全 文 ：第 40卷 第 4期
2016年 7月
南京林业大学学报( 自然科学版)
Journal of Nanjing Forestry University (Natural Sciences Edition)
Vol．40，No．4
Jul．，2016
doi:10．3969 / j．issn．1000－2006．2016．04．011
收稿日期:2015－10－08 修回日期:2015－12－28
基金项目:上海市农委科技兴农重点攻关项目( 沪农科攻字(2014) 第1－2号)
第一作者:唐东芹(dqtang@ sjtu．edu．cn) ，副教授。
引文格式:唐东芹，徐怡倩，袁媛，等． 理化因素对风信子花色苷稳定性的影响［J］． 南京林业大学学报( 自然科学版) ，2016，40(4) :
69－73．
理化因素对风信子花色苷稳定性的影响
唐东芹1，徐怡倩1，袁 媛1，陶秀花2，史益敏1
(1．上海交通大学农业与生物学院，上海 200240;2．江西省农业科学院蔬菜花卉研究所，江西 南昌 330200)
摘要:为探讨理化因子对风信子花色苷稳定性的影响，采用体外试验，以风信子‘Woodstock’花瓣为材料，研究了
温度、光照、pH和金属离子等各因素对风信子花瓣中花色苷呈色及光谱特征变化规律的影响。结果表明:风信
子‘Woodstock’花色苷不耐高温和强光，温度升高及延长加热时间均使花色苷降解褪色，且随着 pH增大，花色苷
最大吸收波长朝长波方向移动;Fe3+、Fe2+、Al3+和 Cu2+均使花色苷变色，但 Mg2+对其无明显影响，Ca2+和 Zn2+则在
高浓度时有增色效应，Pb2+会破坏花色苷的稳定性而产生白色沉淀。除了 Fe2+和 Pb2+产生蓝移外，其他金属离
子都使花色苷发生不同程度的红移。
关键词:风信子;理化因素;金属离子;花色苷;稳定性
中图分类号:Q947 文献标志码:A 文章编号:1000－2006(2016)04－0069－05
Effects of physical and chemical factors on anthocyanin stability in Hyacinthus
TANG Dongqin1，XU Yiqian1，YUAN Yuan1，TAO Xiuhua2，SHI Yimin1
(1．School of Agriculture ＆ Biology，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China;
2．Vegetable and Flower Institute，Jiangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanchang 330200，China)
Abstract:In order to investigate the effect of physical and chemical factors on anthocyanin stability in Hyacinthus，the
petals of hyacinthus‘Woodstock’was used to study the effects of temperature，light，pH and metal ions on the changing
patterns of the color of anthocyanin extraction and spectral characteristics by experiments in vitro． The results showed that
the anthocyanidin from hyacinthus petals was not tolerant to high temperature and strong light，and pH exerted remarka-
ble effects on anthocyanins since there was a bathochromic shift of the maximwm absorption warelengte as the increase of
pH value． Fe3+，Fe2+，Al3+ and Cu2+ changed the color of anthocyanins，but the influence of Mg2+ was not significant．
High concentration of Ca2+ and Zn2+ produced the hyperchromicity effect，while Pb2+ created white precipitation in antho-
cyanin solution． High concentration of Fe2+ and Pb2+ caused the maximum wavelength blue shift，yet the other metal ions
showed bathochromic shift effect with the increase concentration to various degrees． These results could provide some sci-
entific basis to explore the mechanism of flower color formation in hyacinthus，identifying the structure of the hyacinthus
anthocyanin and further utilizing the hyacinthus pigment．
Keywords:hyacinthus;physical and chemical factors;metal ion;anthocyanin;stability
花色苷以 2－苯基苯并吡喃为单元，沿类黄酮
修饰途径衍生出 3 种类型，即橙色的天竺葵素、红
色的矢车菊素和紫色的飞燕草素。矢车菊素进一
步甲基化形成芍药素，飞燕草素则修饰为矮牵牛素
和锦葵素［1］。花朵花色取决于不同色素种类及含
量的空间组合，色素含量越高，花瓣着色越向该色
素偏移，其余色素起辅助调节作用。但是，花朵最
终呈现的颜色不一定就是花瓣中花色素的颜色。
研究发现，花瓣中色素呈现的颜色除了受主要和次
要色素的影响，还与光、热、pH、金属离子等理化因
子密切相关［2－4］。探索理化因子对花色素颜色变
化的效应，不仅是花色素纯化鉴定的前提条件之
一，也有利于模拟自然状态下花瓣中花色苷在细胞
内的呈色表现［5］。因此，在体外条件下，研究理化
因子对风信子花色苷颜色的影响，进一步鉴定其结
构，并分析自然状态下花瓣中花色苷在细胞内的呈
色表现。
南 京 林 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第40卷
1 材料与方法
1．1 花色素的提取
试验所用材料为风信子品种(Hyacinthus orien-
talis)‘Woodstock’花瓣，于 2015 年 3 月下旬采自
上海交通大学农业与生物学院工程训练中心实验
农场。田间剪取花序若干，立即带回实验室，取花
序下部完全开放小花的花瓣组织用于花色素的
提取。
色素提取使用弱有机酸甲酸作为提取溶剂。将
新鲜花瓣样品 250 mg 用液氮急速冷却后研磨成粉
末，用 1 mL花色苷提取液(V甲醇 ∶V水 ∶V甲酸 ∶V三氟乙酸 =
70 ∶27 ∶2 ∶1) 于4 ℃条件下避光浸提 24 h［6］，期间每
隔 8 h振摇 1次。24 h后，离心并吸取上清液，经0．22
μm微孔滤膜过滤，滤液直接用于定性、定量实验。
1．2 物理因子对花色苷稳定性影响的测定
将花色苷提取液配制成适当浓度的溶液，置于
离心管中，分别检测温度和光照对风信子花瓣中花
色苷稳定性的影响。
1．2．1 温度
测定配制好的花色苷提取液在各自检测波长
下的吸光度值( 吸光度值用GeneQuant Pro 紫外 /
可见光分光光度计( 美国Biochrom公司) 测定) ，作
为初始吸光值度 A0。恒温培养箱设定 30、40、50、
60、70 ℃ 共计 5 个温度梯度作单因素处理。待测
品种的提取液于避光环境，在各温度条件下每隔 1
h取样 1次，连续监测 6 h，取出后迅速用自来水恢
复至室温，测定并记录吸光度值(A) 的变化情况。
1．2．2 光照
测定配制好的花色苷提取液( 磷酸氢二钠－柠
檬酸缓冲液，pH= 3) 在各检测波长下的吸光度值，
作为初始吸光度 A0。
设置 3 种光源处理:①自然光，室内向阳窗台
上;②日光灯，恒温光照培养箱中，光照度(3 680±
81)lx，温度(20±0．5)℃;③避光处理，无光照恒
温培养箱中，用铝箔纸包裹离心管，温度(20±0. 5)
℃;每隔1 h取样 l 次，连续监测 6 h，测定记录吸
光度(A) 的变化情况。
1．3 化学因子对花色苷稳定性影响的测定
1．3．1 pH
配制磷酸氢二钠－柠檬酸缓冲液，pH 依次取
2．2、3．0、4．0、5．0、6．0、7．0。另以 2 g 风信子花瓣制
成提取液，取 0．5 mL分别加入不同 pH的缓冲液至
3 mL，于试管中混匀，置于恒温培养箱中避光平衡
2 h。反应液在 400 ～ 600 nm 范围内，采样间隔 2
nm扫描，确定最大吸收峰以及对应的吸光度。与
此同时，在一定量的花色苷提取液中加入 NaOH或
HCl溶液，使花色苷溶液形成 pH 梯度，配制至 pH
为 1. 0～13. 0，梯度间隔为 1。观察花色苷提取液
的颜色变化，同时记录吸光度值。
1．3．2 金属离子
在风信子花色苷提取液中加入一定浓度的金
属离子，于试管中混匀，观察反应液颜色变化，后置
于恒温培养箱中避光平衡 2 h。在 400～600 nm范
围内，采样间隔 2 nm扫描，确定最大吸收峰以及对
应的吸光度值。试验所用金属离子分别为 Fe3+、
Fe2+、Ca2+、Al3+、Zn2+、Mg2+、Cu2+、Pb2+，各溶液的离
子最终浓度为 0. 000 1、0. 001 0、0. 005 0、0. 010 0、
0. 100 0 mol /L。
1．4 数据处理
数据整理、分析使用 Excel 2003，绘图采用
Origin 8．0。
2 结果与分析
2．1 温度对花色苷稳定性的影响
在不同温度条件下，风信子花瓣花色苷提取液
吸光度值随时间变化呈现一定规律( 图1)。随着
温度的升高以及加热时间的增加，花色苷降解速率
逐渐增大，30 ～ 70 ℃温度处理 6 h 后，提取液的吸
光度(A532) 仅相当于处理前吸光度的68. 58%、
63. 06%、53. 37%、44. 28%及 35. 13%;尤其是60 ℃
以上高温的影响极其显著，其吸光度值递减率高达
55. 72%以上。花色苷损失的同时紫红色溶液逐渐
变淡，说明高温对花色苷物质具有褪色作用。
图 1 温度对风信子‘Woodstock’花色苷稳定性的影响
Fig．1 Effects of temperature on the stability of
anthocyanins in‘Woodstock’
2．2 光照对花色苷稳定性的影响
风信子花色苷光稳定性随光照时间、光照方式
变化规律如图 2所示。在日光灯照射下，花色苷提
取液的吸光度(A532) 下降最快，照射6 h 后提取液
07
第 4期 唐东芹，等:理化因素对风信子花色苷稳定性的影响
的颜色明显变淡，吸光度仅相当于照射前的
53. 22%;自然光照射下花色苷提取液的吸光度也
有小幅下降，照射 6 h后的吸光度相当于照射前的
82．17%;而避光保存时花色苷吸光度变化缓慢，照
射 6 h后的吸光度与照射前相当。这说明日光灯
光照和自然光照都会加速花色苷的氧化过程。因
此，花色苷光稳定性较差。
图 2 光照对风信子‘Woodstock’花色苷稳定性的影响
Fig．2 Effects of light on the stability of anthocyanins
in‘Woodstock’
2．3 pH对花色苷稳定性的影响
酸性条件下，风信子‘Woodstock’的花色苷提
取液呈鲜艳的红色，随着 pH 逐渐升高，色素提取
液颜色变浅，接近中性时则呈淡紫色。分光光度计
的扫描结果( 表1) 可见: 随着pH 逐渐增大，可见
光区最大波峰 λmax朝长波移动，即发生红移现象;
最大吸收峰的峰值 Avis-max在缓冲液 pH＜5．0 的范围
内，随 pH增大而逐渐减小;当缓冲液pH＞5．0 的情
况下，随 pH增大，峰值升高。风信子花色苷在 pH
1～13梯度中的呈色情况见图 3。较低 pH下，溶液
呈深红色，随着 pH的增加，红色变为紫色;当pH＞
7时，蓝紫色溶液逐渐变为绿色，之后 pH升高碱性
增强，溶液最终呈现黄色。
表 1 风信子‘Woodstock’花色苷在不同 pH下
的光谱特征
Table 1 Spectral characteristics of anthocyanin in
‘Woodstock’at different pH values
缓冲液 pH
buffer pH
反应液颜色
reaction solution color
λmax Avis-max
2．2 亮红 524 0．886
3．0 深红 529 0．452
4．0 桃红 536 0．397
5．0 粉红 541 0．235
6．0 浅紫 547 0．479
7．0 淡紫 554 0．681
图 3 风信子‘Woodstock’花色苷提取液在不同
pH下的颜色变化
Fig．3 The color changes of anthocyanin in‘Woodstock’
at different pH values
注:离心管下数字为溶液pH，The numbers under centrifuge tubes
are pH value of solutions．A．磷酸氢二钠－柠檬酸缓冲液 The buffer of
sodium dodecyl suplhate-polyacrylamide;B． NaOH-HCl 溶液 NaOH-
HCl solution．
2．4 金属离子对花色苷稳定性的影响
以浓度为 0．100 0 mol /L的不同金属离子处理
后，花色苷盐溶液的光谱扫描结果如表 2 所示: 花
色苷除了在 0．100 0 mol /L的 Fe2+和 Pb2+的作用下
产生蓝移，即吸收峰向短波长移动，在其余金属离
子作用下均产生红移效应。
表 2 风信子‘Woodstock’花色苷在不同金属
离子中的光谱特征
Table 2 Spectral characteristics of anthocyanin in
‘Woodstock’at different metal ions
金属离子
metal ions
反应液颜色
reaction
solution color
λmax Avis-max
波长移动
wavelength
shift
Fe3+ 黄褐色 602 0．635 红移
Fe2+ 深蓝色 514 0．729 蓝移
Ca2+ 粉红色 532 0．484 红移
Al3+ 紫色 568 0．576 红移
Zn2+ 粉红色 551 0．465 红移
Mg2+ 浅红色 533 0．382 红移
Cu2+ 浅蓝色 587 0．593 红移
Pb2+ 淡紫色( 白色沉淀)495 0．958 蓝移
金属离子对不同种类花色苷的影响存在差异，
有增色作用也有破坏作用( 图4)。Fe3+、Fe2+、Al3+、
Cu2+对风信子花色苷的影响较大，有变色现象。当
Fe3+的浓度大于 0．001 0 mol /L时，溶液由红色变为
紫色，逐渐向橙黄色过渡，最终变为黄褐色;当Fe2+
和 Al3+浓度大于 0．005 0 mol /L 时，随离子浓度增
加，颜色加深，最终 Fe2+呈深蓝色，而 Al3+呈紫色;
Cu2+在低浓度下红色褪色，高浓度时变为亮蓝色。
Pb2+会破坏花色苷的稳定性，当浓度高于0．005 0
17
南 京 林 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第40卷
mol /L，反应液出现明显的白色沉淀，推测可能是
Pb2+与花色苷中的酚羟基相互作用产生。Ca2+、
Mg2+、Zn2+对溶液颜色影响不大，其中 Mg2+基本无明
显变化，Ca2+和 Zn2+在高浓度时有增色效应产生。
图 4 风信子‘Woodstock’花色苷在不同金属离子浓度下的颜色变化
Fig．4 The color changes of anthocyanin in‘Woodstock’at different concentrations of metal ions
注:A．Fe3+;B．Fe2+;C．Ca2+;D．Al3+;E．Zn2+;F．Mg2+;G．Cu2+;H．Pb2+。每排管从左到右金属离子浓度为: 空白、0. 000 1、0. 001 0、0. 005 0、
0. 010 0、0. 100 0 mol /L。The concentration of metal ions in the tube on each row:blank，0. 000 1，0. 001 0，0. 005 0，0. 010 0，0. 100 0 mol /L．
3 讨 论
花色苷的性质一般不稳定，自然状态下易受到
光照、温度、pH以及金属离子等理化因子的影响，
尤其以温度和光照最为敏感。受光、温、酸碱性、金
属离子等因素的影响程度不同，植物体内的花色苷
稳定性也有差别。有研究表明，高温条件下花色苷
单体沿一级动力学规律发生降解［7］。在对牡丹的
热稳定性研究中，樊金玲等［8］利用温度对牡丹花
色素的影响建立了热降解动力学模型。此次实验
中，风信子‘Woodstock’花瓣花色素的热稳定差，温
度升高及延长加热时间均使花色苷降解褪色，造成
颜色变淡的原因可能与花色苷和辅色素产生共色
效应有关，也可能是由于高温促使了有色的花色苷
向无色的查尔酮形式转化。关于花色苷在光照条
件下的稳定性也已有不少研究。笔者研究发现，不
同光源条件下风信子‘Woodstock’花色苷的降解程
度不同，日光灯光源大于自然光照，而避光条件下
的花色苷的稳定性要强于光照条件下;推测原因与
热降解类似，花色苷降解生成查尔酮，再进一步降
解成苯甲酸等终产物。这个结果不同于光源对梅
花花色素影响的规律，即日光对其花色素的降解作
用最为显著［9］。造成这种光照响应不一致的原因
可能是由于不同物种中类黄酮组成( 尤其是黄酮)
存在差异，且黄酮组分对花色素有一定的光护色作
用。综合以上基于温度和光照对风信子花色苷的
影响结果来看，高温的影响效应要大于光照，今后
提取、开发其花色苷时应注意避免高温的影响。
花瓣细胞液 pH能改变花色苷的化学结构，调
控分子共色作用，使花色产生变化。但花色素能稳
定存在于酸性环境中［10］，通常情况下，花色苷在强
酸性的环境内呈红色，性质更稳定; 在高pH 的环
境内偏蓝色，性质不稳定［11－12］。环境中的酸性会
削弱黄酮和黄酮醇的颜色，酸性越强则其所呈的黄
色越浅，反之越深。通过外加不同 pH 的缓冲液后
发现，随着 pH增大，风信子‘Woodstock’花瓣提取
液在可见光区最大波峰发生红移;最大吸收峰的峰
值在缓冲液 pH＜5．0 的范围内，随 pH 增大而逐渐
减小。这与 pH 对菊花花色素呈色影响的结论相
类似［13］。花色苷在介质溶液中主要有包括黄佯盐
阳离子、甲醇或查尔酮假碱、中性醌型碱和离子化
醌型碱等 4种结构形式，在一定的酸碱条件下可以
发生相互转换。一般，强酸性条件下(pH＜2) ，花
色苷主要以红色或橙色的黄佯盐阳离子居多;中强
及弱酸中(pH= 3～ 6) 以无色的甲醇或查尔酮假碱
形式存在;当接近中性时，花色苷多为紫色或淡紫
色的中性醌型碱;而一旦环境碱化，pH 上升至 8 ～
12的范围内，花色苷即转化为蓝色的醌型碱离
27
第 4期 唐东芹，等:理化因素对风信子花色苷稳定性的影响
子［14］。pH在 1～ 13 范围内的风信子‘Woodstock’
花色苷溶液颜色呈现的规律与上述变化规律是一
致的。
植物细胞中，镁、铝、铜、铁等金属离子可与花
色苷结合形成络合物，即金属螯合理论。螯合作用
生成的高度着色且稳定的复合体，在一定程度上改
变了花色素的颜色，引起光吸收波长变长，花色趋
于蓝色［15］。比较不同金属离子作用下风信子
‘Woodstock’花色苷的特征颜色变化和紫外色谱
图，发现其花色苷除了在 Fe2+和 Pb2+的作用下产生
蓝移外，其余金属离子均使其产生红移效应，且
Fe3+、Fe2+、Al3+、Cu2+使花色苷变色。有研究表明，
Al3+会与矢车菊素 3 －葡萄糖苷形成金属花色
苷［13］，这可能也是 Cu2+等金属离子与花色苷分子
相互作用的机制。Pb2+会破坏花色苷的稳定性，当
浓度高于0．005 mol /L，反应液出现明显的白色沉
淀。笔者的研究结论与杜鹃花的研究类似［16］，二
价金属离子(Mg2+、Ca2+、Zn2+) 对色素影响很小，而
高价金属离子(Fe3+、Al3+) 使溶液颜色发生很大的
变化。金属离子处理后，部分花色苷溶液 Avis-max增
大，可能是金属离子通过削弱花色苷与水之间的水
合作用减少了无色的甲醇假碱、查尔酮的生成。
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