玉米黃色素提取工藝的研究進(jìn)展

劉軍海，王俊宏，代紅靈

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中 723001）

玉米黃色素屬于異戊二烯類色素即類胡蘿卜素，是一種天然色素，其主要成分為玉米黃素、隱黃素和葉黃素等，此外還包括少量的α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素。玉米黃色素具有多種生物活性，如抗氧化性、提高肌體免疫力等，由于其具有抗氧化性質(zhì)，對癌癥、心血管疾病、眼部疾病和心臟疾病等也有明顯的治療和預(yù)防作用。因此玉米黃色素在食品、飲料、醫(yī)藥、保健等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1]。

玉米黃色素色系穩(wěn)定，色澤光亮，從營養(yǎng)、安全、經(jīng)濟(jì)和功能等方面來看，是天然食品色素中很好的品種，完全可以取代現(xiàn)用的偶氮類合成食用色素[2]。我國1996 年制定《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中也已將玉米黃色素列為可食用天然色素，是一類重要的食品添加劑。綜述了玉米黃色素提取工藝的研究進(jìn)展，旨在為玉米的深加工及玉米黃色素提取的研究開發(fā)提供理論參考。

1 玉米黃色素提取工藝

1.1 溶劑浸提法

玉米黃色素溶劑浸提法的提取流程是，將一定濃度的乙醇水溶液加入到玉米蛋白粉或玉米皮等原料中，然后在一定溫度下提取一定時間，浸提液經(jīng)過濾、離心分離去除固形物，最后經(jīng)減壓濃縮、真空干燥得色素成品，回流提取法、索氏提取法等就屬于溶劑浸提法。由于乙醇價格低廉，所以一般采用乙醇為提取溶劑，如解聳林采用乙醇提取法對玉米淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物玉米黃漿中的玉米黃色素的提取工藝進(jìn)行了研究。結(jié)果表明玉米黃色素的最佳提取工藝為：95%的乙醇為提取劑，提取時間2 h，料液比1 ∶8（g/mL），溫度75 ℃，pH 為7。在此條件下，玉米黃色素提取率0.331 mg/g[3]。此外，溶劑浸提法對原料要求不高，因此可以采用玉米麩皮等原料進(jìn)行提取黃色素[1]。

使用乙醇水溶液提取玉米黃色素會使原料中的部分醇溶蛋白溶出，使得玉米黃色素純度較低，因此此法適用于對產(chǎn)品純度要求不高的產(chǎn)品，如食品添加劑。要減少雜質(zhì)含量，多采用提取后再精制分離的方法，或者采用其他溶劑，如丙酮、石油醚、正己烷等提取，或者采用混合溶劑的方法進(jìn)行提取[2，4]。綜合考慮提取溶劑的價格以及食品安全性問題，仍以乙醇水溶液提取較佳，這也是目前采用最多的提取溶劑，但會使α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素等極性較小的成分提取率低[5]。

溶劑浸提法是目前研究最多的玉米黃色素提取工藝，研究內(nèi)容主要集中在工藝條件的優(yōu)化，由于其操作簡單、對設(shè)備要求不高而易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，缺點是生產(chǎn)時間較長，溶劑消耗量大，若與其他提取方法結(jié)合，或者對原料進(jìn)行一定的預(yù)處理可有效改善提取效果。如對玉米黃粉進(jìn)行膨化預(yù)處理后再進(jìn)行玉米黃色素的提取，經(jīng)膨化后，可使玉米黃色素的得率大幅度提高[5]。劉華敬以生產(chǎn)玉米淀粉的副產(chǎn)品玉米蛋白粉為原料，采用蛋白酶水解處理原料后再提取色素的方法，分別利用直接提取法和蛋白酶水解提取法從玉米蛋白粉中提取玉米黃色素，得率提高了126.8%[6]。

1.2 微波輔助提取法

微波輻射提取技術(shù)是以傳統(tǒng)溶劑浸提原理為基礎(chǔ)發(fā)展的新型萃取技術(shù)，把微波用于浸提，能強化浸提過程，降低生產(chǎn)時間、能源、溶劑的消耗以及廢物的產(chǎn)生，可提高產(chǎn)率，既降低操作費用，又合乎環(huán)境保護(hù)的要求，是具有良好發(fā)展前景的新工藝。

利用微波輔助提取玉米皮中黃色素，具有提取率高、時間短、溶劑用量少、有利于回收、節(jié)約能源、產(chǎn)品色澤好等優(yōu)點。黃瓊等研究發(fā)現(xiàn)，微波萃取玉米黃色素的最佳工藝條件為以50%乙醇為提取溶劑，微波功率450 W、料液比為1 ∶12（g/mL）、微波作用時間80 s、萃取2 次[7]。

微波輔助提取優(yōu)勢明顯，但由于操作過程中溫度難以控制，而過高的溫度容易造成玉米黃色素有效成分的破壞，所以提取時對設(shè)備及工藝條件要求較高。此外目前微波輔助提取的模式大多為靜態(tài)方式，動態(tài)微波輔助萃取具有更為明顯的優(yōu)勢，因為其可以加快目標(biāo)化合物向萃取溶劑的傳質(zhì)速度。并且由于待測物及時從萃取體系中轉(zhuǎn)移出來，因而可以減少不穩(wěn)定化合物因長時間經(jīng)受微波照射而引起分解[8]，但目前這方面的研究見于報道的尚不是很多。

近年來，很多研究者采用微波技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合的工藝來提取玉米黃色素，取得了比較理想的效果。如微波與表面活性劑水溶液協(xié)同提取玉米黃色素，應(yīng)用微波協(xié)助萃取技術(shù)，同時借助表面法可減少有機溶劑對色素產(chǎn)品的污染，具有速度快，提取率高等優(yōu)點。采用該法使玉米黃色素的提取率比僅用微波法提高11.6%。在相同條件下，以微波-協(xié)同提取玉米黃色素可比僅用微波輻射提取的方法提取率提高11.6%；與傳統(tǒng)的乙醇溶劑浸提法相比，耗時約是傳統(tǒng)溶劑法的1/1 500，效率高，成本更低[9]?；蛘呙附夂笤俨捎梦⒉ㄌ幚硖崛∮衩S色素，可以大大縮短提取時間，縮小生產(chǎn)周期，且顯著提高了玉米黃色素的提取率[10]。

1.3 超聲輔助提取法

超聲輔助提取法是利用超聲波的空化作用、機械振動、改變物質(zhì)組織結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、功能或加速這些改變的過程，用于玉米黃色素的提取，可使原料的組織細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間產(chǎn)生攪拌作用，提高細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的溶劑穿透力，加速玉米黃色素的擴(kuò)散釋放，從而加速有效成分進(jìn)人溶劑，促進(jìn)提取的進(jìn)行[11]。超聲輔助提取法提取玉米黃色素具有提取時間短，提取率高，提取溫度低而有利于黃色素的保護(hù)等優(yōu)點，比較適合于規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)，近年來得到了廣泛應(yīng)用。

超聲輔助提取玉米黃色素與溶劑浸提法相比，可使玉米黃色素的提取效率得到顯著提高。其提取流程是將提取溶劑如乙醇等，與原料按一定比例混合，然后在超聲設(shè)備中處理，處理完畢過濾或者離心分離，再進(jìn)行濃縮干燥即得成品。敬思群等研究表明，超聲波輔助提取法提取效果要優(yōu)于有機溶劑法。超聲波輔助提取法最佳提取工藝條件為：料液比為1 ∶10，溫度30 ℃，提取時間15 min，pH 為3，玉米黃色素提取率5.60%[11]。

超聲也可與微波協(xié)同復(fù)合處理，效果要較無處理和單一處理色素提取率要高。超聲波處理過后的樣品適宜微波發(fā)揮作用，大大提高提取效率。此法克服了傳統(tǒng)方法的缺點，具有操作簡便、經(jīng)濟(jì)、省時的優(yōu)點，在相同的時間內(nèi)大大提高了色素的提取率[12]。

國外對這方面也有研究，如Kamaljit Vilkhua 等指出在含水體系中超聲化學(xué)可避免生物活性降低，增加類胡蘿卜素生物活性[13]，但相關(guān)的研究報道尚不是很多。超聲輔助提取法是研究較多的一種玉米黃色素提取技術(shù)，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，因而近年來得到了極大的推廣。

1.4 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法是利用超臨界流體的特殊性質(zhì)，將超臨界流體中所溶解的玉米黃色素分離析出，目前超臨界流體一般采用的是CO2。北京化工大學(xué)根據(jù)小試實驗結(jié)果，在250 立升×2 工業(yè)規(guī)模的裝置上進(jìn)行生產(chǎn)檢驗。結(jié)果與小試數(shù)據(jù)一致，證明該工藝完全可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

曹龍奎等對超臨界CO2流體萃取玉米黃色素的工藝進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，萃取溫度50 ℃、萃取時間30 min、CO2流量25 L/h、萃取壓力35 MPa 和夾帶劑用量1 mL/g 時提取效果較佳[14]。

目前對超臨界流體萃取法提取黃色素的研究仍以工藝研究為主，另外也可以與其他方法結(jié)合，以提高產(chǎn)品收率。如孫麗麗等先對玉米蛋白粉加酶水解，再使用超臨界CO2法提取玉米黃色素。結(jié)果表明最佳條件為：萃取時間2 h，CO2流速35 kg/h，萃取壓力30 MPa，萃取溫度45 ℃，夾帶劑15%無水乙醇，此時玉米黃色素產(chǎn)量為210.97μg/g[15]。

超臨界流體萃取玉米黃色素的得率要高于溶劑浸提法，且溶劑無殘留，所得玉米黃色素的品質(zhì)好，是食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域生產(chǎn)玉米黃色素優(yōu)先考慮的方法。但是超臨界流體萃取法提取黃色素成本高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，現(xiàn)在只限于實驗室階段[16]。

1.5 其他提取方法

隨著研究工作的不斷深入，許多新型的玉米黃色素提取方法不斷被開發(fā)出來。如王振宇等將產(chǎn)堿性蛋白酶較多的枯草芽孢桿菌接種于玉米糟渣，將包埋玉米黃色素的染色蛋白分解，使色素得到更好地釋放，再用溶劑浸提提取玉米黃色素，可提高色素提取率[17]。

專利CN101993402A 公開了一種微生物萃取天然玉米黃素成份及其制備方法，成份系海洋菌的萃取物，萃取物包含一種有效劑量的玉米黃素，其系選自于黃桿菌科的OlleyamarilimosaVIG2317 及其突變株，可用于預(yù)防或治療皮膚變異或人類疾病。該萃取物還具有抑制黑色素生成的功能[18]。

此外還可用酶法提取玉米黃色素。以上這些新型提取工藝的相關(guān)報道不多，有待今后進(jìn)行深入研究。

2 展望

目前對玉米黃色素的研究集中在提取工藝的優(yōu)化、生物活性及穩(wěn)定性方面。提取工藝上以溶劑浸提法、微波輔助提取和超聲輔助提取較多。溶劑浸提法是比較成熟的工藝，但由于消耗大量的溶劑，因而有逐漸被淘汰的趨勢，今后的研究應(yīng)注意與其他方法的結(jié)合以降低生產(chǎn)成本，提高提取率。微波輔助提取法和超聲輔助提取法是目前研究較多的提取工藝，前者目前尚不具備規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)，后者業(yè)已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，兩種提取工藝協(xié)助提取或者與其他工藝協(xié)助提取，要比采用單一的提取工藝具有更好的效果，這將是今后的研發(fā)重點。超臨界CO2流體萃取法所提取出的玉米黃色素純度高，適用于少量精致產(chǎn)品，但投資成本較高，不適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。其他的一些提取方法目前仍以實驗研究階段，并不十分成熟。

一些新型的提取分離方法，如吸附分離法、超高壓提取法等用于玉米黃色素提取還鮮見報道；對于玉米黃色素提取后雜質(zhì)去除與分離的研究也不是很多，而高純度的玉米黃色素具有更為廣泛的應(yīng)用；此外，還要加大對玉米黃色素的應(yīng)用性研究，以期開拓玉米黃色素更廣泛的應(yīng)用。

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