玉米黄色素研究进展论文

在人体内，玉米黄质是一种强抗氧化剂，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，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 。 玉米黄质是晶状体中仅有的2种类胡萝卜素之一，它的分子中有 11个共轭双键，并且尾端集团上带有羟基，此结构使它具有较强的抗氧化能力。作为一种强抗氧化剂，它可以淬灭单线态氧和光敏剂的三重态，清除损害性氧自由基，防止膜脂过氧化，减少脂褐素的形成，进而防止白内障的形成。研究表明，叶黄素和玉米黄质摄入高的人群，比低摄入量的人群患白内障的可能性可降低 19%~22%。预防老年性黄斑区病变作用如果没有正常功能的黄斑区，人的主要视力功能会逐渐损坏，甚至有失明的危险。在黄斑区中心点，入射光最强，产生的活性氧也最多。大量流行病学研究结果也表明，玉米黄质具有特异性吸收对视网膜最具损伤性的蓝色光线的作用，从而保护视网膜中央凹的视锥细胞。许多研究表明，短期增加玉米黄质摄入量，可以使黄斑色素增加，从而增强黄斑区对抗有害物质和光射线损害的能力，预防和减缓老年性黄斑变性。另外，玉米黄质本身具有很高的营养价值，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。 玉米黄素主要存在于黄色玉米表皮中，可用于生产玉米黄素的玉米加工副产物有玉米黄粉、DDGS和玉米皮渣等，提取制备技术包括有机溶剂萃取法，超声波提取法，微波辅助提取法，表面活性剂法，酶法提取，超临界流体萃取法以及膜辅助分离提取技术等。有机溶剂萃取法该法是采用石油醚、乙醇、丙酮等单一溶剂或混合有机溶剂为萃取剂，将待处理原料与萃取剂混合，在室温下缓慢搅拌萃取数小时，分离混合油和浸出物料，混合油经过回收溶剂后得到含有玉米黄质、隐黄素及叶黄素等的类胡萝卜素混和物。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。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。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。采用酶法提取玉米黄素，在玉米蛋白粉在水解过程中，需要很好的控制底物浓度、酶浓度、pH 、水解时间、水解温度。微波协助提取法微波协助提取技术是以传统溶剂浸提原理为基础发展的新型萃取技术，把微波用于浸提，它能强化浸提过程，降低生产时间、能源、溶剂的消耗以及废物的产生，可提高产率，既降低操作费用，又合乎环境保护的要求，是具有良好发展前景的新工艺。微波辅助萃取玉米黄色素，具有时间短，提取率高，溶剂用量少，有利于回收，节约能源，减轻环境污染等优点。表面活性剂提取法表面活性剂提取玉米黄素，也是在有机溶剂萃取法的基础上，与微波协助萃取技术相结合的一种方法。借助表面法减少了有机溶剂对色素产品的污染，具有速度快，提取率高等优点，为玉米黄色素的开发和利用提供了一种新途径。超生波提取该方法是在直接浸提法的基础上，以超声波为辅助，可以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。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。超临界流体萃取超临界流体萃取（ Supercr itical Fluid Ex trac-tion，SFE） 装置是一种固-液或液-液的特殊分离设备，较常用的萃取溶剂有CO2和丙烷。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。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。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。 玉米黄素属于异戊二烯类， 常常与隐黄素、β-胡萝卜素、叶黄素等共存，组成类胡萝卜素混合物，常用的分离纯化方法有薄层色谱法和高效液相色谱法。薄层色谱法薄层色谱是色谱分析方法中的一种，其特点是仪器和操作简单，展开时间快，检测灵敏度高，不仅适用微量成分的分离和鉴定，而且可用于制备少量纯物质。无论无机物、有机物、小分子化合物或大分子化合物、亲水性物质或亲脂性物质等各种类型化合物的分离、精制和鉴定都可用薄层色谱。玉米黄色素属于异戊二烯类色素，主要由玉米黄素、叶黄素等类胡萝卜素组成的混合物，故对玉米黄素的分离采用分离类胡萝卜素的吸附法、薄层色谱法进行分离，对分离成分进行红外、紫外光谱定性鉴定。高效液相色谱法对食品中叶黄素和玉米黄素的定量分析一般采用电子（紫外-可见）吸收光谱法。由于二者在许多食品材料中是共存的，二者的分离是它们定量分析的基础。1994年，Sander等首次应用C30固定相在HPLC上成功分离了多种极性的类胡萝卜素及它们的几何异构体。在此之后，C30柱子在类胡萝卜素的分离与检测中获得了越来越多的应用。研究者在装备了二极管阵列检测器（PDA）的高压液相色谱（HPLC）上应用C30柱，使得食品中的全反式叶黄素和玉米黄素获得了良好的分离。根据其色谱行为和光谱特征，玉米黄素可被鉴定。制备合成方法生物合成法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。因此生物合成玉米黄质的2种方式分别是：大量培养能合成玉米黄质的菌类和利用基因技术构建高产玉米黄质的植物或菌株。国外研究人员采用草生欧文氏菌（ E. her bicola） 的基因簇克隆入大肠杆菌中，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彧儿焦磷酸（ GGPP） 成酶的活性从6.35增至23. 4 nmol/ 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5% 。2000 年，研究人员等将PSY、LycB 二个基因连接到胚乳特异表达的谷蛋白启动子上，同时将细菌八氢番茄红素降解酶基因crtI 连接到花椰菜斑点病毒35S启动子上，然后一起构成表达载体转入到一个日本水稻品种，结果在水稻胚乳中检测到玉米黄素 。 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。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。Kar rer 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素；Andrew es 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 。 玉米黄质的测定方法主要有分光光度计法和高效液相色谱法（HPLC）。采用分光光度计法测定时，取玉米黄质提取液，以提取的有机溶剂为参比，直接在紫外可见分光光度计中测定吸光值，波长一般在445 nm，根据吸光值来判定玉米黄质含量。分光光度计法的灵敏度检测限最大可达 105~106，进样量在100 µL 数量级。由于该方法操作比较简单便捷，成本低，可用作筛选富含玉米黄质的玉米材料。高效液相色谱法可测定提取液样品中的各种成分，包括各类类胡萝卜素，如叶黄素和玉米黄质。此法灵敏度高，如荧光检测器灵敏度可达 10~11 g，检测限达 109，进样量在几µL 数量级，定量检测不受提取液中的杂质影响。但该法对仪器要求高，需要专门人员操作，费用大，难以在普通实验室应用，这可作为已筛选出的富含玉米黄质玉米的后期定量测定。