功能性色素_玉米黄质的特性_提取及其研究应用_向智男

作者简介:向智男(1982-),女,华南理工大学轻工与食品学院在读博士。

E -mail :xiangwanzi .student @sina .com收稿日期:2004-11-27第21卷第1期2005年1月FOOD &MAC HINERY食品与机械Vol .21,No .1January ,2005功能性色素———玉米黄质的特性、提取及其研究应用Properties ,extraction and applica tion of functional pigment -zeaxan thin向智男XIA NG Zhi -nan宁正祥NING Zheng -xiang(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州　510640)(College of Light Industry and Food Science ,South China Univers ity o f Technol ogy ,G uang zhou ,Gu angdo ng 510640,China )摘要:介绍了一种天然的功能性色素—玉米黄质的理化性质、功能特性、提取方法和工艺及其在医药和食品中的应用,并对其开发前景进行了概述。

关键词:玉米黄质;抗氧化;提取;应用Abstract :The physico chemical properties ,functional properties and the tech -nologies of extraction of zeaxanthin ,the applications ,prospects of development of zeaxanthin in medicine and food were introduced .K eywords :Zeaxanthin ;Anti oxidation ;Extraction ;Application玉米黄质是一种新型的油溶性天然色素,在自然界中,广泛存在于绿色叶类蔬菜、花卉、水果、枸杞和黄玉米中。

玉米黄质(Zeaxanthin ,3,3'-二羟基-β-胡萝卜素,分子式C 40H 56O 2)属于异戊二烯类,常与隐黄素(Cryptoxanthin ,3-羟基-β-胡萝卜素)、β-胡萝卜素、叶黄素(3,3'-二羟基-α-胡萝卜素)等共存,组成类胡萝卜素混合物[1]。

玉米黄质是典型的叶绿体色素。

除植物外,兰细菌(Cyanobacteria )和一些非光合细菌如分枝杆菌(Mycobacterium )、欧文氏菌(Erwinia )和黄杆菌(Flavobacterium )也产生玉米黄质。

如改良的黄杆菌种发酵2d 就可获得较高生物量和产量的玉米黄质。

1　玉米黄质的生理功能1.1　在食品方面的功能特性玉米黄质分子中有11个共轭双键,并且尾端基团上带有羟基,此结构使得它具有较强的抗氧化能力。

在体内,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,从而保护生物系统免受一些由于过量氧化反应所产生的潜在的有害作用[2]。

Lim 等研究证明,玉米黄质具有较强的清除脂质过氧化自由基的能力,可作为自由基清除剂。

Jorgensen 等认为玉米黄质可作为食品的光保护剂;随着玉米黄质浓度的增高和氧分压的降低,其抗氧化作用更加明显,可防止食品中脂质和维生素的氧化,还可保持食品的营养物质和风味不因氧化而破坏,延长保鲜期。

1.2　在医学方面的功能特性流行病学研究显示,玉米黄质在视觉保护、减少心血管疾病发病率、增强免疫功能和减少癌症的发生和发展等方面具有独特的生理功效。

1.2.1　对视觉的保护作用　Krinsky 、Jewell 研究发现,玉米黄质对视网膜有保护作用;可作为光过滤器;对眼部代谢和功能有直接影响;对由于处于氧压力和高光强度下所引起婴儿视觉损伤有免疫作用。

老年黄斑变性是西方发达国家主要的不可逆致盲的原因。

已证实,玉米黄质可清除由于紫外线产生单分子氧对眼睛造成损害,能选择性地在眼部进行黄斑积累,并提供黄斑色素,从而降低老年性失明危险。

白内障是老年人中普遍存在的疾病,其形成与紫外线、自由基和氧化剂有关。

在特定食品中,以菠菜与白内障危险性降低的相关性最好,而菠菜中富含玉米黄质,能淬灭单线态氧,防止眼球晶状体中蛋白和脂类的氧化,间接地减少晶状体蛋白的氧胁强,从而防止白内障的形成[3]。

1.2.2　对心血管病及癌症的作用　Carpenter 研究发现玉米黄质有助于减缓动脉硬化进程。

它具有共轭不饱和双键的特性,使之可以与氧及由于氧化而产生的自由基快速反应,阻止过氧化的链式传递,中断过氧化反应[4]。

Snodderly 研究得出,玉米黄质在抑制细胞脂质的自动氧化和防止氧化带来的细胞损伤方面比β-胡萝卜素更有效,而细胞脂质的过氧化与肿瘤的生长有关。

Morris 、Street 发现,血液中总的类胡萝卜素水平与冠心病的发病危险成反比,玉米黄质可显著降低心肌梗塞的发病率,并可降低颈总动脉内膜血管中层的增厚[5]。

1.2.3　其他作用　玉米黄质本身也具有很高的营养,食用后可在人体肝脏内转化成具有生物活性的维生素A ,对促进人体的生长发育、保护视力与上皮细胞、提高抗病能力、延长寿命等具有特殊的功效。

2　对玉米黄质的分析2.1　玉米黄质的定性分析目前已有17种流动相系统和6种具有不同颗粒尺寸和孔径的RP -HPLC 柱来鉴定分析玉米黄质。

在此基础上,Huck 研究出一种新的流动相(乙腈,甲醇,氯仿和正庚烷)分离玉米黄质,采用RP-HPLC和RP-HPLC-MS-MS系统,所使用的是CIB柱。

Breithaupt等人采用LC-MS分析鉴定红辣椒中玉米黄质,所采用的是C30反相柱[6]。

Kwok Wai Lam采用正己烷萃取枸杞中类胡萝卜素,然后采用硅色谱分离[7]。

Mercadante采用HPLC-MS分析鉴定芒果中玉米黄质,用MS对芒果中类胡萝卜素物质进行定性,然后以Sudan I作为内标,以HPLC来进行定量研究[8]。

Ris o研究出一种测定蔬菜中和血浆中玉米黄质的HPLC法,流动相为甲醇∶四氢吠喃(95∶5,V/V),流速为1.0ml/min[9]。

Scott等分析得到HPLC法的最佳柱温为20～22.5℃[10]。

2.2　玉米黄质的理化分析对以黄蛋白粉为原料经过溶剂油抽提的玉米黄质,进行理化分析。

2.2.1　外观　10℃以上为血红色油状液体,10℃以下为黄色半凝固油状物。

2.2.2　溶解性　玉米黄质溶于乙醚、石油醚、丙酮、酯类等有机溶剂,不溶于水。

2.2.3　最大光吸收峰λmax1%玉米黄质色素的6号溶剂溶液,以6号溶剂作为空白参比,光程为1cm,进行700～360n m可见区的扫描,结果其色素最大吸收峰为446nm。

2.2.4　色调　本色素1%溶液为柠檬黄色。

2.2.5　耐光性　以6号溶剂配成1%溶液,进行太阳光直接照射试验。

对各个光照阶段的色调和澄清变化用肉眼观察,并进行消光值的测定。

结果显示:该色素液对光敏感,5d的阳光照射消光值下降近一半,18d基本褪完。

这说明该色素在溶液状态及阳光直射条件下不够稳定。

对人造奶油(常温下为固体)添加0.5%本色素,常温下进行8个月的自然光照射。

同时,以-20℃、避光保存的人造奶油作对照。

观察结果表明:存在于固体食品中的玉米黄质,在常温和自然光条件下较稳定,1%溶液对太阳光较敏感。

2.2.6　耐温性　将1%的该色素溶液分别置于-15℃、40℃和100℃条件下,对其消光值、褪色率、色调、澄清度等指标进行测定。

结果表明,玉米黄质在40℃时较稳定;在高温下短时间的处理基本稳定,长时间则不稳定;在低温下则相当稳定。

因此,在玉米黄质的生产、贮存和使用中应避免直照和高温,尽量在低温和避光条件下保存。

在应用中,比较适于固体食品。

2.2.7　耐氧性　进行充氧实验的结果显示,在180min内,β-胡萝卜素的光密度却下降了0.044,而玉米黄质的光密度基本保持稳定,仅下降了0.011,说明该色素对氧稳定性较好。

2.2.8　耐酸性　在食品体系中,产生适宜酸味的柠檬酸浓度为1%左右。

在此酸度的食品中,玉米黄质是稳定的,且色泽无变化,这与国外大多数关于类胡萝卜素对pH值稳定性的研究结果一致[11]。

2.2.9　蔗糖的影响　将玉米黄质添加于含蔗糖食品中,考察其稳定性。

结果表明,蔗糖浓度每升高一个百分点,玉米黄质的光密度下降一个百分点。

因此,在具体应用时可根据食品中蔗糖的浓度相应地增加玉米黄质的量。

2.2.10　安全性　联合国FAO/WHO、联合国食品添加剂专家委员会1977年第21次报告规定:“凡是从已知食物中分离出来,化学结构无变化的色素,使用浓度又符合原食物中的天然浓度时,可看作是食品,不需要毒理学资料。

”玉米黄质是已知食物玉米中的成分之一,属类胡萝卜素,结合其理化分析结果考虑,可认为它安全无毒,可以直接应用于食品、医药和化妆行业中,最大使用量为5.0g/kg。

我国天津市食品卫生监督检验所对玉米黄质进行了安全性试验,结果得到:由玉米黄蛋白粉提取、精制的玉米黄质具有较高的安全性,可作为食品添加剂使用。

另外,几千年来人类很多人以玉米为主食的事实,都说明玉米黄质具有较高的安全性。

3　玉米黄质的提取玉蜀黍,别名玉米、包谷。

湿法生产玉米淀粉时,其中的玉米黄质随蛋白质一起被分离而存在于副产物黄蛋白粉(麸质)中,未被有效利用。

麸质中玉米黄质的含量约为0.20～0.37mg/g,来源丰富,价格低廉。

常以此为原料,进行玉米黄质的提取。

目前主要采用有机溶剂法和超临界二氧化碳萃取法。

3.1　有机溶剂法3.1.1　从玉米蛋白干粉中提取玉米黄质图1　从玉米蛋白干粉中提取玉米黄质工艺流程将预处理的玉米蛋白粉烘干,粉碎,加入5倍量的95%乙醇,反复浸泡提取数次,至蛋白粉黄色基本提净为止,收集浸泡液,回收乙醇,真空浓缩,即得血红色油状物。

将其溶于食用油,可得到一定浓度的食用液体黄质产品。

为提高色素的提取率,考虑到生产的经济性,实验确定每次提取2h,提取3次,提取率大于90%,收率为5%。

3.1.2　从玉米蛋白湿粉中提取玉米黄质　图2显示了从玉米蛋白湿粉中提取玉米黄质的工艺流程。

经正交实验的极差分析,水解过程中影响玉米黄质提取率的主次因素为:水解时间、底物浓度、酶浓度、p H值;最佳条件为:底物浓度1.2%,酶浓度1.2%,p H7.4～8.0,水解6h。

图2　从玉米蛋白湿粉中提取玉米黄质工艺流程干燥方式中,冷冻干燥、真空干燥、热风50℃干燥所得的玉米黄质收率较高;同时由于玉米黄质在50℃以下稳定性好,而超过50℃光密度大幅度下降,稳定性变差,因而选择热风50℃干燥即可。

最后,将旋转蒸发所得的膏状提取液收集于25ml棕色科研开发　2005年第1期容量瓶中,稀释25倍,在450n m 波长下测光密度,以光密度值作为评判指标。