玉米黄素的生理功能和作用

背景及概述^[1]

玉米黄素亦称“玉米黄质”。叶黄素类脂溶性色素成分。为β-胡萝卜素的二羟基衍生物。化学式C₄₀H₅₆O₂。熔点204～206℃。不溶于水，易溶于石油醚。茶叶中的含量为0.074～0.144毫克/克，随叶片成熟度的提高而增加，中国种中的含量高于阿萨姆种。在红茶制造中氧化降解为3-羟基-β-紫罗酮和3-羟基-α-紫罗酮，参与红茶香气、外形色泽和叶底色泽形成。

生理功能和作用^[2]

玉米黄素的用途非常广泛，其主要性能在于它的着色性和抗氧化性。

1. 玉米黄素的着色作用

玉米黄素分子中的2个六元碳环上的1个含氧基团使其具有较大的稳定性，使它在被肠道吸收后不能转化为VA，仍保持其原来的颜色和分子结构，具有较强的着色能力。在家禽工业中，玉米黄素作为一种经济高效的着色剂受到生产者的青睐。玉米黄素用作饲料添加剂，可有效地改善动物营养状况、蛋黄、家禽肉类及皮肤等色泽。在肉禽体内，玉米黄素沉积于爪、喙及皮下脂肪中使其着色，提高家禽胴体品质。在产蛋家禽的体内，玉米黄素沉积于卵黄中使其呈黄色，提高了蛋的品质，并增加其营养价值。在食品工业中，玉米黄素作为一种天然着色剂除了可为食品增加具有诱人食欲的色泽外，同时又具有抗氧化活性，可防止食品中脂质和维生素的氧化，保持食品的营养物质和风味不因氧化而破坏，延长食品的保鲜期。

2. 玉米黄素的抗氧化作用

氧化损伤是由于抗氧化保护和自由基代谢不平衡所引起的，可以导致很多疾病，如心血管、癌症、衰老、炎症反应、白内障及一系列神经系统疾病。早在30多年前，研究者就发现B一胡萝卜素具有淬灭单线态氧的能力。随着研究的不断进行，人们发现，不仅B一胡萝卜素具有抗氧化能力，大多数类胡萝卜素都具有抗氧化能力。类胡萝卜素分子的化学结构与它们的抗氧化活性有着密切的关系，氧化活性的大小取决于其分子结构中共轭双键的数目和尾端基团的结构。玉米黄素分子中拥有11个共轭双键且尾端基团上带有羟基，这种结构使得它们具有较强的抗氧化能力。在体内，玉米黄素虽然不能转化为VA，不具有VA活性，但却是人体可利用的重要的强抗氧化剂，可通过淬灭单线态氧清除自由基等抗氧化行为来保护机体组织细胞，以降低某些疾病发生的危险。

3. 玉米黄素的视觉保护作用

叶黄素和玉米黄素在减少与衰老相关联的黄斑退化和白内障等严重眼疾发生中起重要作用。据美国统计，40岁以上成年人视力下降的主要原因之一是“增龄性黄斑变性症”(Age—relat.edMacularDegeneration-AMD)及其眼病(一种老年性角膜浑浊所至的盲眼病)，2001年美国AMD症患者约有1，400万人。对AMD患者365人和健康者520人进行研究，凡摄食富含叶黄素和玉米黄素的黄绿色蔬果者，患AMD症危险性明显下降。有关黄斑变性的病理生理学，近年来提出丁一些理论。这些理论认为黄斑变性的产生与高能短波光和紫外线、可见光的辐射有关。研究表明，叶黄素和玉米黄素以高浓度存在于人眼底黄斑中，可作为近紫外蓝光的吸收剂行使保护功能。光线到达眼睛的视杆细胞与视锥细胞之前必先通过高浓度的叶黄素和玉米黄素层，其可吸收光线而防止黄斑氧化损伤，以保护黄斑免遭破坏。白内障是由于晶状体透明度下降、浑浊而导致视力障碍的一种疾病。有研究发现，抗氧化维生素类胡萝卜素(玉米黄素)和自由基清除剂具有抗白内障的作用。在眼睛的晶状体中存在玉米黄素，它能淬灭单线态氧，能间接地减少晶状体蛋白的氧胁强，从而防止白内障的形成。

应用^[3]

1. 食品保鲜剂

将玉米黄色素、胡萝卜素、隐黄素、叶黄素、玉米黄素)与常用的合成抗氧化剂(BHT)在抗氧化能力上进行比较，结果显示在氧化的最初一段时间内，玉米黄色素的抗氧化能力强于BHT。玉米黄素的抗氧化活性，可防止食品中脂质和维生素的氧化，保持食品的营养物质和风味不因氧化而破坏，延长食品的保鲜期，因而玉米黄素是一种十分理想的天然食品保鲜剂。目前生产上将玉米黄素常用于固体食品中。

2. 天然着色剂

应用安全无毒的天然食用色素代替合成食用色素食品是工业发展的趋势。玉米黄素本身就是食物中的正常成分，玉米黄素分子中的2个六元碳环上的1个含氧基团使其具有较大的稳定性，有较强的着色能力；同时兼有营养强化或一定药理作用，调节人体代谢有积极作用，符合天然食品添加剂“天然”、“营养”、“多功能”的发展方向。但是玉米黄素作为天然色素比合成色素价格高，充分利用廉价的天然资源制取玉米黄素食用色素，降低其生产成本，才能更好推广运用天然食用色素。

制备^[3]

1. 溶液直接分离提取

1）直接浸提提取工艺

有机溶剂分离提取法的主要特点是提取工序比较简单，提取率较高，工艺中过滤得到的滤渣可以二次浸提，蒸馏后得到的溶剂可以回收再循环抽提利用。目前对于玉米蛋白粉中玉米黄素的提取已经比较成熟，主要是将玉米蛋白粉烘干，粉碎，加入95乙醇，反复浸泡提取数次，将蛋白粉黄色提取到无色为止，收集浸泡液进行真空浓缩，即得深红色液体色素产品，用结晶化方法分离得到玉米黄素(以上操作均应在避光条件下进行)。此方法特别要对提取时间的掌握，时间过短提取就不充分，提取时间过长，容易沉积其它的杂质影响纯度。

2）酶法提取

植物体中类胡萝卜素与蛋白质一般以结合的状态存在，采用传统的直接浸提法，浓缩后得到玉米黄色素粗制品中含有一定的醇溶蛋白，不利于最后玉米黄素的纯化。采用酶法提取玉米黄色素，就是利用蛋白酶使部分蛋白质水解，拆散蛋白质的网络结构，不仅可以提高玉米黄色素的提取速率，而且可得到较高纯度的玉米黄色素。

3）超声波提取

超生波提取玉米黄素，也是在直接浸提法的基础上，以超声波为辅助，提高玉米黄素的得率。超声辐射的提取过程中，超声场声能量产生超声空化作用，大大加快了内扩散速度，同时对固体颗粒表面进行剥离、凹蚀和粉碎作用，创造了新的活性表面，使传质比表面积增大，从而提高提取速度。以95％乙醇作为提取溶剂，提取温度为50℃，超声提取1.5h，玉米黄色素的提取收率可达8.7。超声波提取玉米黄色素缩短了提取的时间，操作简单，所得产品质量稳定，但浸出后的物料蛋白含量较高，需要对产物进一步纯化分离得到玉米黄素。

4）超临界流体萃取

采用超临界丙烷萃取玉米黄色素获得成功，在压力8.5～10.0MPa，温度96.8℃条件下，萃取时间4h，丙烷流量控制为35g／min，丙烷纯度>99.5，可得到纯度较高的玉米黄色素，并且溶残含量低，这有利于近一步得到高品质的玉米黄素。采用超临界流体萃取法提取玉米黄素它不引进任何化学合成物质，其操作温度低，压力不会过高，玉米黄素亦不易降解，有利于保持玉米黄素的天然性。但由于该技术对于设备的要求较高，还不能形成大规模工业化生产，并且产出率较低。

5）膜辅助分离提取技术

膜分离作为一种新发展的高新分离技术，它利用半透膜作为障碍层，借助于膜的选择渗透作用，在能量、浓度或化学位差的作用下对混合物中的不同组分进行分离纯化。采用膜技术对玉米中的叶黄素类(Xanthophyl1)进行提取，将经过磨碎的玉米材料经85％的酒精在5O℃下提取30rain，得到的提取液采用超滤(U20T和RTM-PX膜)进行分离得到玉米醇溶蛋白，再采用纳米过滤技术(TFC—SR1膜)分离纯化得到叶黄素类物质(叶黄素和玉米黄素)，再采用结晶化方法或层析法对叶黄素和玉米黄素进行分离得到玉米黄素，整个过程装置比较简单，同时操作方便、结构紧凑、维修费用低且方便、易于自动控制。

2. 其它制备合成玉米黄素的方法

1）生物合成法制备玉米黄素

玉米黄素是植物的次生代谢产物，可以通过重组基因技术可调控异戊二烯途径合成玉米黄素，构建高产植物或菌株。国外研究人员采用草生欧文氏菌的基因簇克隆人大肠杆菌中，经修饰加工后在酿酒酵母细胞中表达。将多余的某些部分删除后，这种再构建的基因表达的牛儿焦磷酸(GGPP)成酶的活性从6.35增至23.4nmol／min，把合成番茄红素环化酶原有的起始码GTG更换成ATG，并将编码六氢番茄红素合成酶基因与酿酒酵母磷酸甘油酸激酶启动子融合后用一个整合载体转化到酵母中，可产玉米黄素。

2）化学方法制备玉米黄素

叶黄素分子结构在多羟基醇和碱作用下可转化成玉米黄素，利用这一性质可以进行玉米黄素的生产。用叶黄素异构化生成玉米黄素速率较快，全部过程可在常压下进行，较适合于工业化生产。在乙醇钠和苯存在下，可以将叶黄素转化为玉米黄素在氮气中，在甲醇、甲醇钾和二甲亚砜存在下，可以将叶黄素转化为玉米黄素。美国专利报道叶黄素在无催化剂的水相体系中能异构化产生玉米黄素的方法。在该方法中，叶黄素与强碱水溶液长时间反应得到玉米黄素。

主要参考资料

[1] 中国茶叶大辞典

[2] 玉米黄素及生理功能

[3] 玉米黄素提取及应用研究进展