摘 要：我国玉米产量大，玉米蛋白粉是玉米淀粉生产过程的下脚料，其中含有丰富的玉米黄色素，是玉米黄色素提取的理想原料。玉米黄色素可作为天然着色剂应用到食品工业。此外，因其有很强的抗氧化性，所以具有保护视力、抗癌、预防心血管疾病等生理功效。文章简述了玉米黄色素的组成和性质，并对其提取方法和应用现状进行了综述。
关键词：玉米蛋白粉；玉米黄色素；提取方法；应用
玉米(Maize)是世界上分布最广泛的粮食作物之一，中国是世界第二大玉米生产国，据国家统计局日前发布的统计数字表明，2012年全国玉米产量为20812万t，超过稻谷产量，是我国第一大粮食作物品种。以玉米为原料生产的淀粉，是玉米深加工的主要产品。玉米蛋白粉又名玉米黄粉(Corn Gluten Meal，CGM)，是湿法生产玉米淀粉中的主下脚料，是从淀粉乳分离蛋白质时得到黄浆水干燥后得到的，约占原料质量的5～6%，含有丰富的玉米黄色素，是提取玉米黄色素的理想原料。采用玉米蛋白粉提取玉米黄色素不仅实现资源合理利用，而且促进玉米深加工产业链的全面发展。
1 玉米黄色素概述
玉米黄色素是构成玉米色素的主要成分，属异戊二烯类色素，主要由β-胡萝卜素、玉米黄素(3，3’-二羟基-β-胡萝卜素)、叶黄素(3，3’-二羟基-α-胡萝卜素)和隐黄素(3-羟基-β-胡萝卜素)为主要成分的类胡萝卜素混合物[1]。在玉米蛋白粉中，玉米黄色素的含量约为0.2～0.37mg/g，即0.02～0.04%[2]。玉米黄色素纯品是红色油状液体，低于l0℃时为橘黄色半凝固膏状物。可溶于乙醇、乙醚、石油醚、丙酮等有机溶剂，不溶于水。稀溶液呈柠檬黄色，耐光性较差，浓度为1%的溶液在日照下18日可褪色。40℃以下性状稳定，100℃下7h褪色[3]。但其耐热性较强，要避免高温受热，在弱酸性、中性、碱性范围内都比较稳定，强氧化剂对其有很强的破坏作用，但是高浓度还原剂能起到保护作用，对食品添加剂及Na+、K+等离子较稳定，对Al3+、Fe3+等离子不稳定[4]。不仅可以作为天然着色剂，而且具有很强的抗氧化作用，具有保护视力、预防心脑血管疾病、抗癌及增强免疫力等生理功效，日益受到国内外的广泛关注，具有巨大的开发潜力。
2 玉米黄色素的提取工艺
目前天然色素的提取大都采用化学溶剂萃取法，玉米黄色素是脂溶性色素，不溶于水，易溶于有机溶剂，因此其提取原理主要采用传统的溶剂萃取法。目前常用的方法有酶法、微波辅助提取法、超声波辅助提取法、超临界CO2萃取法。这些方法可以有效的提高玉米黄色素的提取率。另外通过柱层析法、膜分离技术、以及高速逆流色谱能得到较高的玉米黄色素纯度。
2.1 溶剂萃取法
玉米黄色素易溶于乙醇、乙醚、石油醚等有机溶剂。由于提取所得的色素应用于食品中，因此在提取过程中，必须考虑到溶剂的安全性以及提取的效率，因此，一般采用70～95%的乙醇及无水乙醇，浓缩后得到玉米黄色素粗制品[5]。赵华等以玉米麸皮为原料，在单因素试验的基础上，采用响应面法对提取工艺参数进行了优化，得到最佳提取工艺条件是温度57℃，提取时间2.6h，料液比1：15，玉米黄色素的提取量为131.3g，提取率84%。
2.2 酶解辅助提取法
据报道玉米黄色素在玉米蛋白粉中通过糖苷键与糖连接，与脂肪酸形成酯，与蛋白质结合呈类胡萝卜素一蛋白质的状态存在[7]。因此，简单用有机溶剂溶解很难直接提取出来，使用蛋白酶水解可以破坏蛋白质网状结构、切断玉米黄色素与其他组分的连接，使络合的玉米黄色素被释放出来。卢艳杰等[8]采用中性蛋白酶水解处理玉米蛋白粉，使得玉米黄色素得率大幅提高，并确定了最佳工艺条件为底物浓度5%，酶浓度1.2%，温度35℃，pH7.4～8.0，水解时间6h。
2.3 微波辅助提取法
微波加热具有穿透力强、加热速度快且均匀，节能高效易控制等优点，可以避免受热不均导致色素降解的情况发生，同时显著缩短萃取时间。黄琼等[9]研究了微波法提取玉米黄色素的工艺，通过正交试验确定最佳提取条件。以50%乙醇为提取溶剂，微波功率450W，料液比1：12，萃取时问80s，萃取两次，在此条件下，玉米黄色素提取率最高。陈红等[10]以玉米皮为原料，采用微波协同酶法提取玉米黄色素，并对其工艺进行优化。通过单因素试验和正交试验，确定微波协同酶法提取的最佳工艺条件为微波功率400W、微波辐射时间50s、料液比l：8(g/mL)、纤维素酶用量1.2%、酶解温度50℃、酶解时间90min、酶解体系pH5.5。
2.4 超声波辅助提取法
超声波能破碎细胞壁甚至整个细胞，超声波产生的振动作用促进胞内物质的释放、扩散和溶解，有利于有效成分的提取，缩短提取时间。吴素萍等[11]以玉米蛋白粉为原料，采用超声波法提取玉米黄色素，通过正交试验确定的最佳条件为：80%乙醇、pH7、超声时间40min，超声功率60W，超声温度50℃，固液比1：6，在此条件下，玉米黄色素得率可达14.7%。申小丽等[12]。 利用超声波辅助法对玉米蛋白粉进行脱色处理，通过响应面分析法优化脱色条件，得到脱色的最佳条件是：超声时间20min，超声温度25℃，料液比1：20，pH4。
2.5 超临界CO2萃取法
超临界CO2萃取法是一种新兴的技术，在超临界状态下，将超临界CO2与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。具有无溶剂残留、无污染、可避免萃取物在高温下变质，保持其生理活性等优点。李大婧[13]采用超临界CO2萃取技术萃取玉米蛋白粉中的玉米黄色素，所得的工艺条件为：CO2流量4Okg/h、萃取时间90min、萃取温度40℃、萃取压力35MPa，得到高质量色素产品的较优分离条件为：分离釜I压力9MPa、温度45℃，分离釜II温度50℃。HSU Yuwen等[14]采用超临界CO2法提取黄花菜中的玉米黄素和叶绿素，温度为8O℃，压力为600bar是提取的最佳条件，其中压力是超临界CO2：提取最重要的参数，提取物具有显著的抗氧化活性。
2.6 树脂纯化法及高速逆流色谱法
玉米黄色素的粗提取物在经过初步分离后可以通过柱层析进行纯化。将粗提取物用适当的溶剂溶解，过色谱柱，可得到纯度较高的玉米黄色素。大孔吸附树脂是20世纪60年代发展起来的新型有机高聚物吸附剂。大孔吸附树脂技术其工艺操作简单，成本较低，可反复使用，是提取分离中草药成分的有效方法，已在环保、食品、医药等领域得到了广泛的应用。黄梅[15]比较了H103、D4006、D4020、D14、S8、X5、AB8、HZ801、HZ816、DK110共10种树脂对玉米蛋白粉粗提液中叶黄素的静态吸附和解吸特征，比较结果显示HZ816树脂对叶黄素的静态吸附和解吸能力都很强，因此选用HZ816树脂，实验所得最佳工艺条件为：上样质量浓度79μg/ml、上样速度1.1BV/h、柱床层高度48cm、乙醇洗脱，得到的叶黄素纯度为5.4%、收率达92.9%。
高速逆流色谱是一种液一液色谱分离技术，它的固定相和流动相都是液体，没有不可逆吸附，具有样品无损失、无污染、高效、快速、纯度高和大制备量分离等优点，在玉米黄色素提取中也具有很好的效果。CHEN Feng等[16]第一次采用高速逆流色谱分离纯化蓝藻微囊藻中的玉米黄质，经过有机溶剂提取、皂化后通过高速逆流色谱得到玉米黄质的纯度为96.2%，回收率为91.4%。
3 玉米黄色素的应用
3.1 抗氧化剂
玉米黄色素中各组分的分子结构中共轭双键和尾端羟基使其具有很强的抗氧化性。卢艳杰等[17]对玉米黄色素的抗氧化性进行了初步探讨，结果表明玉米黄色素具有很强的抗氧化性，其抗氧化能力与常用抗氧化剂BHT相似，可防止食品中脂质和维生素的氧化，保持食品营养物质和风味不因氧化而破坏，延长食品的保鲜期。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、炎症反应及一系列神经系统疾病。BOHM等[18]通过在人体淋巴细胞中采用脉冲激光观察β-胡萝卜素的单线态氧猝灭反应，发现β-胡萝卜素具有高效猝灭单线态氧的能力。因此，玉米黄色素具有抗癌、预防心血管疾病等生理功效。Yu-wen Hsu等采用超临界二氧化碳法提取金针花中的叶黄素和玉米黄素，并对其抗氧化性进行了研究，发现提取物对DPPH(1，1-二苯基-2-三硝基苯肼)过氧化氢、超氧阴离子自由基和羟基自由基都有很高的清除作用，具有很强的抗氧化性。
3.2 保护视力
玉米黄色素中含有的β-胡萝卜素和隐黄素是维生素A的前体物质，食用后可在人体肝脏内转化成具有生物活性的维生素A，对视力具有一定的保健作用[19]。老年黄斑变性是西方发达国家主要的不可逆致盲的原因。STUART等研究证明，玉米黄质能选择性地在眼部进行黄斑积累，提高黄斑色素光密度并提供黄斑色素，对早期萎缩性黄斑变性患者的视觉有所帮助，从而降低老年性失明危险。白内障是老年人中普遍存在的疾病，其形成与紫外线、自由基和氧化剂有关。曹龙奎等[20]采用半乳糖诱发大鼠白内障，喂饲玉米黄色素，结果表明玉米黄色素能提高眼晶体SOD的含量，降低眼晶体MDA的含量，即减轻眼晶体脂质过氧化损伤。因此玉米黄色素具有保护晶体抗氧化防御体系的功能，能延缓和控制白内障的形成，对早期白内障有一定的防治作用。
3.3 天然着色剂
大量的研究报告指出，几乎所有的合成色素都不能向人体提供营养物质，某些合成色素甚至会危害人体健康，因此，天然食用色素代替合成色素是食品工业发展的未来趋势。玉米黄色素可以作为一种天然着色剂用于肉蛋等食品中，我国制订的《食品添加剂使用卫生标准》GB2760—2011规定玉米黄色素可作为功能着色剂添加到氢化植物油和糖果等食品中，最大使用量为5.0g/kg。玉米黄色素可作为天然着色剂及其保健作用日益得到广泛的关注，具有巨大的开发潜力。
3.4 功能饮料
我国玉米产量大，但对于玉米蛋白粉的综合利用却并不完善。玉米蛋白粉中含有丰富的玉米黄色素作为类胡萝卜素的主要成分，具有预防AMD、白内障、心血管病等作用。虽然将玉米黄色素作为主要功能成分的保健品开发还不够成熟，但玉米黄色素天然来源丰富，其开发利用具有广阔的前景。目前美国新奥尔良食品研究所与Kemin公司合作，从金盏花等植物中提取玉米黄素，共同推出含5%叶黄素加玉米黄素等类胡萝卜素营养成分的眼保健饮料。