引言
高粱是一种耐旱且具有气候韧性的作物，含有多种独特的植物化学物质，在改善食品品质（Akogou, Kayodé, den Besten, & Linnemann, 2018; Girard & Awika, 2021）、生物活性特性（Darvin等, 2015; Yang, Allred, Geera, Allred, & Awika, 2012; Yang, Browning, & Awika, 2009）以及针对膳食热量减少的其他创新应用（Althawab, Amoako, Annor, & Awika, 2023; Rocchetti, Giuberti, Busconi, Marocco, Trevisan, & Lucini, 2020）方面具有巨大潜力。与此同时，高粱存在较大的遗传多样性，其植物化学物质的类型和分布特征差异显著（Dykes, Seitz, Rooney, & Rooney, 2009; Girard & Awika, 2018）。3-脱氧花青素（3-DXA）常见于有色高粱的麸皮、颖果（Awika等, 2018, 2005b）、鞘（Geera, Ojwang, & Awika 2012; Kayodé等 2011）和叶片（Petti等, 2014）中，是高粱中最独特的植物化学物质之一。与广泛分布的花青素类似物相比，3-DXA对热（Herrman, Brantsen, Ravisankar, Lee, & Awika, 2020; Yang, Dykes, & Awika, 2014）和化学诱导的结构降解（Ojwang & Awika, 2008; Ojwang & Awika, 2010）具有更优的稳定性，因此对作为天然食品色素的商业应用具有重要意义。此外，消费者对清洁标签配料日益增长的需求，以及针对某些合成染料食品批准法规的变化（FDA, 2025），进一步加剧了对功能性天然色素的需求。
3-DXA的行为和稳定性受到溶液中其他酚类化合物的显著影响（Awika, 2008; Brantsen, Herrman, Ravisankar, & Awika, 2021）；这在一定程度上可归因于分子间共色素化现象（Awika, 2008; Eiro & Heinonen, 2002），即通过3-DXA与其他酚类芳香环之间的非共价π-π堆积作用实现，主要由静电相互作用（Hunter & Sanders, 1990）驱动，以色散力为主导（Trouillas, Sancho-García, De Freitas, Gierschner, Otyepka, & Dangles, 2016）。在酚类化合物中，聚合水解鞣质（单宁酸）（Awika, 2008）和缩合单宁（原花青素）（Brantsen等, 2021）对溶液中3-DXA的稳定化效果最为显著。这表明单宁可以作为有用的共色素，增强3-DXA作为食品色素的功能性。由于某些高粱品种天然富含3-DXA和原花青素（PA），从单一来源直接获得具有改善功能性的3-DXA色素的机会，可以进一步提高高粱来源3-DXA的商业可行性。
然而，联合提取3-DXA和聚合PA因各种原因面临挑战。高粱与其他谷物物种一样，具有高度交联的细胞壁结构（通过肉桂酸酯键）（Vogel, 2008），这通常使得酚类化合物的提取比双子叶植物果实和蔬菜更为困难（Awika, Rose, & Simsek, 2018; Herrman等, 2020）。此外，3-DXA和PA最有效的提取需要使用不同的溶剂体系；酸化的甲醇比大多数其他有机溶剂更能高效提取3-DXA（Awika, Rooney, & Waniska, 2005; Barros, Dykes, Awika, & Rooney, 2013）。然而，甲醇是提取聚合PA的较差溶剂（Downey & Hanlin, 2010），而聚合PA在高粱中占主导地位（Awika, Dykes, Gu, Rooney, & Prior, 2003; Girard, Bean, Tilley, Adrianos, & Awika, 2018）。此外，PA的间原黄酮苷键对无机酸相对不稳定，容易发生氧化解聚形成花青素（Porter, Hrstich, & Chan, 1985）。部分酸催化的PA解聚中间体可与3-DXA发生不良的缩合反应，形成黄色醌式色素（Brantsen等, 2021）。这使得酸化的甲醇不适合用于PA提取。
另一方面，水合丙酮比甲醇能更有效地提取聚合PA（Downey等, 2010; Hagerman, 1988）。然而，3-DXA在丙酮和其他简单酮类（如丙酮酸）的存在下不稳定，会发生显著的氧化环状缩合（在C-4和C-5位置），形成吡喃-3-DXA（Awika, Rooney, & Waniska, 2004; Ojwang等, 2008），这一现象在花青素中也有报道（de Freitas & Mateus, 2011; Lu & Foo, 2001）。尽管如此，我们的初步研究（未发表）表明丙酮与3-DXA的反应相对缓慢，在22°C下4小时后未观察到可测量的环状缩合。这表明如果需要联合提取聚合PA，丙酮可以用于从含单宁的高粱品种中提取3-DXA。
溶剂提取后离心和样品净化被广泛用于量化谷物提取物中的可溶性酚类化合物，并在工业放大和中试加工中回收天然色素。然而，离心和过滤后残留的溶剂可溶性胶体细胞壁材料的命运很少被考虑（Awika等, 2005; Duke等, 2024）。如果此类物质悬浮在看似清澈的提取物中，与之相关的一部分酚类化合物可能会逃避检测，这就提出了常规提取和定量方法可能系统性地低估溶液中存在的酚类含量的可能性。这一考虑构成了我们研究的核心。
在本工作中，我们最初旨在建立与3-DXA共提取的PA的分子量（MW）如何影响3-DXA的水合胶体稳定性。我们的实验设计使用丙酮和酸化的甲醇作为含单宁和不含单宁（原花青素）的黑色高粱品种的提取溶剂，并在低pH和中性pH环境中储存提取物以监测随时间的变化。然而，观察到所有在低pH（但非中性pH）系统中储存的样品在储存期间颜色强度意外且显著地随时间增加（图1）。这一观察使我们专注于确定3-DXA颜色提取物随时间增加的原因及其对3-DXA作为天然色素应用的潜在影响。我们假设在研究所使用的低pH系统中，3-DXA黄酮鎓阳离子（在酸性pH下占主导）与其他酚类之间发生了此前未报道的共色素化现象。这一共色素化假设是我们最初的工作解释；然而，该效应在所有样品中均被观察到，包括不含单宁的高粱品种，因此理解这一现象背后的机制成为本工作的核心目标。
Toyosi T. George|Cyprian O. Syeunda|Joseph M. Awika
