《Food Chemistry: X》：Anthocyanins from fruit and vegetable waste: biosynthesis, extraction, and gut health benefits
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本综述系统阐述了从果蔬加工副产物中绿色提取花青素（ANCs）的前沿技术（如超声、微波、酶辅助、脉冲电场及低共熔溶剂法），并深入探讨了通过酰化、共色、微纳米包埋等策略提升其稳定性与生物利用度的分子机制。文章重点聚焦于花青素调节肠道微生物群（如促进乳酸杆菌、双歧杆菌增殖）、增强肠道屏障完整性及增加短链脂肪酸（SCFAs）产生的益生元样活性，揭示了其在预防心血管疾病、糖尿病、肥胖及神经退行性疾病等方面的巨大潜力，为开发下一代功能性食品和营养素提供了坚实的理论依据与技术路径。
引言
随着人口增长与消费水平提升，全球食品需求持续增加，减少食品损失与浪费已成为重要议题。其中，果蔬采后损失约占园艺产品总量的60%，其加工副产物（如果皮、种子、果渣）占比高达25%–30%。这些废弃物富含花青素（ANCs）等生物活性物质。花青素是水溶性类黄酮化合物，作为2-苯基苯并吡喃（flavylium）阳离子的糖苷衍生物，其结构包含A、B两个芳香环和一个含氧杂环C环，在酸性条件下呈现鲜艳的红色至蓝紫色。它们不仅作为天然色素应用广泛，更在调节肠道健康、抗氧化、抗炎症等方面展现出显著功效。
花青素的提取技术
从果蔬废弃物中高效提取花青素是实现其高值化利用的关键。传统溶剂提取法虽操作简便，但存在耗时久、溶剂用量大、提取效率低等问题。新兴绿色提取技术则致力于提升回收率与环境可持续性。
超声辅助提取（UAE）利用空化效应产生的强力剪切作用破坏细胞结构，可在5–60分钟内显著提高传质效率。微波辅助提取（MAE）通过电磁辐射使分子内部快速生热，加速细胞壁破裂，从而在1–40分钟内实现高效萃取。超临界流体提取（SFE）多以CO2为溶剂，在温和条件下实现对热敏感化合物的高选择性提取，若目标成分为极性较强的花青素，则可加入乙醇等助溶剂提高得率。脉冲电场（PEF）技术通过在毫秒级时间内施加高压脉冲，诱导细胞膜电穿孔，增强渗透性，从而提高目标物溶出速率，且过程不产热，利于保持花青素结构稳定。酶辅助提取（EAE）则利用纤维素酶、果胶酶等特异性降解细胞壁多糖，结合超声波（形成UAEE）或微波（形成EMAE）可进一步强化提取效果。此外，加压液体提取（PLE）在高温高压下进行，能有效提升溶剂对基质的渗透与溶解能力。这些绿色技术共同体现低溶剂消耗、短时高效与能耗优化的发展趋势。
花青素的纯化与稳定化策略
粗提物中常含糖类、有机酸等杂质，需进一步纯化。固相萃取（SPE）是常用方法，其中非离子丙烯酸酯树脂（如Amberlite XAD7）对花青素吸附率高达93%。逆流色谱（CCC）基于液-液分配原理，无需固态固定相，适用于百毫克级样品制备，且溶剂成本较低。为提高花青素在加工与消化道环境中的稳定性，酰化修饰、蛋白质/多糖复合、共色作用及微纳米包埋等技术被广泛采用。酰化（如酶法接入月桂酸）可增强花青素疏水性，减少水合作用导致的降解；与β-乳球蛋白、果胶等生物大分子结合可形成保护性复合物；共色作用则通过π–π堆叠与氢键使花青素发色团免受亲核攻击，延长显色时间；喷雾干燥、脂质体包埋等微纳米技术则为其在功能性食品体系中的应用提供了物理屏障。
花青素的定量与分析
花青素的定量主要包括光谱法与色谱法。国际AOAC pH示差法通过比较花青素在pH 1.0（呈色）和pH 4.5（无色）下的吸光度，快速测定总单体花青素含量，但易受其他酚类物质干扰。高效液相色谱（HPLC）与超高效液相色谱（UPLC）联用质谱（LC-MS/MS、UPLC-QTOF-MS）可实现花青素单体的精准定性定量，并解析其酰化模式、糖基化类型等精细结构。新兴离子淌度质谱（IMS-MS）及拉曼光谱结合机器学习算法，为花青素的高通量、无损检测提供了新可能。
花青素在肠道健康中的作用机制
花青素经口摄入后，部分以完整形式在胃部被吸收，大部分进入肠道。在结肠中，肠道微生物（如乳酸杆菌、双歧杆菌）产生的β-葡萄糖苷酶将其水解为苷元，并进一步代谢为原儿茶酸、香草酸等小分子酚酸。这些代谢物不仅具有优于母体的抗氧化与抗炎活性，还能选择性促进有益菌（如Akkermansia muciniphila、Faecalibacterium prausnitzii）生长，抑制大肠杆菌等致病菌增殖。菌群发酵产生的短链脂肪酸（SCFAs）可降低肠道pH，强化上皮细胞间的紧密连接（如Occludin、ZO-1蛋白），增强肠道屏障功能。动物实验表明，花青素能下调肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）等促炎因子表达，并通过调节Toll样受体4–核因子κB（TLR4–NF-κB）信号通路缓解肠道炎症。其在阿尔茨海默病模型中也显示可抑制β-淀粉样蛋白（Aβ）纤维化，减少神经细胞氧化损伤。
应用前景与挑战
花青素作为天然色素，因其安全性高正逐步替代合成染料，尤其酰化花青素在宽pH范围内颜色更为稳定，适用于饮料、乳制品、糖果等着色。在功能食品开发中，通过纳米包埋或与蛋白、多糖复合，可提升其生物可及性，并实现肠道靶向释放。此外，花青素还被用于活性包装材料，如以聚乙烯醇–淀粉为基材添加罗望子花青素制成的膜，可通过对胺类物质的显色反应指示鱼类新鲜度。然而，花青素固有的化学不稳定性、低口服生物利用度以及规模化提取纯化成本较高，仍是其产业化面临的主要挑战。未来研究需结合人工智能优化提取工艺，开展长期临床剂量–效应验证，并完善从废弃物到终端产品的标准化生产流程。
结语
果蔬废弃物中的花青素是具有重要开发价值的生物活性资源，通过绿色提取与精准稳定化技术可显著提升其回收率与功能效力。其在调节肠道菌群、增强肠道屏障、抗炎抗氧化等方面的多重益处，为营养干预代谢性疾病、神经退行性疾病提供了新思路。随着递送系统创新与临床证据积累，花青素有望在健康食品与医药领域发挥更重要作用。
