CNS_08.116_玉米黄

玉米黄素（Zeaxanthin）作为食品添加剂的研究

引言

玉米黄色素（分子式C40H56O2），顾名思义，最初是一种由玉米皮或从玉米淀粉生产中的下脚料 ( 主要含有玉米粗蛋白) 中提取的类胡萝卜素类色素和隐黄素等利用价值较高的天然食用色素 。

人体组织中存在的所有类胡萝卜素必须来源于膳食或其他相关来源。深绿色菜、花卉、水果、黄玉米、枸杞等是玉米黄素的良好来源。现如今玉米黄色素作为天然食品添加剂可广泛应用于人造奶油、黄油、焙烤食品等油基或脂基食品以及饮料、汤料罐头、果酱、果脯、肉、蛋制品等水基食品 。

按照GB2760-2011《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》，对食品添加剂定义为“为改善食品品质和色、香、味，以及为防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或者天然物质。营养强化剂、食品用香料、胶基糖果中基础剂物质、食品工业用加工助剂也包括在内。”食品添加剂具有以下三个特征：一是为加入到食品中的物质，因此，它一般不单独作为食品来食用；二是既包括人工合成的物质，也包括天然物质；三是加入到食品中的目的是为改善食品品质和色、香、味以及为防腐、保鲜和加工工艺的需要。

首先玉米黄素作为一种天然色素已经被 《食品添加剂使用卫生标准》GB 2760-2014 列为可使用天然色素类。其次，玉米中含有大量的玉米黄素，我国玉米的种植面积广，产量大，拥有足够的原料资源开发利用玉米黄素。此外，玉米黄素还具有较多的营养保健功效，其抗氧化活性、抗癌、预防心血管疾病等功能活性已被证实，因此，开发和利用玉米黄色素能实现社会效益和经济效益双赢。

1.玉米黄素物理化学性质

玉米黄色素属于类胡萝卜素，是以β-胡萝卜素、玉米黄素(3,3-二羟基-β-胡萝卜素)、隐黄素(3-羟基-β-胡萝卜素)、(3,3-二羟基-α-胡萝卜素)为主要成分的类胡萝卜素的混合物 。

玉米黄素为橘红色结晶粉末，没有气味，其稀溶液颜色是橙红色 。不溶于水，易溶于乙醚、石油醚、丙酮、酯类等有机溶剂，可被单甘脂乳化。具有较好的耐酸、耐碱性，并且不受铁、铅等金属离子的影响。玉米黄素的化学结构决定了其性质很稳定。在可见和紫外光区内，光照可以影响玉米素的稳定性。存在于固体食品中的玉米黄素在常温和自然光条件下较稳定，1%溶液对太阳光较敏感。具有一定的热稳定性，温度在40℃以下稳定，100℃保温7 h后明显褪色。

2.玉米黄素生理功能

2.1着色功能

玉米黄素分子显示其两个六元碳环上有1个含氧基团，这使得其化学结构具有较大的稳定性，使它在人体吸收后仍能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， 玉米黄色素作为一种经济高效的着色剂受到生产者的青睐 。玉米黄素在用作饲料添加剂时，可有效地改善动物的营养状况以及蛋黄和家禽的肉及皮肤色泽。在肉禽体内，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，玉米黄素还可以作为一种天然着色剂为食品增加具有诱人食欲的色泽。

2.2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。随着研究的不断进行，人们发现，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。其中玉米黄色素具有较强的抗氧化能力。在体内，玉米黄色素虽然不能转化为可用的维生素，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。卢艳杰等人对玉米黄色素的抗氧化能力进行了测定，并与抗氧化剂BHT在抗氧化能力上进行比较，结果显示在氧化的40 min内，玉米黄素的抗氧化能力强于BHT。

2.3玉米黄素对眼睛的保护---治疗白内障

现代社会生活中常见的疾病白内障(Cataract)的形成可能与紫外线照射、自由基和氧化剂等有关 。研究发现，摄入一定量的玉米黄质可降低白内障摘除风险，而且经常食用富含玉米黄素的食物，例如黄玉米、羽衣甘蓝、菠菜等可减少白内障的发生，但只有当玉米黄质摄入量达到对照组的4倍(对照组摄入量为6.0 mg/d)时，才有显著效果。VuHT等研究结果证实，摄入较多的玉米黄质可降低核性白内障的患病风险，但对皮质性白内障和后囊下白内障无影响。Moeller等研究发现，摄入一定量的和玉米黄质可使核性白内障患病的概率降低23%，且这2种物质在血清中的含量与老龄女性的核性白内障患病风险有关。此外，大鼠白内障的防治实验结果表明 ，玉米黄色素微胶囊粉末能有效地延缓受试大鼠白内障进展，降低眼晶体混浊度。生化指标也显示，玉米黄色素微胶囊粉末各组与模型组相比，眼晶状体超氧化物歧化酶(SOD)活力显著升高了40.55%～50.02%，丙二醛(MDA)含量显著降低了31.84%～38.89%。

2.4改善老年黄斑病变

老年黄斑变性，又称年龄相关性黄斑变性（AMD），是与年龄相关致盲的重要眼病之一 [2] [5] 。其病变包括黄斑区脉络膜玻璃膜疣、视网膜色素上皮区域性萎缩、黄斑区脉络膜新生血管。Bone等证明玉米黄素是人体视网膜黄斑色素组成之一，随后又进一步研究发现黄体素和玉米黄素分布在整个视网膜和晶状体中。在对一些流行病学的研究发现，人体的血液中类胡萝卜素和抗氧化维生素浓度低的人群患老年黄斑变性的危险较大。营养及流行病学的研究也表明，当膳食中或血液中类胡萝卜素浓度较高时，老年黄斑变性的发病危险率则低。Ma等研究发现增补和玉米黄质可改善早期老年黄斑变性患者的视网膜功能异常症状。Berrow等的研究也证实可以补充来提高早期老年黄斑变性患者的视力，对提高其生活质量具有一定的保护作用。此外，补充和玉米黄质，对早期老年黄斑变性患者的MPOD有一定的促进作用，改善其视网膜功能，延缓病情发展。

2.5预防癌症

李万里研究玉米黄素对H-22肝癌细胞的抑制情况 [2] [5] ：采用不同浓度的玉米黄素作用于H-22肝癌细胞，MTT法检测不同时间的细胞增殖情况，结果显示玉米黄素对H-22肝癌细胞有抑制作用，并随着玉米黄素剂量的增加抑制率逐渐增加，呈剂量效应关系；孙震等研究玉米蛋白粉中玉米黄素对乳腺癌细胞增值作用，结果表明，玉米黄素在体外对SHZ细胞具有明显的增值作用。

2.6预防心血管疾病

心血管疾病是死亡率较高的疾病，病因复杂，一些流行病学的研究已经开始探索β-胡萝卜素等与冠心病之间的关系 [2] 。研究指出，高类胡萝卜素膳食的人群患心血管疾病的危险性较低。孙晓芳等研究玉米黄素对高脂血症血脂的调节作用发现，玉米黄素具有调节高脂血症小鼠血脂的作用；Iribarren和Stephen等研究了血液中的类胡萝卜素等对颈总动脉内膜血管中层增厚的影响，发现玉米黄素和黄体素降低颈总动脉内膜血管中层增厚的能力最强。

3.玉米黄素自然来源

人体组织中存在的所有类胡萝卜素必须来源于膳食或其他相关来源。深绿色蔬菜、花卉、水果、黄玉米、枸杞等是玉米黄素的良好来源，最主要的食物来源肯定是玉米的组织液。

4.玉米黄提取分离

玉米黄素的提取技术主要包括有机溶剂直接提取、酶解提取、超声波提取、微波提取、超临界流体萃取提取以及膜辅助分离提取等。

朱洪梅等以玉米糁为原料，优化玉米黄色素最佳提取工艺为：提取温度 70℃，提取时间3小时，提取溶剂为80%乙醇，液料比10∶1。朱蕾等优化酶解提取玉米黄素的条件为：pH为7.0、蛋白酶浓度为1.2%、水解温度40℃、水解时间6小时。李伟等得出超声酶解法提取玉米蛋白粉中玉米黄素的最佳条件为：料液比1∶25、中性蛋白酶量 1.5×104 U/g玉米蛋白粉、超声波功率 100 W、超声时间 5 分钟，该条件下玉米黄素的得率为 0.070%。孙丽丽等使用超临界 CO2 法提 取玉米黄色素得到的最佳条件为：CO2流速 35 公斤/小时，提取压力30 MPa，提取温度45℃，提取时间2小时，夹带剂为15%无水乙醇，此时玉米黄色素产量为 210.97μg/g。Tsui等采用膜技术对玉米中的类进行提取：提取溶剂85%乙醇、提取温度 50℃、提取时间 30分钟，提取液用超滤膜进行分离得到玉米醇溶蛋白，再采用纳米过滤技术分离纯化得到类物质，再采用结晶化方法或层析法对和玉米黄素进行分离得到玉米黄素。

在提取过程中，玉米黄质很容易发生氧化和结构异化，有必要建立快速温和的提取方法，对其进行更精确的定量。

5.高效液相色谱法玉米黄提取分离

5.1仪器与试剂使用

小米、玉米等市场可购买的样品;玉米黄素标准品(纯度≥95.0% )、2，6－二叔丁基－4－甲基苯酚( BHT)美国Sigma公司;甲醇、乙腈、二氯甲烷、乙酸乙酯( 均为色谱纯) 美国Fisher公司; 无水硫酸钠、乙醇、正己烷、环己烷、异丙醇、氢氧化钾、石油醚、抗坏血酸( 均为分析纯) 北京化工厂; 无水乙醚 国药集团化学试剂有限公司。 BS224S 分析天平 德国赛多利斯科学仪器( 北 京) 有限公司; ZHWY－ 110X30 往复式恒温水浴摇床上海智诚分析仪器制造有限公司; EYELA N－1100 旋转蒸 发 仪 东京理化株式会社; Thermo U－3000 高效液相色谱仪 美国 Thermo Fisher科技公司。

5.2 实验方法

5.2.1 提取溶剂的选择

准确称取 5 份 2.0 g均匀小米于 250 mL 三角瓶中，加入 30 mL 含 0.1% BHT的乙醇溶液和 10 mL 50% 氢氧化钾水溶液，混匀。于 50 ℃恒温振荡水浴锅内，避光振荡皂化 30 min，取出立即冷却至室温。将 5 份皂化液分别用 50 mL 水转入250 mL分液漏斗中，每份样品加入一种提取溶剂，这5种溶剂分别是: 50 mL 正己烷∶乙醚∶环己烷( 2∶ 2∶ 1) 混合液、50 mL 正己烷∶ 乙酸乙酯( 7∶ 3) 混合液、50 mL 环己烷∶ 乙酸乙酯( 2∶ 8) 混合液、50 mL 正己烷∶ 异丙醇( 3∶ 1) 混合液、50 mL 环己烷∶ 乙酸乙酯( 1∶ 1) 混合液，振荡萃取 5 min，将下层溶液转移至另一250 mL分液漏斗中，分别加入 50 mL 上述萃取溶剂重复萃取，每次用约 100 mL 水洗涤萃取溶剂层，重复洗涤 3 次，直至将萃取溶剂层洗至中性，去除下层水相。合并两次洗涤后的萃取溶剂层，经无水硫酸钠滤入 150 mL 旋转蒸发瓶内，用约 15 mL 石油醚冲洗分液漏斗及无水硫酸钠 2 次，并入蒸发瓶内，将蒸发瓶接在旋转蒸发仪上，40 ℃水浴减压蒸馏，待瓶中萃取液剩下约 2 mL 时，取下蒸发瓶，立即用氮气吹至近干。用 2 mL 含 0.1% BHT 的乙醇溶液定容。溶液过 0.45 μm 有机系滤膜后，按下述高效液相色谱条件测定。

5.2.2 前处理条件的选择

5.2.2.1 碱溶液的选择

准确称取 2.0 g均匀小米于250 mL 三角瓶中，加入 30 mL含0.1% BHT 的乙醇溶液，分别加入 10 mL 10% 氢氧化钾水溶液、10 mL 20% 氢氧化钾水溶液、10 mL 50% 氧化钾水溶液、10 mL 60% 氢氧化钾水溶液、10 mL 10% 氢氧化钾甲醇溶液、10 mL 30% 氢氧化钾甲醇溶液混匀。于 50 ℃恒温振荡水浴锅内，避光振荡皂化 15 min，取出立即冷却至室温。分别用100 mL正己烷∶乙醚∶环己烷( 2∶ 2∶ 1) 混合液提取，其他操作步骤同 5.2.1。

5.2.2.2 皂化温度的选择

准确称取 2.0 g 均匀小米于 250 mL 三角瓶中，加入 30 mL 含 0.1% BHT 的乙醇溶液，加入 10 mL 60% 氢氧化钾水溶液，于 25、50、 75 ℃ 恒温振荡水浴锅内避光振荡皂化 15 min，取出立即冷却到室温。分别用 100 mL 正己烷∶ 乙醚∶ 环己烷( 2∶ 2∶ 1) 混合液提取，其他操作步骤同 1.2.1。 1.2.2.3 皂化时间的选择 准确称取 2.0 g 均匀小米于 250 mL 三角瓶中，加入 30 mL 含 0.1% BHT 的乙醇溶液，加入 10 mL 60% 氢氧化钾水溶液，于 50 ℃恒温振荡水浴锅内，避光振荡皂化 5、10、15、30、45 和 60 min，取出立即冷却至室温。分别用 100 mL 正己烷∶乙醚∶环己烷( 2∶ 2∶ 1) 其他操作步骤同 5.2.1。

5.2.3 不同前处理方法比较研究

5.2.3.1

国标方法准确称取 2.0 g 均 匀 小 米 于50 mL离 心 管 中，以 10 mL 正 己 烷∶乙 醚∶环 己 烷( 2∶ 2∶ 1) 混合液萃取溶剂，避光涡旋振荡提取 3 min，4500 r/min 离心 3 min，重复提取 2 次，合并提取液，于室温减压浓缩至近干，以 3 mL 萃取溶剂涡旋振荡溶解，重 复 操 作 1 次，合 并 萃 取溶剂，混匀，以约1 mL /min 的流速过已活化的中性氧化铝固相萃取小柱，用 3 mL 萃取溶剂洗脱，合并流出液与洗脱液，于室温减压浓缩至近干，以 0.1% BHT 乙醇溶液，涡旋振荡溶解残渣并定容至 10 mL，过 0.45 μm 滤膜，供液相色谱测定。

5.2.3.2 超声提取方法

准确称取 2.0 g 均匀小米于250 mL 三角瓶中，加入 30 mL 含 0.1% BHT 的乙醇溶液和 10 mL 60% 氢氧化钾水溶液，混匀。常温避光超声提取 30 min，其他操作步骤同 1.2.1。

5.2.3.3 实验建立方法

准确称取 2.0 g 均匀小米于250 mL 三角瓶中，加入 30 mL 含 0.1% BHT 的乙醇溶液和 10 mL 60% 氢氧化钾水溶液，混匀。于 50 ℃恒温振荡水浴锅内避光振荡皂化 15 min，取出立即冷却到室温，其他操作步骤同5.2.1。 5.2.4 方法学验证实验

5.2.4.1 标准曲线的绘制

准确称取叶黄素、玉米黄质和 β－隐黄质标准品 1 mg( 精确到 0.1 mg) ，用丙酮定容至 25 mL 棕色容量瓶中，临用前在波长 445 nm处用丙酮作空白于分光光度计上标定溶液浓度。准确吸取玉米黄质标准储备溶液，配制成不同浓度梯度的玉米黄质标准溶液，以浓度为纵坐标，峰面积为横坐标，绘制标准曲线。 1.2.4.2 方法精密度实验 准确称取 2.0 g 均匀小米于 250 mL 三角瓶中，加入 30 mL 含 0.1% BHT 的乙醇溶液和 10 mL 60% 氢氧化钾水溶液，混匀。于 50 ℃恒温振荡水浴锅内避光振荡皂化 15 min，取出立即冷却至室温，其他操作步骤同 1.2.1，连续测定 6 次( n = 6) ，验证方法的精密度。

5.2.4.3 方法准确度实验

取大米样品，测定样品中叶黄素、玉米黄质和 β－隐黄质含量，结果均小于检出限，以大米为空白样品，进行三个标准添加水平的回收率试验，每个添加水平重复测定 3 次，分别计算加标回收率和相对标准偏差。

5.2.5 色谱条件

色谱柱: YMC C30 ( 4.6 mm × 250 mm，5 μm) ; 流动相为二氯甲烷∶乙 腈∶甲 醇( 2∶ 3∶ 5) ; 检测波长: 445 nm; 柱温: 30 ℃ ; 进样体积: 20 μL。

1.2.6 含量的测定

玉米黄质含量按下式测定:

X = （c × V）/m × 100

式中: X 为样品中叶黄素、玉米黄质和 β－隐黄质的提取量，μg /100 g; c 为由标准曲线而得的试样溶液中黄质的浓度，μg /mL; V为试样溶液最终定容体积，mL; m 为试样质量，g。

6.总结

实验建立的方法叶黄素提取率比超声方法提高3.81% ，比国标方法提高 24.74% ; 玉米黄质提取率比超声方法提高 0.78% ，比国标方法提高 11.08% 。可见，实验建立的方法对叶黄素、玉米黄质的提取效率更高，可以更加准确定量食品中叶黄素、玉米黄质的含量，弥补相关标准的不足和检测方法的缺陷，为企业、科研机构的科学研究和质量控制提供方法保障，给相关科研检测机构和监管部门提供技术支持，具有广阔的应用前景和显著的社会经济效益。

玉米黄素作为应用前景很广的一种天然色素已经被 《食品添加剂使用卫生标准》GB 2760-2014 列为可使用天然色素类。其次，玉米中含有大量的玉米黄素，我国玉米的种植面积广，产量大， 拥有足够的原料资源开发利用玉米黄素。此外，玉米黄素还 具有较多的营养保健功效，其抗氧化活性、抗癌、预防心血管 疾病等功能活性已被证实，因此，开发和利用玉米黄色素能 实现社会效益和经济效益双赢。

参考文献

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