玉米多酚提取工藝及其生物活性研究進(jìn)展

王明華，石瑞，趙二勞

(1.忻州師范學(xué)院 生物系，山西 忻州 034000；2.忻州師范學(xué)院 化學(xué)系，山西 忻州 034000)

隨著天然產(chǎn)物中生物活性成分提取加工技術(shù)的不斷進(jìn)步和分析科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，天然產(chǎn)物中生物活性成分的系統(tǒng)研究和開發(fā)應(yīng)用已成為食品科學(xué)、營養(yǎng)保健品和食品添加劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1]，也為天然產(chǎn)物中生物活性成分的提取應(yīng)用提供了機(jī)遇和提出了挑戰(zhàn)。我國是糧食生產(chǎn)消費(fèi)大國，玉米作為主要糧食之一，種植廣泛，遍及全國各地[2]，總產(chǎn)量和消費(fèi)量均居世界第二位，因此，玉米生產(chǎn)、加工中的副產(chǎn)品資源極為豐富。玉米副產(chǎn)品中的生物活性成分既因其資源豐富、取材簡便、成本低廉，又因其生物活性的多樣性、重要性，更因其可作為添加劑應(yīng)用到調(diào)味品中，調(diào)節(jié)調(diào)味品風(fēng)味，增加調(diào)味品營養(yǎng)[3]，具有誘人的開發(fā)應(yīng)用前景，日益受到人們關(guān)注。目前，有關(guān)玉米中生物活性成分多糖、黃酮以及膳食纖維等功能成分的提取及活性研究相對較多，技術(shù)也較為成熟，對玉米中多酚的研究相對較少，且鮮有總結(jié)報(bào)道。因此，本文依據(jù)國內(nèi)發(fā)表的文獻(xiàn)，就玉米多酚的提取工藝及生物活性進(jìn)行梳理總結(jié)概述，指出存在的問題，展望其研究方向，旨在為玉米多酚的深入研究及其功能產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 玉米多酚的提取

多酚主要存在于植物的根、莖、葉、皮、花和果實(shí)中，含量較為豐富[4]。玉米中含有多酚，提取是其開發(fā)應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)，提取工藝直接影響多酚的得率和生物活性。目前，從玉米生產(chǎn)或加工副產(chǎn)品中提取多酚，主要有從玉米苞葉、玉米須、玉米芯和玉米籽粒米皮(玉米皮)中提取的研究。

1.1 玉米苞葉中多酚的提取

玉米苞葉也叫玉米外包皮，是玉米果穗的外包葉，為玉米生產(chǎn)中的副產(chǎn)品。由于玉米在我國廣泛種植，因此我國玉米苞葉資源極為豐富。目前，在我國廣大農(nóng)村，玉米苞葉除少量用于工藝品編制外，大多用作飼料或燃料，科技附加值不高，資源化利用不足，造成極大的資源浪費(fèi)。因此，研究玉米苞葉中多酚的提取對提高玉米產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)價值、農(nóng)民增收、創(chuàng)收具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。謝昕[5]研究了玉米苞葉中多酚的超聲輔助提取，由響應(yīng)面法優(yōu)化的最佳工藝條件：以體積分?jǐn)?shù)70%的乙醇溶液為提取劑，料液比1∶20(g/mL)，超聲功率55 Hz，提取溫度58 ℃，提取時間44 min，此工藝條件下，玉米苞葉多酚得率為(3.719±0.030) mg/g，比傳統(tǒng)方法多酚得率提高了28.7%。康曉旭等[6]采用響應(yīng)面法優(yōu)化了玉米苞葉多酚超聲輔助提取工藝，優(yōu)化得到的最佳提取工藝參數(shù)：提取劑乙醇體積分?jǐn)?shù)49%，料液比1∶58(g/mL)，超聲功率175 W，超聲溫度74 ℃，提取時間50 min，此提取工藝條件下，玉米苞葉多酚提取率為4.278 mg/g。趙二勞等[7]采用微波輔助提取玉米苞葉中多酚，由響應(yīng)面法優(yōu)化的最佳工藝：以體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇為提取劑，料液比1∶40(g/mL)，微波功率390 W，微波時間60 s，此工藝條件下，玉米苞葉多酚提取率為2.647 mg/g。綜上可知，在玉米苞葉多酚的提取研究中，一些現(xiàn)代的提取技術(shù)已得到應(yīng)用，有效縮短了提取時間。盡管因玉米品種、苞葉采集時間、預(yù)處理方法等內(nèi)外因素不同，不便進(jìn)行提取工藝多酚提取率高低的定量比較，但這些玉米苞葉多酚提取的有益嘗試也為今后玉米多酚提取研究指明了方向。

1.2 玉米須中多酚的提取

玉米須為玉米生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，我國資源也十分豐富。每年秋收后，除少部分被用作飼料或作為中藥配伍使用外，大部分被丟棄，既造成資源的浪費(fèi)，也污染環(huán)境。開展玉米須多酚的研究對提高玉米經(jīng)濟(jì)價值、發(fā)展玉米產(chǎn)業(yè)具有重要意義。目前，有關(guān)玉米須中多酚提取的研究相對較多。劉團(tuán)飛等[8]研究了玉米須多酚的溶劑浸提工藝，通過逐項(xiàng)優(yōu)化確定玉米須多酚的最佳工藝參數(shù)：提取劑為60%甲醇，料液比1∶60 (g/mL)，提取溫度50 ℃，提取時間4.0 h，該工藝條件下，玉米須提取液中多酚濃度可達(dá)60 mg/mL。侯敏娜等[9]研究了玉米須多酚超聲輔助提取，響應(yīng)面優(yōu)化的最佳工藝條件：固定超聲功率200 W，提取劑60%乙醇，料液比 1∶25 (g/mL)，超聲時間25 min，玉米須多酚得率為4.45%。李靜等[10]由響應(yīng)面法優(yōu)化了玉米須多酚超聲輔助提取工藝，確定的最佳工藝參數(shù)：以50%乙醇為提取劑，料液比1∶34 (g/mL)，超聲功率300 W，超聲溫度75 ℃，超聲時間50 min，該工藝條件下，玉米須多酚提取量為174.07 mg/g。魏璐[11]分別研究了玉米花絲(即玉米須)多酚的超聲輔助提取與微波輔助提取，由響應(yīng)面法優(yōu)化的超聲輔助提取最佳工藝：玉米花絲粉碎粒度120目，乙醇濃度61.08%，料液比1∶26.83 (g/mL)，超聲功率519.82 W，超聲溫度50 ℃，超聲時間30 min，提取次數(shù)3次，該工藝下多酚得率達(dá)(8.08±0.13) mg/g。響應(yīng)面法優(yōu)化的微波輔助提取最佳工藝：玉米花絲粉碎粒度120目，乙醇濃度60 %，料液比1∶33.44 (g/mL)，微波功率520.56 W，微波時間5.16 min，提取次數(shù)3次，該工藝下多酚得率達(dá)(5.99±0.09) mg/g。關(guān)海寧等[12]研究了玉米須多酚的超臨界CO2萃取，響應(yīng)面法優(yōu)化的最佳工藝條件：以濃度76%的乙醇為夾帶劑，料液比1∶1.5 (g/mL)，萃取壓力37 MPa，萃取溫度55 ℃，靜態(tài)萃取1.5 h，動態(tài)萃取0.5 h，此工藝條件下，玉米須多酚提取量為8.54 mg/g。另外，許英一等[13]研究了玉米須多酚的加熱浸提結(jié)合超聲輔助提取，并對超聲輔助提取進(jìn)行了響應(yīng)面優(yōu)化，優(yōu)化的提取工藝條件：以體積分?jǐn)?shù)60%的乙醇為提取劑，料液比1∶22 (g/mL)，浸提溫度50 ℃，浸提時間40 min，超聲功率400 W，超聲溫度60 ℃，超聲時間32 min，該工藝條件下，玉米須多酚提取率為(6.49±0.23)%。顯見，玉米須是提取多酚的優(yōu)良原料。目前玉米須多酚提取以超聲輔助提取為主，也進(jìn)行了一些其他先進(jìn)提取工藝(如超臨界CO2萃取、協(xié)同輔助提取)的嘗試。為了提高多酚提取率且考慮食品安全性，玉米須多酚的提取以乙醇為主。總體而言，超聲輔助提取玉米須中多酚，具有較高的提取率、較短的提取時間，可節(jié)約能源，且該工藝操作相對簡便[14]，不失為一種玉米須多酚較好的提取工藝，有工業(yè)化應(yīng)用的前景，值得進(jìn)一步研究。

1.3 玉米芯多酚的提取

玉米芯是玉米果穗脫籽粒后的穗軸，一般占玉米穗質(zhì)量的20%～30%，作為玉米生產(chǎn)的副產(chǎn)物，我國資源也很豐富[15]。但玉米芯在我國農(nóng)村多被用作廉價燃料，科技附加值低，未能得到高值化應(yīng)用。目前，玉米芯中多酚的提取研究僅有文獻(xiàn)3篇。賴富饒等[16]研究了玉米芯多酚的超聲輔助提取，采用正交試驗(yàn)法優(yōu)化的最佳工藝參數(shù)：以80%乙醇為提取劑，料液比1∶15 (g/mL)，超聲功率200 W，超聲溫度40 ℃，超聲時間45 min，該工藝條件下，玉米芯多酚提取率為(2.61±0.09)%。馬永強(qiáng)等[17]研究了玉米芯多酚的超聲輔助丙酮-硫酸銨雙水相提取工藝，正交試驗(yàn)法優(yōu)化的最佳提取工藝：丙酮體積分?jǐn)?shù)60%，硫酸銨用量0.175 g/mL，料液比1∶20(g/mL)，超聲溫度51 ℃，超聲時間25 min，此條件下，玉米多酚提取率為4.41%。林樅雨等[18]比較了玉米芯多酚的乙醇浸提、超聲輔助提取和微波輔助提取，實(shí)驗(yàn)表明，超聲輔助提取效果明顯好于乙醇浸提和微波輔助提取。正交試驗(yàn)優(yōu)化的玉米芯多酚超聲輔助提取最佳工藝：以70%乙醇為提取劑，料液比1∶25 (g/mL)，超聲功率300 W，超聲溫度40 ℃，超聲時間60 min，提取次數(shù)3次，該工藝條件下，玉米芯多酚提取率達(dá)16.24 mg/g。綜上可知，玉米芯是一種提取多酚的豐富、可再生資源，具有良好的開發(fā)應(yīng)用價值。但目前玉米芯中多酚的提取研究不夠系統(tǒng)、深入，所涉及的提取方法還極為有限，不足以支持玉米芯多酚的開發(fā)應(yīng)用。同時上述研究也表明，超聲輔助提取是玉米芯多酚的較好提取方法，玉米芯多酚提取還需要深入研究。

1.4 玉米皮中多酚的提取

玉米皮是玉米加工中的副產(chǎn)品，約占玉米籽粒干重的15%[19]，玉米生產(chǎn)淀粉過程中會產(chǎn)生大量玉米皮，我國作為玉米消費(fèi)大國，玉米皮資源也極為豐富。玉米皮低廉的價格、豐富的資源，使從玉米皮中提取多酚的研究具有顯著的經(jīng)濟(jì)和資源優(yōu)勢。但目前，從玉米皮中提取多酚的研究很少，也僅有文獻(xiàn)2篇。徐彩紅等[20]研究了超聲協(xié)同木聚糖酶輔助提取玉米皮多酚，在單因素分析的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面法對提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，確定的最佳提取工藝條件：固定超聲功率500 W，以pH 4.8的檸檬酸-檸檬酸鈉溶液為提取劑，在料液比1∶41 (g/mL)、木聚糖酶用量2.10%、酶解溫度55 ℃、超聲提取6.5 min的提取工藝條件下，玉米皮多酚提取量為(7.26±0.15) mg/g。徐彩紅等[21]研究了脫脂玉米皮多酚的超聲輔助纖維素酶提取工藝，響應(yīng)面優(yōu)化的最佳提取工藝參數(shù)：料液比1∶39 (g/mL)，纖維素酶加入量4.20%、酶解溫度50 ℃、超聲時間7.5 min，該工藝條件下，玉米皮多酚提取量為(5.46±0.15) mg/g。顯見，從玉米皮中提取多酚的研究既不充分，也不系統(tǒng)，難以對玉米皮多酚的提取研究提供理論依據(jù)，該方面的研究還有待加強(qiáng)。

2 玉米多酚生物活性研究進(jìn)展

目前，天然產(chǎn)物中多酚的生物活性研究不少，且已證明多酚具有清除體內(nèi)自由基、抗氧化、抗衰老、抗癌、抗輻射、抗菌抑菌、降血壓、降血脂等多種生物活性[22-23]。但有關(guān)玉米中多酚的生物活性研究不多，僅見抗氧化和抑菌活性的研究報(bào)道。

2.1 玉米多酚抗氧化活性

正常情況下，機(jī)體內(nèi)氧化與抗氧化系統(tǒng)處于動態(tài)平衡狀態(tài)，某些情況下，機(jī)體的氧化與抗氧化平衡狀態(tài)被打破，機(jī)體內(nèi)會產(chǎn)生過量自由基。過量自由基會氧化損傷機(jī)體組織細(xì)胞、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)過氧化，導(dǎo)致疾病的發(fā)生、發(fā)展。因此，清除機(jī)體內(nèi)過量自由基，可防止機(jī)體組織細(xì)胞氧化損傷，有益人體健康。玉米多酚具有清除自由基即抗氧化能力，目前有關(guān)玉米多酚抗氧化的研究相對較多。徐彩紅等以DPPH·和ABTS+·清除法研究了玉米皮多酚的抗氧化活性，發(fā)現(xiàn)玉米皮多酚可有效清除DPPH·和ABTS+·，清除DPPH·的IC50為0.48 mg/L，清除ABTS+·的IC50為2.20 mg/L，表明玉米皮多酚具有強(qiáng)的清除自由基抗氧化活性。趙二勞等實(shí)驗(yàn)得到，玉米苞葉多酚與常用抗氧化劑BHT對·OH的IC50分別為4.28 μg/mL和23.41 μg/mL，對DPPH·的IC50分別為5.84 μg/mL和27.57 μg/mL，表明玉米苞葉多酚具有較強(qiáng)的清除自由基抗氧化活性。王明華等[24]研究顯示，玉米須多酚對DPPH·和·OH的清除率呈一定的量效關(guān)系，最大清除率分別為88.6%和91.2%，強(qiáng)于BHT的清除率，表明玉米須多酚具有較強(qiáng)的清除自由基抗氧化活性。許英一等研究得出玉米須多酚對DPPH·、·OH和ABTS+·的清除率相當(dāng)于還原型谷胱甘肽的量分別為0.917，0.809，0.881 mg/mg，表明玉米須多酚具有良好的抗氧化活性。關(guān)海寧等[25]研究了不同方法提取的玉米須不同極性多酚清除DPPH·、O2-·、·OH和ABTS+·活性，發(fā)現(xiàn)各種多酚對DPPH·、O2-·、·OH和ABTS+·都具有一定的清除能力，且玉米須多酚極性越強(qiáng)，清除自由基能力越強(qiáng)，表明玉米須多酚具有好的抗氧化活性。另外，關(guān)海寧等[26]研究表明，酶法、微波法、超聲波法和微波協(xié)同超聲波法等不同方法提取的玉米須多酚可有效清除DPPH·、O2-·、·OH和ABTS+·，呈顯著的相關(guān)性，表明玉米須多酚具有較強(qiáng)的抗氧化活性。綜上可知，玉米生產(chǎn)或加工中的副產(chǎn)品玉米皮、玉米苞葉和玉米須中提取的多酚都具有清除自由基抗氧化活性。但相關(guān)研究均為體外實(shí)驗(yàn)，玉米多酚作為抗氧化保健品使用因缺乏體內(nèi)研究支持，難以得到人們的認(rèn)可。今后應(yīng)體外與體內(nèi)研究并重，突出體內(nèi)研究，使玉米多酚抗氧化活性的研究深入進(jìn)行，其抗氧化保健品的開發(fā)應(yīng)用得到人們的普遍認(rèn)可、成為現(xiàn)實(shí)。

2.2 玉米多酚抑菌活性

目前，有關(guān)玉米多酚抑菌活性的研究很少，僅見文獻(xiàn)2篇。王明華等以金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌為供試菌，利用紙片法研究了玉米須多酚的抑菌活性，發(fā)現(xiàn)玉米須多酚對3種供試菌均有一定的抑制作用，試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，玉米須多酚對3種供試菌的抑制作用都隨其濃度的增加而增強(qiáng)。玉米須多酚對金黃色葡萄球菌的抑制作用最強(qiáng)，對大腸桿菌的抑制作用最弱，表明玉米須多酚對革蘭氏陽性菌的抑制作用強(qiáng)于對革蘭氏陰性菌的抑制作用。馬永強(qiáng)等研究了玉米芯多酚對大腸桿菌、枯草芽孢桿菌和白葡萄球菌的抑制作用，發(fā)現(xiàn)玉米芯多酚對3種供試細(xì)菌都有明顯的抑制作用。綜上顯見，有關(guān)玉米多酚的抑菌活性，僅有常見細(xì)菌為供試菌的實(shí)驗(yàn)，而未有真菌或病毒為供試菌的研究，且抑菌機(jī)制均未涉及，尚不明確。但也表明玉米多酚具有良好的抑菌活性，有作為天然防腐劑應(yīng)用的潛在前景。

3 總結(jié)與展望

玉米生產(chǎn)或加工中的副產(chǎn)品玉米苞葉、玉米須、玉米芯和玉米皮中都含有多酚，具有抗氧化和抑菌活性，有開發(fā)為抗氧化劑、防腐劑和調(diào)味品的潛在前景。我國豐富的玉米資源、人口眾多的現(xiàn)實(shí)以及人們對天然綠色功能食品的青睞和追求，為玉米多酚功能食品的開發(fā)應(yīng)用提供了市場和機(jī)遇。但目前，我國雖然對玉米多酚的研究不少，但各種玉米副產(chǎn)品中多酚的提取研究仍處于實(shí)驗(yàn)室研究的初級階段，還不夠系統(tǒng)和深入，一些現(xiàn)代的提取分離技術(shù)應(yīng)用有限；玉米多酚的提取率偏低，高效的玉米多酚提取工藝還未能確定；玉米多酚生物活性的研究還很有限，許多生物活性尚未體現(xiàn)；特別是有關(guān)玉米多酚與玉米多酚生物活性的量效、構(gòu)效關(guān)系研究尚未涉及，作用機(jī)制遠(yuǎn)未明確。玉米多酚提取及生物活性的研究實(shí)際離產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)需求還有較大距離。因此，今后應(yīng)加大對玉米多酚的研究力度，將一些現(xiàn)代的天然產(chǎn)物功能成分提取分離技術(shù)引入到玉米多酚的提取中，創(chuàng)新玉米多酚提取工藝，高效提取玉米多酚。應(yīng)借鑒其他天然產(chǎn)物具有的生物活性研究成果，多角度、全方位開展玉米多酚生物活性研究，應(yīng)開展玉米多酚與其生物活性量效關(guān)系、構(gòu)效關(guān)系和作用機(jī)制的研究，理清玉米生物活性的作用機(jī)制，由此為玉米多酚的開發(fā)應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)支持和理論依據(jù)。提升玉米副產(chǎn)品的科技附加值，提高玉米的經(jīng)濟(jì)價值，使農(nóng)民增收創(chuàng)收，實(shí)現(xiàn)玉米多酚調(diào)味品及功能產(chǎn)品的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，造福人類社會。