玉米胚乳中玉米黄质的研究进展

粮食与饲料工业
CEREAL &FEED I N DUSTRY
　2005,No.7　
19
　收稿日期:2005-01-13
作者简介:杨程芳(1983-),女,硕士研究生,专业方向为食品生物科学,主要从事功能性食品的研究。

玉米胚乳中玉米黄质的研究进展
杨程芳,郑建仙
(华南理工大学食品学院,广东广州　510640)
摘　要:玉米黄质是玉米胚乳中存在的一种天然类胡萝卜素。

大量研究表明它具有预防老年性黄斑病变、白内障;预防心血管疾病、抗癌等功效,近年来玉米黄质以其丰富的原料来源、良好的食用安全性及高效的生理功能在天然功能性食品添加剂和医药保健行业倍受关注。

综述了玉米黄质的主要性质、生理功能和制备工艺等。

关键词:玉米胚乳;玉米黄质;生理功能;制备方法中图分类号:TS201 文献标识码:A 文章编号:1003-6202(2005)07-0019-02Progress of Research on Zeaxan th i n i n Corn E m bryosper m
ABSTRACT:Zeaxanthin is a natural car otenoid existing in corn e mbryos per m.Lots of research results show that zeaxanthin has effi 2ciencies like p reventi on fr om senile macul opathy,cataracta,cardi ovascular diseases and anticancer etc .I n recent years,zeaxanthin is es pecially regarded in the res pects of additives for natural functi onal foods and medicine and health care for its abundant material re 2s ource,good edible safety and highly efficient physi ol ogical functi on .The main p r operties,physi ol ogical functi ons and p reparati on p r ocess of zeaxanthin were su mmed up in this paper .
KE YWO R D S:corn embryos per m;zeaxanthin;physi ol ogical functi on;p reparati on method 玉米又称玉蜀黍,在我国已有几百年的栽培食用历史,是世界三大粮食作物之一。

玉米的营养价值丰富,含有丰富的类胡萝卜素,其大部分存在于玉米胚乳中,主要为玉米黄质和叶黄素。

近年来,大量流行病学调查和研究表明,玉米黄质在减少癌症的发生和发展、减少心血管疾病发病率等方面具有独特的生理功能。

最引人注意的是,它对眼睛具有重要的保护作用,能预防老年性黄斑区病变、白内障等眼科疾病,因此玉米黄质的开发、应用前景广阔。

1　玉米黄质的理化性质
玉米黄质(3,3′-二羟基-β-胡萝卜素),分子式C 40H 56
O 2。

1944年,Zech meister 提出了它的立体化学结构,发现它与叶黄素(3,3′-二羟基-α-胡萝卜素)二者互为同分异构体。

玉米黄质为脂溶性化合物,不溶于水,可溶于有机溶剂。

它是β-胡萝卜素的衍生物,但在体内不能转化为VA,没有VA 活性。

对光、热稳定性不佳,尤其光照对玉米黄质影响最
大;对Fe 3+
和A l 3+的稳定性也较差,但对其它离子、酸、碱及还原剂Na 2S O 3等较稳定。

玉米黄质在自然界中的分布非常广泛,深绿色食叶蔬菜、花卉、水果,如枸杞、柑桔、万寿菊等都是玉米黄质的良好来源。

2　玉米黄质的生理功能
[1]
玉米黄质虽然不能转化为VA,不具有VA 活性,但它可成为人体内的重要的强抗氧化剂,还可通过猝灭单线态氧、清除自由基等抗氧化行为来保护机体组织细胞。

2.1　预防老年性黄斑区病变作用
在发达国家,老年性黄斑区病变(AMD )是导致老年人不可逆眼盲的主要原因,是60岁以上老年人常见的眼部疾病。

1985年,Bone 等人首次证明人体视网膜黄斑色素为玉米黄质和叶黄素的混合物[2];1988年,Bone 等进一步研究了人体视网膜中玉米黄质和叶黄素的分布,发现它们分布在整个视网膜和晶状体中,并猜测这两种类胡萝卜素对老年性视网膜黄斑区病变有预防作用[3]。

该猜测后来得到流行病学研究证实,两项大型流行病学研究分析了玉米黄质与AMD 发病率的关系。

眼病病例对照研究(E DCC )对391个患有湿性AMD 的病人和578名健康者作了调查。

结果发现AMD 发生率随血清玉米黄质和叶黄素的浓度升高而显著降低,玉米黄质和叶黄素摄入量较高(5757μg/d )的1/5人群与摄入
量较低(1211
μg/d )的1/5人群相比,AMD 发生率明显降低[4]。

膳食调查结果也显示,经常食用富含玉米黄质的菠菜或玉米等,可降低AMD 发病几率。

2.2　预防白内障作用
玉米黄质在晶状体中的含量虽然比黄斑区低很多,但它是晶状体中仅有的2种类胡萝卜素之一,它能猝灭单线态氧,能间接地减少晶状体蛋白的分解,从而防止白内障的形成[5]。

美国一项对50828人的调查显示,类胡萝卜素摄入量较高的人群患白内障的几率明显低于类胡萝卜素摄入量较低的人群。

由于菠菜中富含玉米黄质,菠菜摄入量较高的人群
患白内障的几率明显低于菠菜摄入量较低的人群[6、7]。

而另一项跟踪8年的研究发现,摄入较多的玉米黄质和叶黄素的男、女性患白内障的几率分别降低了19%和22%[8]。

2.3　抗癌作用
玉米黄质和众多类胡萝卜素一样,能抵御游离基在人体内造成细胞与器官的损伤,具有抗癌作用。

Snodderly 和Che w 分别在1995年和1996年提出,玉米黄质在减少癌症的发生、发展方面有独特的生物功能[9]。

他们的研究表明,喂养玉米黄质和叶黄素含量高的食物后,小鼠体内可移殖性乳腺癌细胞的生长减慢,同时增强了淋巴细胞的增殖效应。

细
20
　杨程芳等:玉米胚乳中玉米黄质的研究进展/2005年第7期
胞培养的研究结果表明,玉米黄质和叶黄素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β2胡萝卜素更有效。

动物试验发现,玉米黄质是乳腺癌抗癌剂[10]。

2.4　预防心血管疾病作用
1994年Street等人的研究表明,玉米黄质可显著地降低心肌梗塞的发病率。

人们研究在体外条件下玉米黄质对低密度脂蛋白(LDL)氧化的抑制作用后发现,食物中的这种类胡萝卜素有助于减缓动脉硬化的进程。

1996年K L H Car2 penter等人的研究进一步证明,血液中的玉米黄质能够有效抑制低密度脂蛋白(LDL)的氧化,具有预防心血管疾病的作用[10]。

1997年和1999年,Iribarren和Stephen等人又研究了血液中的α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、玉米黄质、叶黄素、隐黄素和番茄红素等对颈总动脉内膜血管中层增厚的影响,发现在所研究的类胡萝卜素中,玉米黄质和叶黄素降低颈总动脉内膜血管中层增厚的能力最强。

3　
3.1　萃取法[11]
有机溶剂萃取法是目前普遍采用的制备方法。

该法是利用玉米湿法生产淀粉过程中的副产品玉米黄粉(浆)作为原料,采用石油醚、乙醇、丙酮等单一溶剂或混合有机溶剂为萃取剂进行生产。

将一定量的玉米黄浆粉与萃取剂按一定的比例混合,在室温下缓慢搅拌浸提数小时后,分离混合油和浸出物料,混合油经过回收溶剂后得到的粗制品为玉米黄色素———玉米黄质、隐黄素及叶黄素等的混和物,这是一种已被我国批准使用的天然、安全食用异戊二烯类色素,要得到高纯度的玉米黄质还需要通过进一步的精制和纯化。

有些工艺过程为了提高萃取效率,对原料进行了一定处理,比如抽提前先用蛋白酶水解等。

超临界CO
2
萃取法是近几年发展起来的一种新型化工分离技术,它具有安全、无毒、高效的优点。

有研究利用超临
界CO
2
萃取技术从玉米淀粉厂的黄浆中萃取玉米黄质,该法的提取率相对有机溶剂萃取法较低,但产品质量优于溶剂萃取法。

3.2　生物合成法[12～15]
生物合成玉米黄质目前有2种方式。

一种是大量培养能合成玉米黄质的菌类。

玉米黄质是典型的叶绿体色素,除植物、藻类外,在兰细菌和一些非光合细菌如分枝杆菌、欧文氏菌和黄杆菌也产玉米黄质。

黄杆菌是最理想的培养对象。

另一种方法是利用基因技术构建高产玉米黄质的植物或菌株。

玉米黄质可以通过类异戊二烯途径合成,该途径是一个十分庞大的次生代谢途径,除合成一系列类胡萝卜素外还合成叶绿素、细胞分裂素、G A及ABA等物质。

目前,该生物合成过程中的关键酶基因已先后得到克隆,并已初步实现通过基因工程进行调控。

3.3　异构化法[13]
异构化法即采用化学方法制备玉米黄质类异构体,由于玉米黄质和叶黄素为同分异构体,可以通过在多羟基醇和碱的存在下,转化叶黄素进行玉米黄质的生产。

如Karrer和Jucker报道,在乙醇钠和苯存在下,可以将叶黄素转化为玉米黄质;Andrewes也报道在氮气中,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质。

美国专利报道了在无催化剂的水相体系中对叶黄素进行异构化产生玉米黄质的方法。

在该方法中,叶黄素与强碱水溶液长时间反应得到玉米黄质。

墨西哥专利中报道了在碱水溶液中进行异构化反应,玉米黄质的得率较高。

利用异构化法生产玉米黄质,安全无毒,色素的回收率和稳定性也都有显著提高,且该反应异构化的速率较快,全部过程可在常压下进行,较适合于工业化生产。

4　结束语
综上所述,玉米胚乳中的玉米黄质是一种富有营养和保健医疗作用的天然色素。

其来源丰富、研究基础扎实、可产业化程度高,相信会成为一种前途广阔的重要功能性天然色素,在食品行业中将发挥重要的作用。

[参考文献]
[1]　郑建仙.植物活性成分开发[M].北京:中国轻工业出版社,
2005.
[2]　Bone R A,Landrum J T,Tarsis S L.Preli m inary I dentificati on of
the Human Macular Pig ment[J].V isi on Res,1985,25:1531～
1535.
[3]　Bone R A,Landrum J T,Fernandez L,et al.Analysis of theMac2
ular Pig ment by HP LC:Retinal D istributi on and Age Study[J].
I nvest Ophthal m ol V is Sci,1988,29:843～849.
[4]　Eye D isease Case Contr ol Study Gr oup,Anti oxidant Status and
Neovascular Age2related Macular Degenerati on[J].A rch
Op tha mol,1993,111:104～109.
[5]　卢艳杰,姚惠源.黄体素、玉米黄素及其生理功能研究现状
[J].食品与发酵工业,2003,29(2):80～84.
[6]　Chasen2Taber L,W illet W C,Seddon J M,et al.A Pr os pective
Study of Car otenoid and V ita m in A I ntake and R isk of Cataract Ex2
tracti on in US Women[J].Am J Clin Nutr,1999,70(4):509～
516.
[7]　Lyle B J,Mares2Perl m an J A,Klein B E K,et al.Anti oxidant I n2
take and the R isk of I ncident Age2related Nuclear Cataracts in the
Beaver Da m Eye Study[J].Am J Ep ide m i ol,1999,149(9):801
～809.
[8]　吕　欣,毛忠贵.玉米黄色素研究进展[J].粮食与油脂,2003
(4):43～45.
[9]　Snodderly D M.Evidence f or Pr otecti on Against Age2related Macu2
lar Degenerati on by Car otenoids and Anti oxidant V ita m ins[J].Am
J Clin Nutr,1995,62(supp l):1448s～1460s.
[10]　Keri L H,Car penter,Carina Van Der Veen,Rachel H ird,et al.
The Car otenoidsβ2car otene,Canthaxanthin and Zeaxanthin I n2
hibit Macr ophage2mediated LDL Oxidati on[J].Federati on of Eu2
r opean B i oche m ical Societies,1996(401):262～266.
[11]　曹　毅.溶剂法浸出玉米黄色素的可行性研究[J].粮油食品
科技,1998(4):33～35.
[12]　姜文侯,单志萍,孟　妤.微生物产生的类胡萝卜素及其工业
化[J].食品与发酵工业,1998,25(3):46～51.
[13]　Rodriguez,Pig menting Efficiency of a Natural Xanthophyll by I2
s omerizati on[P].U.S.Patent,5973211,1999.
[14]　L ichtenthaler H K,Rohmer M,Schwender J.T wo I ndependent
B i oche m ical Pathway for Is opententenyl D i phos phate and Is op re2
noid B i osynthesis in H igher Plants,Physi ol Plant,1997(101):
643～652.
[15]　Bartley G E,Scolnik P A.Molecular B i ol ogy of Car otenoid B i o2
synthsis in Plants[J].Annu Rev Plant Physi ol Plant Mol B i ol,
1994(45):287～301.
(责任编辑:黄小平)。