玉米黃色素提取工藝及其穩定性研究進展

王明華，肖秀嬋，范建鳳，王桂林，趙二勞*

(1.忻州師范學院 生物系，山西 忻州 034000； 2.成都工業學院 建筑與環境工程學院，成都 611730；3.忻州師范學院 化學系，山西 忻州 034000)

在食品中添加食用色素可改善食品的感官品質，增加食品的商業價值[1]。但隨著人們保健意識不斷增強，人們日益認識到合成食用色素對人體健康的潛在危害，以天然食用色素取代合成食用色素成為社會發展的必然趨勢[2-3]。玉米黃色素是從玉米或玉米加工副產品玉米皮或玉米蛋白粉中提取的一種天然色素，它主要是由玉米黃素、β-胡蘿卜素、葉黃素及隱黃素等組成的類胡蘿卜素混合物[4]。因我國是玉米生產消費大國，玉米產量與消費量均居世界第二位[5]，因此，提取或生產玉米黃色素的資源極為豐富，具有得天獨厚的優勢。玉米黃色素不僅色澤自然，安全性高，且兼具營養功能，在食品、調味品、醫藥及化妝品等領域有廣闊的應用前景[6]，研究玉米黃色素的提取工藝與穩定性，對開發應用玉米黃色素、有效拉長玉米產業鏈、提高玉米經濟價值都具有重要的現實意義。近10年來，我國有關玉米黃色素提取及其穩定性的研究不少，玉米黃色素受到廣泛關注。本文以近10年來國內發表文獻為依據，梳理綜述了玉米黃色素的提取工藝及其穩定性研究進展，為玉米黃色素的進一步研究及開發應用提供了參考。

1 玉米黃色素提取工藝

玉米黃色素為脂溶性色素，不溶于水，同時，考慮到溶劑殘留和食用安全性，多以不同濃度乙醇為提取劑。近10年來，國內有關玉米黃色素提取方法的研究主要有溶劑提取法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法和協同輔助法。

1.1 溶劑提取工藝

溶劑提取是依據相似相溶原理，考慮到到玉米黃色素的溶解性和食用安全性，選擇適宜溶劑，盡量多地溶出目標成分，而控制或減少其他成分溶出的一種提取方法。近10年來，國內有關溶劑提取玉米黃色素的研究相對較多，見表1。

表1 溶劑提取玉米黃色素工藝Table 1 Solvent extraction process of corn yellow pigment

除表1中溶劑提取外，吳紅艷等[15]以葵花籽油微乳為提取劑，在最佳提取工藝下，玉米黃色素的提取得率為0.34 mg/g。溶劑法提取玉米黃色素所用設備簡單，成本低廉，操作簡便易行，但所需時間長，黃色素提取不徹底，所提色素純度不高，提取效率不高，經濟效益較差，難以滿足工業化生產應用要求，現僅用于實驗室研究[16]。

1.2 超聲波輔助提取工藝

因玉米黃色素一般存在于玉米組織細胞內，超聲輔助提取是利用超聲波空化、加熱和機械等效應，有效破壞玉米組織細胞的細胞壁，提高細胞通透性，加速溶劑和玉米黃色素雙向傳遞，促使玉米黃色素溶出，提高提取率。近10年來，國內有關超聲輔助提取玉米黃色素的研究相對較多，見表2。

表2 超聲輔助提取玉米黃色素工藝Table 2 Ultrasonic-assisted extraction process of corn yellow pigment

續 表

超聲輔助提取是一種綠色的現代提取技術，與溶劑提取法相比，可有效縮短提取時間，提高黃色素提取率，效率較高。但因工業放大的超聲設備研發難度較大，還未能生產，以及存在超聲波對環境污染的問題，影響操作人員的健康，現僅用于實驗室研究。

1.3 微波輔助提取工藝

微波輔助提取是利用微波的選擇性加熱，在玉米組織細胞內，瞬間產生高溫高壓，導致玉米組織細胞壁破裂，強化傳質，促使胞內黃色素類成分快速溶出，提高黃色素提取率。近10年來，國內有關微波輔助提取玉米黃色素的研究相對較多，見表3。

表3 微波輔助提取玉米黃色素工藝Table 3 Microwave-assisted extraction process of corn yellow pigment

微波輔助提取玉米黃色素可顯著縮短提取時間，操作簡便易行，提取選擇性好，提取率較高，效率較高，較溶劑提取法有一定優勢，是一種現代綠色提取技術。但目前研究還不足以為該工藝工業化應用提供充分的技術支持，加之微波提取放大的問題還未解決，現該法也僅用于實驗室研究。

1.4 協同輔助提取工藝

協同輔助提取是采用兩種或兩種以上方法共同輔助提取，該法實現了方法的優勢互補，有利于提高目標物提取率[29]。近10年來，國內有關玉米黃色素協同輔助提取的研究不多。黃浩等[30]以玉米為原料，研究了玉米黃色素超聲波協同纖維素酶輔助乙醇提取，采用單因素試驗結合正交試驗的方法，得到影響玉米黃色素提取效果各因素大小順序為酶解溫度>酶解時間>乙醇濃度>纖維素酶濃度，優化的最佳提取條件：乙醇濃度85%、料液比1∶6 (g/mL)、超聲溫度60 ℃、超聲時間15 min、纖維素酶濃度1.4%、酶解溫度 60 ℃、酶解時間2.5 h。此工藝條件下，玉米黃色素提取液吸光度值可達0.552，玉米黃色素提取效果好。陳紅等[31]以玉米皮為原料，研究了玉米黃色素微波協同纖維素酶輔助乙醇提取，正交試驗優化的最佳工藝條件為95%乙醇為提取劑、料液比1∶8 (g/mL)、微波功率400 W、微波時間50 s、纖維素酶用量1.2%、酶解體系pH 5.5、酶解溫度50 ℃、酶解時間90 min。此工藝條件下，玉米黃色素提取液吸光度值為0.841，較溶劑浸提法(吸光度值為0.432)提高了近1倍。張守文等[32]以玉米蛋白粉為原料，研究了玉米黃色素超聲協同微波輔助乙醇提取，而李曉玲等[33-34]研究了超微粉碎結合超聲-微波輔助乙醇或超微粉碎結合微波協同中性蛋白酶輔助乙醇提取玉米黃色素，三者玉米黃色素的提取效果均較好。

1.5 其他提取工藝

除以上提取工藝外，近年來，科技工作者們也研究了玉米黃色素的一些其他提取工藝。鐘振聲等[35]研究了中性蛋白酶輔助乙醇從玉米蛋白粉中提取玉米黃色素的工藝，響應面優化的最佳工藝為提取溫度38 ℃、提取液pH 7.0、底物濃度4.48%、中性蛋白酶濃度2.52%、水解時間8 h。該工藝條件下，玉米黃色素提取率可達81.053%(提取的玉米黃色素與原料中玉米黃色素的百分比)，較傳統乙醇浸提法提取率(16.125%)提高了約4倍。逯家富等[36]研究了超臨界 CO2流體萃取，確定的最佳提取工藝參數為萃取溫度42 ℃、萃取壓力30 MPa、萃取時間180 min、CO2流量27 L/h。此工藝條件下，玉米黃色素收率為184 μg/g。焦巖等[37]研究了玉米黃色素微生物(米曲霉)發酵提取，響應面優化的最佳工藝為接種量0.04%、培養溫度35.9 ℃、培養時間6 h、微生物培養pH 7.26。在此條件下，玉米黃色素得率為10.362%。焦巖等[38]研究了玉米蛋白粉中玉米黃色素擠壓膨化輔助提取，正交試驗優化工藝為玉米蛋白粉水分含量18%、螺桿轉速160 r/min、擠壓筒溫度150 ℃。經該工藝處理，玉米黃色素提取量達(59.03±1.86) mg/g，較未處理的玉米黃色素提取量(23.64±1.28) mg/g提高了149.70%。這些研究為玉米黃色素提取提供了新思路、新方法，但還不足以為玉米黃色素工業化生產提供技術支持。

2 玉米黃色素穩定性

穩定性影響玉米黃色素的實際應用。近10年來，有關玉米黃色素穩定性的研究不少，較一致的結論[39-40]是光照會使色素降解，不宜長時間暴露在光照中；酸堿穩定性較好，但不宜應用于強堿環境；熱穩定性較好，但不宜應用于高溫(80 ℃以上)；在使用濃度范圍內，一些金屬離子Mg2+、Zn2+和Na+等對色素無影響，但Fe3+、Al3+色素的影響較大，常用食品添加劑蔗糖、葡萄糖、氯化鈉、苯甲酸鈉和檸檬酸等對色素基本無影響。普遍認為玉米黃色素是一種穩定性較好，具有良好使用性能的天然色素。為了克服玉米黃色素不耐高溫、不耐強堿和光穩定性較差等問題，孫巧等[41]采用微膠囊對玉米黃色素進行包埋，以提高其穩定性。結果表明，玉米黃色素微膠囊化后，在光照、pH值、溫度和微波加熱條件下，損失率分別減小了15.42%、12.0%、5.6%和10.92%，穩定性有所提高。焦巖等[42-43]通過殼聚糖或聚乙二醇修飾玉米黃色素，發現經修飾后改變了玉米黃色素結構，在光、熱和不同pH條件下保存性能有效提高，明顯增強了玉米黃色素的穩定性。提示我們選擇適當方法，修飾改性可提高玉米黃色素的穩定性，增大其應用范圍。

3 結語與展望

我國玉米資源的豐富性、玉米黃色素的天然性以及天然色素替代合成色素的必然性，使研究開發應用玉米黃色素具有資源優勢，為玉米黃色素的開發應用提供了機遇和空間。近10年來，我國相關人員對玉米黃色素的提取及其穩定性進行了不少研究，取得了一定成果，但還存在很多問題，玉米黃色素的提取研究僅限于實驗室，穩定性及其提高研究還不充分，不夠系統，不足以為玉米黃色素產業化生產提供理論依據。今后，應系統研究玉米黃色素提取，創新玉米黃色素提取工藝，實現玉米黃色素高效提取。應加強玉米黃色素修飾研究，尋求簡便易行的玉米黃色素改性方法，努力提高玉米黃色素的穩定性，擴大其應用范圍，為玉米黃色素的開發應用奠定理論基礎，提供技術支持，進而實現玉米黃色素的產業化生產。