玉米黄色素的提取工艺及应用研究现状

粮油食品科技 第 22 卷 2014 年 第 1 期
粮食加工
玉米黄色素的提取工艺及应用研究现状
1 1 2 郎繁繁 ， 董文宾 ， 修秀红
( 1． 陕西科技大学生命科学与工程学院， 陕西 西安 710021 ; 2． 山东福田药业有限公司， 山东 德州 251200 ) 摘 要： 我国玉米产量大， 玉米蛋白粉是玉米淀粉生产过程的下脚料， 其中含有丰富的玉米黄色素， 是玉米黄色素提取的理想原料。玉米黄色素可作 为 天然 着 色 剂 应用到食 品 工 业。 此外， 因 其 有很 强的抗氧化性， 所以具有保护视力、 抗癌、 预防心血管疾病 等 生 理 功效。 文章简述 了 玉米 黄 色 素 的 组成和性质， 并对其提取方法和应用现状进行了综述。 关键字： 玉米蛋白粉; 玉米黄色素; 提取方法; 应用 中图分类号： TS 209 文献标识码： A 文章编号： 1007 － 7561 （ 2014 ） 01 － 0029 － 03
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粮食加工
有效的提高玉米黄色素的提取率 。另外通过柱层析 法、 膜分离技术、 以及高速逆流色谱能得到较高的玉 米黄色素纯度。 2． 1 溶剂萃取法 玉米黄色素易溶于乙醇、 乙醚、 石油醚等有机溶 剂。由于提取所得的色素应用于食品中， 因此在提 取过程中， 必须考虑到溶剂的安全性以及提取的效 率， 因此 ， 一 般 采 用 70% ～ 95% 的 乙 醇 及 无 水 乙 ［5］ ［6］ 醇， 浓缩后 得 到 玉 米 黄 色 素 粗 制 品 。 赵 华 等 以玉米麸皮为原料 ， 在单因素试验的基础上 ， 采用 响应面法对 提 取 工 艺 参 数 进 行 了 优 化 ， 得到最佳 57 ℃ ， 2． 提取工艺条件是温度 提取时间 6 h ， 料液 比 1∶ 15 ， 玉米黄色素的提取量为 131． 3 μg / g ， 提取 率 84% 。 2． 2 酶解辅助提取法 据报道玉米黄色素在玉米蛋白粉中通过糖苷键 与糖连接， 与脂肪酸形成酯， 与蛋白质结合呈类胡萝 ［7 ］ 卜素—蛋白质的状态存在 。 因此， 简单用有机溶 ， 剂溶解很难直接提取出来 使用蛋白酶水解可以破 坏蛋白质网状结构、 切断玉米黄色素与其他组分的 连接， 使 络 合 的 玉 米 黄 色 素 被 释 放 出 来。 卢 艳 杰 ［8 ］ 等 采用中性蛋白酶水解处理玉米蛋白粉， 使得玉 米黄色素得率大幅提高， 并确定了最佳工艺条件为 pH7． 4 ～ 底物浓度 5% ， 酶浓度 1． 2% ， 温度 35 ℃ ， 8． 0 ， 水解时间 6 h。 2． 3 微波辅助提取法 微波加热具有穿透力强、 加热速度快且均匀， 节 能高效易控制等优点， 可以避免受热不均导致色素 降解的 情 况 发 生， 同 时 显 著 缩 短 萃 取 时 间。 黄 琼 ［9 ］ 等 研究了微波法提取玉米黄色素的工艺， 通过正 交试验确定最佳提取条件。 以 50% 乙醇为提取溶 剂， 微波功率 450 W， 料液比 1∶ 12 ， 萃取时间 80 s， 萃 ， ， 。 取两次 在此条件下 玉米黄色素提取率最高 陈红 ［10 ］ 等 以玉米皮为原料， 采用微波协同酶法提取玉米 黄色素， 并对其工艺进行优化。 通过单因素试验和 正交试验， 确定微波协同酶法提取的最佳工艺条件 为微波功率 400 W、 微波辐射时间 50 s、 料液比 1∶ 8 （ g / mL） 、 纤维素酶用量 1． 2% 、 酶解温度 50 ℃ 、 酶 解时间 90 min、 酶解体系 pH5． 5 。 2． 4 超声波辅助提取法 超声波能破碎细胞壁甚至整个细胞， 超声波产 生的振动作用促进胞内物质的释放 、 扩散和溶解， 有 ［11 ］ ， 。 利于有效成分的提取 缩短提取时间 吴素萍等 采用超声波法提取玉米黄色 以玉米蛋白粉为原料， 素， 通过 正 交 试 验 确 定 的 最 佳 条 件 为： 80% 乙 醇、 pH7 、 超声时间 40 min， 超声功率 60 W， 超声温度 50 ℃， 固液比 1 ： 6 ， 在此条件下， 玉米黄色素得率可达 14． 7% 。申小丽等［12］ 利用超声波辅助法对玉米蛋 白粉进行脱色处理， 通过响应面分析法of extraction technology and application of maize yellow pigment
LANG Fan － fan1 ， DONG Wen － bin1 ， XIU Xiu － hong2 （ 1． College of Life Science ＆ Engineering ， Shaanxi University of Science ＆ Technology ， Xi’ an Shanxi 710021 ； 2． Shandong Futian Pharmaceutical Co． ， Ltd． ， Dezhou Shandong 251200 ） Abstract： The output of corn in China is considerable． As by － product of corn starch production ， corn gluten meal which is rich in maize yellow pigment is the ideal material for extraction of maize yellow pigment． Maize yellow pigment as a natural colorant is applied to the food industry． In addition ， because of its strong antioxidant activity ， it has a series of physiological functions， such as eyesight protection ， anti － cancer， prevention of cardiovascular disease． The composition and properties of maize yellow pigment are introduced and their extraction methods and application status are reviewed． Key words： corn gluten meal； maize yellow pigment； extraction methods； application 玉米（ Maize） 是世界上分布最广泛的粮食作物 之一， 中国是世界第二大玉米生产国， 据国家统计局 ， 2012 日前发布的统计数字表明 年全国玉米产量为 20812 万 t， 超过稻谷产量， 是我国第一大粮食作物 品种。以玉米为原料生产的淀粉， 是玉米深加工的 主要产品。玉米蛋白粉又名玉米黄粉 （ Corn Gluten Meal， CGM） ， 是湿法生产玉米淀粉中的主下脚料 ， 是从淀粉乳分离蛋白质时得到黄浆水干燥后得到 的， 约占原料质量的 5% ～ 6% ， 含有丰富的玉米黄色 ， 素 是提取玉米黄色素的理想原料。 采用玉米蛋白 粉提取玉米黄色素不仅实现资源合理利用 ， 而且促 进玉米深加工产业链的全面发展 。 粉中， 玉 米 黄 色 素 的 含 量 约 为 0． 2 ～ 0． 37mg / g， 即 ［ 2 ］ 0． 02% ～ 0． 04% 。玉米黄色素纯品是红色油状液 体， 低于 10 ℃ 时为橘黄色半凝固膏状物。可溶于乙 醇、 乙醚 、 石油醚 、 丙酮等有机溶剂 ， 不溶于水 。 稀 溶液呈柠檬黄色 ， 耐光性较差 ， 浓度为 1% 的溶液 100 在日照下 18 日可褪色 。40 ℃ 以下性状稳定 ， ℃ 下 7 h 褪色［3］。 但其耐热性较强 ， 要避免高温受 热， 在弱酸性 、 中性 、 碱性范围内都比较稳定 ， 强氧 化剂对其有 很 强 的 破 坏 作 用 ， 但是高浓度还原剂 + K + 等离子 能起到保护作用 ， 对食品添加剂及 Na 、 3 + Fe3 + 等离子不稳定［4］。 不仅可以 较稳定 ， 对 Al 、 作为天然着色剂 ， 而且具有很强的抗氧化作用 ， 具 有保护视力 、 预防心脑血管疾病 、 抗癌及增强免疫 力等生理功效 ， 日益受到国内外的广泛关注 ， 具有 。 巨大的开发潜力
收稿日期： 2013 － 06 － 07 1989 年出生， 作者简介： 郎繁繁， 女， 硕士研究生． 1951 年出生， 通讯作者： 董文宾， 男， 教授．
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玉米黄色素的提取工艺
目前天然色素的提取大都采用化学溶剂萃取 法， 玉米黄色素是脂溶性色素， 不溶于水， 易溶于有 机溶剂， 因此其提取原理主要采用传统的溶剂萃取 法。目前常用的方法有酶法、 微波辅助提取法、 超声 波辅助提取法、 超临界 CO2 萃取法。 这些方法可以
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件， 得到脱色的最佳条件是： 超声时间 20 min， 超声 pH4 。 温度 25 ℃ ， 料液比 1∶ 20 ， 2． 5 超临界 CO2 萃取法 超临界 CO2 萃取法是一种新兴的技术， 在超临 界状态下， 将超临界 CO2 与待分离的物质接触， 使其 、 有选择性地把极性大小 沸点高低和分子量大小的 成分依次萃取出来。具有无溶剂残留、 无污染、 可避 免萃取物在高温下变质， 保持其生理活性等优点。 ［13 ］ 李大婧 采用超临界 CO2 萃取技术萃取玉米蛋白 粉中的玉米黄色素， 所得的工艺条件为： CO2 流量 40 kg / h、 萃取时间 90 min、 萃取温度 40 ℃ 、 萃取压力 35 MPa， 得到高质量色素产品的较优分离条件为 ： 分离釜 I 压力 9 MPa、 温度 45 ℃ ， 分离釜 II 温度 50 ［14 ］ ℃ 。HSU Yuwen 等 采用超临界 CO2 法提取黄花 菜中的玉 米 黄 素 和 叶 绿 素， 温 度 为 80 ℃ ， 压力为 600 bar 是提取的最佳条件， 其中压力是超临界 CO2 提取最重要的参数， 提取物具有显著的抗氧化活性。 2． 6 树脂纯化法及高速逆流色谱法 玉米黄色素的粗提取物在经过初步分离后可以 通过柱层析进行纯化。将粗提取物用适当的溶剂溶 可得到纯度较高的玉米黄色素。大孔 解， 过色谱柱， 吸附树脂是 20 世纪 60 年代发展起来的新型有机高 聚物吸附剂。大孔吸附树脂技术其工艺操作简单， 成本较低， 可反复使用， 是提取分离中草药成分的有 效方法， 已在环保、 食品、 医药等领域得到了广泛的 ［15 ］ D4006 、 D4020 、 D14 、 应用。 黄 梅 比 较 了 H103 、 S8 、 X5 、 AB8 、 HZ801 、 HZ816 、 DK110 共 10 种树脂对 玉米蛋白粉粗提液中叶黄素的静态吸附和解吸特 征， 比较结果显示 HZ816 树脂对叶黄素的静态吸附 和解吸能力都很强， 因此选用 HZ816 树脂， 实验所 得最佳工艺条件为： 上样质量浓度 79 μg / ml、 上样 速度 1． 1 BV / h、 柱床层高度 48 cm、 乙醇洗脱， 得到 的叶黄素纯度为 5． 4% 、 收率达 92． 9% 。 高速逆流色谱是一种液 － 液色谱分离技术， 它 的固定相和流动相都是液体， 没有不可逆吸附， 具有 样品无损失、 无污染、 高效、 快速、 纯度高和大制备量 分离等优点， 在玉米黄色素提取中也具有很好的效 ［16 ］ 果。CHEN Feng 等 第一次采用高速逆流色谱分 经过有机溶剂提 离纯化蓝藻微囊藻中的玉米黄质， 取、 皂化后通过高速逆流色谱得到玉米黄质的纯度 为 96． 2% ， 回收率为 91． 4% 。