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花青素又稱“花色素”。一種水溶性的植物色素。從廣義上看，屬于黃酮類化合物。存在于液泡內的細胞液中。花青素不但含于花中，亦含于根(如紅蘿卜)、葉(如紫蘇、紅葉)、果皮(如茄子、葡萄)及種皮(如黑豆)等部分中。花青素的種類甚多，但具有相同的基本骨架。各種花青素結構差異就是B環的取代物，常根據最先分離得到它們的植物名稱來命名。
花青素的顏色因酸堿度不同而異，在酸性條件下呈紅色，在堿性條件下為藍色(至少在試管中是這樣)。辣椒的果皮、藏紅花的雌蕊等紅色為類胡蘿卜素，在酸或堿的作用下，不變色，因此可與花青素區別。花青素在植物中常以糖苷形式存在，叫花青(素)苷或花色(素)苷。花青素苷的形成似乎和植物組織中糖的積累有關，一些有利于某植物組織內含糖量增加的環境因子(如強光照、低溫、干旱、缺氮、缺磷)，往往也有利于花青素苷的合成。
花青素廣泛存在于許多食物中，如： 紫薯、葡萄、桑葚、草莓、蔓越橘等，因其具有眾多生理活性備受各界的關注，據有關文獻報道，已發現其擁有抗氧化、改善肝功能、預防心血管疾病、抗癌、抗炎和保護視力等多種生理作用。
花青素是目前為止所知曉的最有效的天然自由基清除劑，它清除自由基的能力明顯強于維生素C 和維生素E。花青素通過以下方面來減少機體內的自由基產生，一是通過阻止與過氧根離子反應；二是螯合機體內某些特定的金屬離子，從而阻止羥基的產生；三是抑制脂質過氧化反應如丙二醛的生成，研究發現，它抑制丙二醛的能力明顯強于另外兩種天然抗氧化劑白藜蘆醇和抗壞血酸；四是與膠原蛋白作用形成保護屏障，隔離組織與外界自由基的接觸。
對各種莓中花色苷的抗氧化能力進行了對比實驗，發現紅莓中花青素清除自由基的能力最強。紫甘薯中含有豐富的花青素，給患高脂癥的SD 雄性大鼠飼喂甘薯，結果顯示飼喂甘薯能夠顯著降低高脂大鼠中脂肪含量，同時還能減弱肝臟的氧化應激。從化學結構上看，花青素是一類多羥基物質，鄰位上的羥基是決定其抗氧化能力強弱的關鍵部位，一旦該部位發生糖基化或酰基化，其抗氧化能力就會受到影響。給大鼠灌以紫薯中酰基化的花色苷后，發現其抗氧化能力明顯得到提高。
研究發現，紫薯中的花青素對肝損傷具有較好的修復功效。用它治療患糖尿病大鼠，結果顯示實驗組大鼠中肝臟脂肪變性明顯減弱，血清中谷草轉氨酶和谷丙轉氨酶活性均比模型組有所下降，這兩種酶水平的高低可以直接反映出機體中肝受損的程度，說明花青素在一定程度上能修復肝損傷。
從信號通路方面解釋了花青素保護肝的作用機制，即花青素通過激活Akt 和ERK1 /2 /Nrf2信號通路，清除機體內過多的活性氧，并調節抗氧化酶中的血紅素氧化酶活性，最終達到護肝效果。從紫薯中提取花青素進行了小鼠急性乙醇性肝損傷實驗，發現花青素對肝臟具有較好的保護作用。除紫甘薯外，藍莓中花青素也對由四氯化碳誘導的小鼠急性肝損傷具有保護作用。
心血管疾病是威脅人類健康的主要殺手之一，近年來動脈硬化在我國的發病率呈上升趨勢，而低密度脂蛋白的氧化和血小板的聚集是引發動脈粥樣硬化的主因。動脈硬化的發生往往會誘發相應器官受損或導致疾病的發生，主要以冠心病、心絞痛和腦栓塞最為常見和嚴重。體外和體內實驗均表明，蔓越莓中花色苷可以抑制低密度脂蛋白氧化、血小板聚集和粘附，通過阻止平滑肌細胞增生和內移吞噬脂質減少泡沫細胞的形成，可以實現預防動脈粥樣硬化的效果；還可通過抑制內皮細胞增殖降低粥樣硬化發生的概率。
法國人日常攝取的食物中富含高飽和脂肪酸，但他們的冠心病、高血壓發病率不高，調查發現這與法國人愛喝葡萄酒有著密切關系，因為葡萄皮中富含花青素，能夠減少低密度脂蛋白在機體內的蓄積，通過調節血管內皮細胞及控制平滑肌收縮的細胞轉導信號通路來預防“三高”。
另外動物試驗也得到類似的結論，給患糖尿病的大鼠飼喂不同劑量的紫薯，發現實驗大鼠血清中總膽固醇、甘油三酯及低密度脂蛋白膽固醇含量明顯降低。通過體外實驗研究了紫甘薯花青素對3T3-L1 脂肪細胞的作用，結果表明它可抑制脂肪的形成并能幫助機體分解多余的脂肪，達到降脂效果
癌癥是人類健康的“第二”大殺手，而目前治療癌癥的方法主要依靠手術和物理化學方法，但患者在接受物理化學治療時會出現許多不良反應。因此，開發新的、天然的、無副作用的抗癌藥物成為醫學界亟需研究的重大課題。現在已有許多研究證實花青素具有抗癌作用。如：紫薯中的花青素能抑制宮頸癌細胞和肝癌HepG( 2) 細胞增殖；蔓越橘汁中花青素對結癌細胞的增殖擴散具有較好的抑制效果；草莓中的花青素對乳腺癌也能起到一定防治作用，能夠通過抑制癌細胞增殖、轉移最終引發乳腺癌細胞凋亡；還有報道，花青素對食道癌、結腸癌、皮膚癌、肺癌也有預防和治療的功效。
目前，關于花青素抗癌的作用機制有下幾種推測。一是，在轉錄時，通過調節細胞凋亡的基因表達和信號途徑，促進癌細胞向凋亡進化；二是，在癌細胞進行分裂時，降低其周期蛋白和周期依賴激酶的表達量，減緩癌細胞無限增殖的進程并使其分化；三是，破壞表皮生長因子受體與癌細胞膜的配體結合，減少它的高通表達量，防止癌細胞發生轉移和侵襲周邊器官；四是，不給予癌細胞所營養基質，使其長時間處于一種“饑餓”狀態，漸會因缺乏“食物”被餓死。目前花青素抗癌作用的研究還處于初級階段，但因其獨特的生物活性引起學者的極大興趣，這將是一個很有潛力的研究方向。
5. 抗炎抗感染作用
花青素具有抗炎抗感染的作用。利用黑莓中花青素來治療卡拉膠誘導大鼠的急性肺炎，結果表明，它能幫助機體下調炎癥因子的表達，減少炎癥物質滲出及中性粒細胞劇增，實現抗炎效果。從酸櫻桃分離出花青素，探索了其對大鼠炎癥引起的疼痛行為的影響，實驗顯示，酸櫻桃中花青素可以減輕實驗大鼠的炎癥性
疼痛。另有報道蔓越橘可以抑制腸道中大腸桿菌的附著，對幽門螺旋桿菌也較好的抑制作用，還有益于人體清除口腔內的有害細菌。目前，關于花青素抗炎作用機制有兩種解釋，一種是通過PPARγ 減弱THP-1 細胞在炎癥反應過程中的負作用實現；另一種是通過激活NF-κB和MAPK 的表達從而表現出極強的抗炎作用。
在臨床上治療感染的藥物主要為抗生素類，常見有克拉霉素、甲硝唑、阿莫西林和四環素等，長期使用此類藥物會增強菌株的耐藥性，因此充分發揮花青素抗炎抗感染作用，將是醫學工作者的一個重要研究課題。
聯合國糧農組織把富含花青素的藍莓列為“人類五大健康食品之一”，并因其擁有活化視網膜的作用，被譽為“飛行員的早餐”，說明它在改善視力有著非比尋常的效果。目前有關花青素保護視力的報道越來越多，對其能改善近視的作用機制成為研究花青素的一大熱點。
研究發現，花青素可以啟動視網膜酶，幫助機體激活和提高視紫紅質的再生能力，使夜間作業人員能夠盡快適應黑暗環境。花青素具有保護視力的作用，這與其擁有強抗氧化能力有著密切關系，它能加快微血管循環減輕眼睛受自由基的攻擊。體外實驗發現花青素可讓各類視網膜細胞逃脫脫氧化應激的“毒害”，起到保護視力的效果。
花青素的合成通過一系列的酶促反應完成，并借助不同的官能團如羥基、糖基、甲基和酰基提高自身的穩定性。苯丙氨酸是花青素代謝途徑的起始物質，并在苯丙氨酸酶、查爾酮合成酶、查爾酮異構酶、黃烷酮-3'-羥化酶、二氫黃酮醇-4-還原酶等相關酶的催化作用下，經過苯基丙酸類合成和類黃酮生合成兩條途徑形成穩定的花青素，花青素生物合成途徑見圖：
查爾酮合成酶( CHS) 是花青素合成的第一個關鍵酶，研究人員最早在苔蘚植物中發現該基因，目前學者從許多植物中如高粱、金魚草和玉米等中克隆出這種酶，并通過基因工程手段對其進行修飾而改造植物的多樣性，并使其呈現不同的顏色。查爾酮異構酶( CHI) 是一種分子質量相對較小的蛋白質，最早在豌豆中克隆到該酶的編碼基因，后陸續在許多常見植物中也分離到查爾酮異構酶，CHI 基因缺失或突變會引起植物從原色變為另一種顏色，如通過改變洋蔥中CHI 基因，使洋蔥由紅色變成了黃色。
黃烷酮-3'-羥化酶是一個分子質量為42 kDa 的單體蛋白，它最先是在金魚草中克隆得到，目前從玉米、矮牽牛、擬南芥等許多植物中均克隆到相應的基因，該酶在花青素合成調節中起著重要作用。二氫黃酮醇-4-還原酶是影響植物呈色及果實多樣性的關鍵酶，與其結合的底物具有特異性，針對該酶編碼基因的改造和修飾研究較多，如通過改造該酶和查爾酮合成酶并一起導入藍豬耳，最終獲得白花豬。
花青素合成酶的作用是將無色的花青素轉變為呈色的花青素，花青素合成途徑中第一個顯色化學物在此階段形成，一旦花青素合成酶的活性受到抑制，或表達它的基因缺失，就會引起花色的變化。合成途徑最后借助類黃酮－糖基轉移酶將呈色的花青素轉變為穩定的花青素苷。
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