之一。花色苷
可以增加细胞内超氧化物歧化酶和谷胱甘肽转换酶
的活性而减少LDL的氧化进而抑制动脉粥样硬化的
发生。余小平等[28]研究了黑米皮花色苷对动脉硬化
斑块稳定性的影响。发现实验中老鼠的血清中TG、
TC、LDL-C、HDL-C含量与对照组相比分别下降了
37.13％、26.60％、47.21％和36.52％，小鼠As斑块中薄
纤维帽和大脂核的频数分别降低了57.38％和53.13％，
不稳定斑块的面积也有所下降。说明黑米皮花色苷
能促进小鼠晚期斑块的稳定性。
5 牡丹花色素的开发中存在的问题及研究方向
与合成色素相比，牡丹花色素也存在一些需要
改进的缺陷：大部分色素对光、热、氧、金属等敏感，
稳定性较差；绝大多数牡丹花色素染着力较差，染着
不易均匀；天然色素对pH变化十分敏感，色调会随之
发生很大变化；天然色素种类繁多、性质复杂，就一
种天然色素而言，应用时专用性较强，运用范围较
窄。另外，许多未发现的色素可能位于未开发的陆地
和海洋，商业开发难度较大。
鉴于这些困难，目前牡丹花色素的研究工作主
要集中在以下三个方面：合成工艺、生产技术和可替
代的色素资源。加强牡丹花色素稳定性和使用过程
中色素稳定化技术的研究迫在眉睫。
牡丹花在亚洲的分布很广，且在不同自然条件下存
在很多亚种，牡丹花色素更是种类繁多，因此被开发
利用的潜力巨大，尤其是通过大量的发酵培养微生物
即可获得类牡丹天然色素产品，使生产成本大大降低，
同时保护了环境和生态平衡，解决了资源短缺的矛盾，
具有可持续开发利用的优势，而且产生的色素具有天
然色素的特点，可应用于食品、医药、化妆品等行业
中。微生物色素也将是天然色素开发的一大方向。
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实验最佳提取工艺条件：料液比1∶40，超声波处理时
间30min，乙醇浓度80%，按1.2.2步骤操作，实验结果
见表3。最佳提取工艺条件下艾叶多糖平均提取率为
0.790%。
2.4 超声波-酶法与超声波法的比较与分析
由表4可以看出，利用超声波-酶法可以明显提
高艾叶多糖的提取率，比单纯的超声波提取法提高
了56.75%。
3 结论
3.1 在50℃加入2.0%（对底物）的纤维素酶处理2h条
件下，提取艾叶多糖优化的工艺条件为：料液比1∶40、
超声波处理时间30min、乙醇浓度80%，艾叶多糖提
取率达0.790%。由极差R看出影响艾叶多糖提取率
的因素依次为：乙醇浓度＞料液比＞超声波处理时间，
乙醇浓度是影响超声波酶法提取艾叶多糖提取率的
最主要因素。
3.2 利用超声波酶法可以明显提高艾叶多糖的提
取率，在最优条件下其多糖提取率比单纯的超声波
法提高了56.75%。
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实验组 1 2 3 平均值
多糖提取率（%） 0.785 0.779 0.805 0.790
表3 最佳提取工艺条件下的多糖提取率
Table 3 Extraction of polysaccharides that the optimal
conditions by orthogonal test
提取方法 料液比
超声波处理
时间（min）
乙醇
浓度（%）
多糖
提取率（%）
超声波酶法提取 1∶40 30 80 0.790
超声波提取 1∶40 30 80 0.504
表4 两种提取方法的结果比较
Table 4 Comparison of the results of ultrasonic-enzyme
extraction and ultrasonic extraction
表2 正交实验结果与分析
Table 2 Results and analysis of L9（33）orthogonal test
实验号 A B C 多糖提取率（%）
1 1 1 1 0.190
2 1 2 2 0.338
3 1 3 3 0.614
4 2 1 2 0.531
5 2 2 3 0.717
6 2 3 1 0.403
7 3 1 3 0.735
8 3 2 1 0.486
9 3 3 2 0.774
K1 1.142 1.456 1.079
K2 1.651 1.541 1.643
K3 1.995 1.791 2.066
R 0.853 0.335 0.933
3333333333333333333333333333333333333333333333
（上接第331页）
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