多种植物物种的花器官组织因含有花青素（Anthocyanin）而呈现红、紫或蓝色，这类水溶性黄酮类色素是食品应用中天然色素与生物活性植物化学物的可持续来源，因此高花青素含量的花卉正获得日益广泛的商业与科学关注。作为多酚类化合物，花青素具有细胞保护、抗炎及抗氧化等促进健康的特性，可作为营养保健品、天然及功能性食品添加剂使用。消费者对天然清洁型产品需求的不断增长，推动了针对食用花卉资源中花青素的提取、表征及技术应用研究。尽管潜力巨大，花青素固有的化学不稳定性限制了其在食品体系中的应用：pH变化、热处理、光照、氧化及酶促降解等环境因素会显著影响其色泽与生物活性；此外，由于代谢转化快、膜通透性受限及胃肠道降解，花青素的生物利用度较低。微包封（Microencapsulation）与纳包封（Nanoencapsulation）技术已成为应对这些限制的有效递送手段，通过选用合适的壁材，包封可提高花青素在加工与贮藏过程中的稳定性、提升其生物利用度并实现控释，从而使包封后的花青素能更有效地应用于饮料、乳制品、焙烤食品、营养保健品及智能包装等领域。
1. 引言
花青素是一类水溶性植物源色素，其名称源于希腊语“anthos”（花）与“kianos”（蓝），由花色素苷元通过糖苷键连接糖分子构成。植物中分布最广的花色素苷元包括矢车菊素（Cyanidin）、矮牵牛素（Petunidin）、芍药素（Peonidin）、锦葵素（Malvidin）、天竺葵素（Pelargonidin）与飞燕草素（Delphinidin）。这类化合物广泛存在于谷物、水果、花卉与蔬菜中，赋予食品独特的色泽。作为黄酮类这一大类植物次生代谢产物，花青素可呈现红、粉、橙、紫、蓝等多种花色，其呈色机制与花瓣组织的结构异质性及色素组成密切相关。作为多酚类化合物的子类，花青素可通过植物性饮食摄入，是植物界中具有显著抗氧化活性的生物活性物质，可中和有害自由基并降低人体氧化应激。除植物外，真菌、细菌与藻类也可合成该类化合物。从化学结构看，花青素属于低分子量黄酮类化合物，广泛分布于花卉、蔬菜、种子、根、果实等植物源材料，以及葡萄酒、咖啡、茶等植物基饮品中。食用花卉因其色泽、抗氧化特性及其他益处受到全球多地区关注，其中色泽是影响消费者接受度的关键质量属性，可增强或抑制食欲，天然食用色素的应用能提升产品的视觉吸引力、感官体验与识别度。随着健康饮食意识提升，消费者愈发青睐添加了生物活性植物化学物的创新食品，这也推动了食用花卉在烹饪领域的应用演变。食用花卉的生物量中水分占比约70–95%，是其营养组成的主要成分；碳水化合物是宏量营养素的主要部分，单糖与双糖以葡萄糖、果糖与蔗糖为主；脂肪酸含量因物种差异较大，干重占比0.1%–10%，通常富含α-亚麻酸与亚油酸，脂质谱与生菜、芦笋等绿叶蔬菜相近；蛋白质含量普遍低于动物源性食品，与西兰花、花椰菜等蔬菜相当，但向日葵、香蕉花等物种的蛋白质含量可达约6.0 g/100 g干重，高于多数常见蔬菜。并非所有开花植物都可安全食用，部分物种甚至有毒，且野生种可能与可食用种形态相似，需准确鉴别以避免健康风险；此外，萼片、花梗、雄蕊、雌蕊等可食用部位可能因含花粉引发过敏，食用前需去除。
2. 花青素的结构
花青素是糖基化有机化合物，其苷元为多羟基或多甲氧基取代的2-苯基苯并吡喃鎓盐，具有C6-C3-C6碳骨架，由两个苯环通过一个三碳桥连接。游离花色素苷元在自然界中极少存在，通常以糖苷形式存在，糖基（葡萄糖、鼠李糖、半乳糖或阿拉伯糖）连接在C3、C5、C7、C3′或C5′位点。植物中存在的六大类花青素即前述六种苷元类型，其显色主要由B环上的取代基决定：羟基总数越多，颜色越深；甲氧基取代越多，颜色越浅。当糖基或羟基与香豆酸、阿魏酸、咖啡酸或对羟基苯甲酸等芳香族或脂肪酸形成酯键时，即生成酰化花青素。花青素在可见光区510–530 nm与紫外区270–280 nm处有最大吸收，目前已报道近700种天然存在的花青素化合物。不同食用花卉的花青素类型与生物活性存在差异：如中国木槿（Hibiscus rosa-sinensis）含槲皮素-3-二葡萄糖苷、矢车菊素-3-槐糖苷-5-葡萄糖苷等，具有抗氧化、抗菌、抗炎、抗糖尿病、促伤口愈合与促毛发生长作用；蝶豆花（Clitoria ternatea）主要含飞燕草素-3-葡萄糖苷，具有抗氧化、抗菌、抗高血压、抗炎、抗菌、抗糖尿病、抗高血压及抑制癌细胞活性、缓解压力与抑郁等功效。
3. 影响花青素稳定性的因素
花青素的分子结构具有离子特性，相对湿度、光照、pH、温度、维生素C、氧浓度、二氧化硫或亚硫酸盐、酶活性、辅色素相互作用及多种金属离子等因素均可显著影响其色泽与稳定性。目前研究主要通过结构修饰（糖基化、酰化、吡喃化等）、辅色素作用（分子间、分子内、自缔合及金属络合）与递送系统（微包封、纳包封、蛋白、多糖、脂质体、多重乳液及复合递送系统）三类途径提升其稳定性。
3.1 pH
花青素的色泽具有高度pH依赖性：强酸性环境（pH 1.0–3.0）中主要以最稳定的红色水溶性黄烊阳离子形式存在；pH升至3.0–6.0时，逐渐转化为无色的甲醇假碱与查尔酮结构，呈浅黄或无色；较高酸性pH下形成中性紫色醌式碱；碱性条件（pH 8.0–10.0）下则以蓝色离子化醌式形式为主，呈现红–粉–无色–蓝的特征颜色转变。花青素在中性和碱性介质中稳定性最低，酸性环境中最稳定；结构上B环羟基化程度越高稳定性越低，甲基化与酰化程度越高则抗降解能力越强；糖基化衍生物因糖基可抑制降解为酚类与醛类副产物，比苷元更稳定。这种pH响应性结构变化使其可作为安全的天然pH指示剂。
3.2 温度
温度是食品加工与保藏的关键因素，也显著影响花青素稳定性。其热降解符合一级动力学，为吸热过程，温度升高会加快降解速率、缩短半衰期。热降解主要包括两种机制：一是高温使花青素脱糖基形成苷元，进而转化为查尔酮、二酮及苯甲酸与醛类衍生物；二是高温促进环开环，形成查尔酮并进一步转化为香豆素糖苷衍生物。低温（2–4°C）可有效维持结构稳定性，低温还可促进植物体内基因去甲基化、上调花青素合成相关基因表达，提升色素积累与稳定性；高温则会激活负转录因子抑制花青素合成。
3.3 氧
花青素分子含不饱和键，对氧化极为敏感，氧是影响其稳定性的关键因素。氧暴露可通过直接氧化机制与氧化酶作用加速花青素分解，真空或充氮、氩等惰性气体环境可显著提升其稳定性，富氧环境则会加快降解，且高温与氧的协同作用对稳定性破坏最强。短期高浓度氧（60%–100%）处理在冷藏初期可暂时提升花青素与酚类物质含量，但随贮藏时间延长该效应消失。花青素还可清除过氧自由基等氧自由基，发挥抗氧化活性，可能对心血管健康具有保护作用，因此需通过控制贮藏与包装中的氧含量减缓降解。
3.4 维生素C（抗坏血酸）
抗坏血酸（Vitamin C, VC）是常用抗氧化剂与膳食补充剂，但其存在会显著促进花青素分解，导致褪色与失色，尤其在有氧条件下。二者相互作用可通过分子直接缩合或产生过氧化氢，促进花青素吡喃环氧化变形，生成自由基与聚合色素；与亚硫酸盐的可逆pH依赖性漂白不同，VC会同时降解花青素与自身。该相互作用限制了花青素类色素在VC强化饮料与果汁中的应用，且效应因底物与食品基质而异：低浓度VC可保护石榴汁中的花青素，却会加速樱桃汁中的花青素降解。氧与VC浓度越高，降解越快，铜等金属离子的存在会进一步加速该过程。
3.5 辅色素相互作用
辅色素作用指花青素与无色化学物质或金属离子相互作用，提升色泽强度与稳定性。有效辅色素通常含扩展共轭体系与氢键官能团，可促进堆叠与分子间相互作用。pH与温度均会影响该效应：pH升高会导致花青素降解、色泽强度下降；高温通常会加速花青素分解、抑制辅色素效应。花青素与辅色素结合可产生红移与增色效应，提升吸收并移向更长波长，呈现更鲜艳的色泽。辅色素包括有机酸、黄酮类、生物碱、金属离子、氨基酸与其他花青素等，其辅色素效应与黄烊阳离子稳定性受粒径、浓度与平面性影响。电子富集的辅色素可通过与带正电的黄烊离子相互作用，稳定其结构并防止水的亲核攻击，包括分子内、分子间、自缔合与金属络合四种形式，是维持食品体系中花青素色泽稳定性的重要机制。
3.6 金属离子
金属离子可通过螯合作用影响花青素的呈色与稳定性，效应取决于离子种类、浓度与花青素结构特征。锡离子（Sn2+）与铁离子（Fe3+）对红甘蓝花青素稳定性的影响显著高于铝离子（Al3+）与钙离子（Ca2+）；亚铁离子（Fe2+）具有双重作用：一方面可形成稳定的金属-花青素络合物，抑制阴离子氧化与酰基水解断裂，稳定色泽；另一方面在特定条件下会加速单酰化与非酰化花青素的不可逆降解。锌离子（Zn2+）与钙离子（Ca2+）浓度升高可提升花青素稳定性，还可促进含邻苯二酚基团花青素的酰化与自缔合，增强结构耐久性与色泽稳定性；pH升高会提升自缔合程度，表明金属配位、分子相互作用与环境条件之间存在复杂关联。
3.7 酶活性
花青素降解的主要酶类包括糖苷酶、过氧化物酶（酚氧化酶）与多酚氧化酶，统称为花青素酶。糖苷酶直接作用于花青素分子，过氧化物酶与多酚氧化酶则间接影响稳定性。糖苷酶水解连接苷元与糖基的糖苷键，生成不稳定的花青素苷元，导致变色；植物组织中天然存在的多酚氧化酶与过氧化物酶会在提取过程中降解花青素：多酚氧化酶将单酚转化为邻二酚，再生成高反应活性的邻醌，可与花青素结合生成类黑色素物质；即使不是多酚氧化酶的最优底物，花青素仍可通过共氧化途径与次级氧化产物发生降解；β-葡萄糖苷酶则通过生成苷元降低花青素稳定性，减少其溶解度与色泽强度。
4. 花卉花青素的生物活性
花卉花瓣中的花青素具有广泛的生物活性，现有研究表明其主要通过清除自由基发挥抗氧化作用，同时兼具抗菌、抗炎、抗糖尿病、促伤口愈合、促毛发生长等功效，可减轻氧化应激——这是多种慢性疾病的核心诱因。代谢组学研究发现，石竹（Dianthus caryophyllus）中花青素富集的花瓣具有显著的抗氧化与抗癌活性，有色花的生物活性高于无色花；多种花卉的花青素组分对口腔病原体具有抗菌与抗生物膜活性，可减少微生物定植与感染。体外研究显示，花卉源花青素对特定组织细胞系具有细胞毒性，提示其在癌症预防或辅助治疗中的潜在应用，但该效应常具有剂量依赖性，需进一步研究。此外，食用花卉中的花青素可降低实验环境中的炎症介质水平，兼具直接的抗菌、抗癌效应与抗炎特性；其同时调控氧化与炎症过程的潜力，使其在心脏保护与代谢健康领域具有重要研究价值。
5. 花青素的提取
由于花青素天然不稳定，提取、分离与工艺优化需适配其特性。金属离子、pH、温度、氧暴露、水分活度、辅色素与内源酶等因素均可导致其降解，因此提取方法的选择需以保留其化学稳定性、延长货架期为核心，这直接关系到其生物活性与功能特性。提取前通常需进行样品预处理，去除蛋白、脂质等干扰基质，避免阻碍溶剂渗透、降低提取效率或影响色素质量。花青素主要储存于植物细胞的液泡中，回收率取决于组织完整性与溶剂进入细胞内腔的能力，提取前处理需破坏植物结构屏障，提升色素可及性，促进花青素向提取介质扩散并维持其稳定性。提取技术分为两类：传统方法包括浸渍法、索氏提取法与水中蒸馏法，操作简单、流程成熟；非传统方法包括超声辅助提取、微波辅助提取、超临界流体提取、高压液体提取、脉冲电场处理、高压放电与酶辅助提取等。
6. 花卉花青素在食品工业中的稳定性挑战
花青素作为花卉中的主要呈色分子，其结构多样性与稳定性是决定呈色效果的核心因素，直接影响其作为天然色素在食品体系中的应用。温度、pH、酶活性与加工条件的变化极易导致其分子稳定性下降，造成食品体系中色泽质量与生物活性功能损失，严重限制了其在饮料、焙烤制品等加工食品中的广泛应用。
6.1 热降解：机制与动力学
热加工是植物基食品与饮料中花青素降解的主要原因，降解程度取决于单个花青素的化学结构与加工条件，明确热降解的动力学与机制可为工艺优化提供依据，提升花青素保留率。
6.1.1 一级动力学模型
花青素的热降解符合一级动力学，即降解速率与剩余色素浓度成正比，公式为C/C0= −kt，其中k为温度依赖的一级反应速率常数（min-1或h-1），C为t时刻的花青素浓度，C0为初始浓度。该模型已在接骨木莓、蝶豆花、玫瑰茄、木槿等多种花青素体系中得到验证，半衰期参数t1/2= 0.693/k可用于评估热稳定性，其值随温度升高显著降低：如木槿花青素的半衰期在60°C约为180分钟，100°C时不足30分钟。该模型可整合非等温时间-温度曲线中的k值，计算巴氏杀菌、灭菌、喷雾干燥等工业过程中的花青素损失，是工艺优化与货架期建模的重要工具。
6.1.2 活化能[Ea]
活化能（Activation Energy, Ea）是表征降解过程温度依赖性的核心动力学参数，反映温度变化对花青素降解速率的影响程度。文献报道的热加工Ea值（单位kJ·mol-1）显示，温度超过70–80°C阈值后，花青素降解速率显著上升。Ea的大小还受外部与内部变量影响，包括食品基质的物理组成与花青素的结构特征（如是否存在酰基化修饰）。
7. 加工对花青素稳定性的影响
7.1 巴氏杀菌（热加工）
常规巴氏杀菌条件（70–90°C加热果汁）主要通过水解糖苷键、破坏黄烊环结构导致花青素降解，符合一级反应动力学，速率常数k随温度升高与处理时间延长而增大，因此更高处理温度对应更大的k值与更短的半衰期，降解更快。此外，热巴氏杀菌还会促进非酶缩合与聚合反应，生成结构改变的降解产物，具有不同色谱特征，损害色素完整性与整体色泽质量。
7.2 喷雾干燥
喷雾干燥是将花青素富集提取物转化为稳定粉末或包封色素体系的常用方法，尽管进风温度较高，但停留时间短、水分蒸发快，可减少总热暴露，避免过度热降解。研究表明，喷雾干燥的花青素粉末因残留水分含量低、麦芽糊精等包封壁材的保护作用，贮藏稳定性更高；优化进出风温度并结合合适的载体基质选择，可显著降低加工过程中的花青素降解。需在干燥温度与停留时间间取得平衡，在保证充分脱水与成粉的同时，限制热诱导降解。
7.3 冷冻干燥
冷冻干燥（Freeze-drying, Lyophilization）通过在极低温度与压力下升华除去水分，保护花青素免受热与氧化降解。温和的加工条件使冷冻干燥体系保留的花青素远多于喷雾干燥体系，缺乏高温可最大程度减少黄烊环裂解与结构重排等分子转化，维持色素稳定性、色泽特征与生物活性功能。
7.4 高压加工
高压加工（High Pressure Processing, HPP）是一种非热保藏技术，将食品体系置于300–600 MPa的高压环境与常温或略高温度下。在花青素稳定性方面，常温或略高温度下的HPP仅造成少量色素降解，归因于无极端热胁迫与高压下酶活性受抑。若HPP与温和热处理联用，降解速率常数会升高，但仍低于常规热加工；高压环境下花青素降解的活化能略低于常规热处理，表明其温度依赖性更低、稳定性更高。
7.5 微波加工
微波加热通过电磁场与食品基质中极性分子的耦合提供体积热，可实现即时内部加热，有助于释放基质结合的花青素，但根据加工强度与体系含水量，也可能加速其分解。动力学研究表明，微波诱导的花青素降解活化能与常规对流加热不同，提示热与电磁效应共同影响分子流动性与反应路径。不同加工技术的综合评估显示：冷冻干燥与HPP的色素保留率最高、热负荷最低，但能源效率与可扩展性排名较低；热巴氏杀菌可扩展性最高，但保留率与热稳定性最低；喷雾干燥与微波加工在保留率与效率间取得了平衡。因此，微波加工需精准优化操作参数，实现均匀加热，减少过度色素降解与质量劣变。
8. 包封的基本原理
包封的核心原理包括控释、靶向与保护，旨在克服生物活性物质（尤其是其较差的理化稳定性、有限的水溶性及对加工、贮藏、胃肠转运过程中降解的敏感性）的固有局限，在功能性食品体系与营养保健品递送平台中应用日益广泛。包封通过将生物活性成分整合到合适的载体基质中，可提升化合物稳定性、实现控释与持续释放，并促进其在生理系统或特定食品基质中的靶向递送。
8.1 控释机制
除保护作用外，包封的主要目标是控释，即在特定条件下以可控方式递送生物活性物质，而非立即释放。该特性在食品体系与体内应用中尤为重要，可减少营养保健品成分在加工与胃肠转运过程中的早期损失或降解，维持生物活性物质的长效可用性，提升生理响应与功能功效。
8.2 递送靶向
包封还可实现生物活性物质在胃肠道特定部位的位点特异性转运，先进系统甚至可靶向特定组织或细胞。这类靶向递送通过保护功能完整性、避免到达预期作用位点前发生过早降解或损失，提升生物效能。靶向特异性可通过利用生理刺激（如局部pH变化、酶活性或菌群相关因子）并设计可响应这些环境信号的载体基质实现，使控释发生在预设的解剖位置。例如，采用生物聚合物涂层或多糖壳的包封系统可保护被包裹的营养素免受胃内强酸环境破坏，同时在吸收效率最高的肠道环境中选择性释放；结合合成与自然聚合物的创新型杂化递送平台可显著提升位点靶向的可靠性与被包裹物质的理化稳定性，在结肠靶向递送（如控释益生菌与益生元以改善肠道功能与菌群调控）中具有重要应用前景。
8.3 生物活性保护
包封的主要目标之一是保护不稳定的生物活性物质免受光、极端温度、氧、pH变化、酶活性等有害环境因素的氧化、水解、结构不稳定或生物效能损失，这些物质包括维生素、多酚、ω-3脂肪酸等氧化敏感成分。包封过程通过物理屏障将被包裹芯材与这些失稳影响隔离，保留其功能特性并提升产品货架稳定性。纳米与微米级递送载体（如脂质体、生物聚合物基纳米颗粒、脂质基基质）已证实可显著降低氧化敏感成分在加工与贮藏过程中的降解。例如，大量研究表明，与非包封形式相比，纳米包封方法可提升营养保健品的理化与功能稳定性，在食品制备与消化模拟场景中均能维持活性；纳米级递送系统更大的比表面积与更高的包封效率进一步增强了其保护能力与生物活性保留率。
8.4 包封技术
根据颗粒合成与结构组成原理，包封技术分为自上而下（Top-down）与自下而上（Bottom-up）两类。自上而下技术利用专用机械减小粒径并调整组成，制备微米与纳米尺度材料；自下而上技术则依赖分子自组装与自组织过程，受pH、温度、离子强度等理化变量调控。自上而下方法通过外部能量输入实现纳米化与微米化；自下而上方法则通过控制分子、离子或单体的聚集，经可控理化相互作用形成纳米与微包封系统。
8.5 微包封与纳包封
微包封（Microencapsulation）与纳包封（Nanoencapsulation）是将生物活性物质包裹在微尺度（1–1000 μm）与纳米尺度（1–1000 nm）保护基质中的递送技术，主要用于提升功能性食品与营养保健品配方中功能成分的理化稳定性、水溶性与生物利用度。微包封常用于保护维生素、添加剂、益生菌与多酚类植物化学物等不稳定成分，抵御加工、流通与贮藏过程中的氧化应激、湿度诱导降解与热损伤；纳包封则因粒径更小，具有更大的比表面积、优异的分散特性与更好的细胞摄取能力。纳米结构递送平台（如纳米乳液、纳米脂质体、聚合物纳米颗粒、固体脂质纳米颗粒）在胃肠稳定性与控释动力学方面优于传统微尺度系统，可提升靶向递送、肠道通透性及不良胃环境下的被包裹生物活性物质保留率，是下一代智能营养保健品与功能性食品制造的重要技术。
9. 从花卉花青素到功能性食品体系：未来挑战与展望
尽管花卉源花青素的研究已取得广泛进展，仍存在诸多限制其食品工业大规模应用的瓶颈。首要挑战仍是花青素天然不稳定性，其对pH、温度、氧、光、酶促降解等环境因素极度敏感；尽管包封技术（尤其是纳米与微包封系统）已显著提升其稳定性与控释能力，但在工业加工与长期贮藏后仍维持色素稳定性仍是巨大挑战。其次，花青素在人体消化系统中的利用率低，许多花青素在消化过程中会发生结构降解或修饰，导致生物效能下降，未来研究需聚焦于开发新型递送系统，提升其胃肠稳定性、靶向释放与吸收效率。从工业角度看，包封技术的可扩展性与成本效益仍是关键挑战：尽管纳米递送系统性能优异、包封效率高，但其商业化开发、法规审批与安全评估仍需深入研究；还需选用可持续、可生物降解的食品级壁材，以确保与食品加工兼容并获得消费者认可。此外，不同花卉来源花青素的标准化提取、纯化与鉴定流程也至关重要，组成差异会影响其在食品基质中的稳定性、色泽结构与功能表现。未来研究还需评估包封花青素的感官影响、贮藏稳定性与法规合规性，探索其在新型食品与创新包装技术中的整合应用。解决这些问题需要食品化学、纳米技术与食品工程等多学科交叉研究，才能将花卉花青素的 functional 潜力转化为可持续、商业可行的食品工业应用。
10. 结论
花卉源花青素是一类极具潜力的天然色素，凭借其着色特性与生物学益处，在功能性食品体系中具有广阔应用前景。本综述系统梳理了花卉源花青素的分布、提取与包封相关研究。花青素富集花卉因其天然着色能力与抗氧化、抗炎等健康促进特性，是天然生物活性化合物的可持续来源，在食品制造业中潜力巨大。然而，其在食品体系中的有效应用受限于pH、温度、光照、氧等条件下的不稳定性，以及膳食摄入后较低的生物利用度。微包封与纳包封技术的最新进展在提升花青素稳定性、保障加工与贮藏过程中的活性、拓展控释与生物利用度方面展现出巨大潜力，这些包封创新简化了花青素在非酒精饮料、乳制品、功能性食品与智能包装系统中的整合应用。未来研究需聚焦于提升稳定性、生物利用度与工业可扩展性，开发低成本、可扩展、可持续
