玉米黄色素提取工艺的研究进展

刘军海，王俊宏，代红灵

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中 723001）

玉米黄色素属于异戊二烯类色素即类胡萝卜素，是一种天然色素，其主要成分为玉米黄素、隐黄素和叶黄素等，此外还包括少量的α-胡萝卜素、β-胡萝卜素。玉米黄色素具有多种生物活性，如抗氧化性、提高肌体免疫力等，由于其具有抗氧化性质，对癌症、心血管疾病、眼部疾病和心脏疾病等也有明显的治疗和预防作用。因此玉米黄色素在食品、饮料、医药、保健等领域有着广泛的应用[1]。

玉米黄色素色系稳定，色泽光亮，从营养、安全、经济和功能等方面来看，是天然食品色素中很好的品种，完全可以取代现用的偶氮类合成食用色素[2]。我国1996 年制定《食品添加剂使用卫生标准》中也已将玉米黄色素列为可食用天然色素，是一类重要的食品添加剂。综述了玉米黄色素提取工艺的研究进展，旨在为玉米的深加工及玉米黄色素提取的研究开发提供理论参考。

1 玉米黄色素提取工艺

1.1 溶剂浸提法

玉米黄色素溶剂浸提法的提取流程是，将一定浓度的乙醇水溶液加入到玉米蛋白粉或玉米皮等原料中，然后在一定温度下提取一定时间，浸提液经过滤、离心分离去除固形物，最后经减压浓缩、真空干燥得色素成品，回流提取法、索氏提取法等就属于溶剂浸提法。由于乙醇价格低廉，所以一般采用乙醇为提取溶剂，如解耸林采用乙醇提取法对玉米淀粉生产的副产物玉米黄浆中的玉米黄色素的提取工艺进行了研究。结果表明玉米黄色素的最佳提取工艺为：95%的乙醇为提取剂，提取时间2 h，料液比1 ∶8（g/mL），温度75 ℃，pH 为7。在此条件下，玉米黄色素提取率0.331 mg/g[3]。此外，溶剂浸提法对原料要求不高，因此可以采用玉米麸皮等原料进行提取黄色素[1]。

使用乙醇水溶液提取玉米黄色素会使原料中的部分醇溶蛋白溶出，使得玉米黄色素纯度较低，因此此法适用于对产品纯度要求不高的产品，如食品添加剂。要减少杂质含量，多采用提取后再精制分离的方法，或者采用其他溶剂，如丙酮、石油醚、正己烷等提取，或者采用混合溶剂的方法进行提取[2，4]。综合考虑提取溶剂的价格以及食品安全性问题，仍以乙醇水溶液提取较佳，这也是目前采用最多的提取溶剂，但会使α-胡萝卜素、β-胡萝卜素等极性较小的成分提取率低[5]。

溶剂浸提法是目前研究最多的玉米黄色素提取工艺，研究内容主要集中在工艺条件的优化，由于其操作简单、对设备要求不高而易于实现工业化生产，缺点是生产时间较长，溶剂消耗量大，若与其他提取方法结合，或者对原料进行一定的预处理可有效改善提取效果。如对玉米黄粉进行膨化预处理后再进行玉米黄色素的提取，经膨化后，可使玉米黄色素的得率大幅度提高[5]。刘华敬以生产玉米淀粉的副产品玉米蛋白粉为原料，采用蛋白酶水解处理原料后再提取色素的方法，分别利用直接提取法和蛋白酶水解提取法从玉米蛋白粉中提取玉米黄色素，得率提高了126.8%[6]。

1.2 微波辅助提取法

微波辐射提取技术是以传统溶剂浸提原理为基础发展的新型萃取技术，把微波用于浸提，能强化浸提过程，降低生产时间、能源、溶剂的消耗以及废物的产生，可提高产率，既降低操作费用，又合乎环境保护的要求，是具有良好发展前景的新工艺。

利用微波辅助提取玉米皮中黄色素，具有提取率高、时间短、溶剂用量少、有利于回收、节约能源、产品色泽好等优点。黄琼等研究发现，微波萃取玉米黄色素的最佳工艺条件为以50%乙醇为提取溶剂，微波功率450 W、料液比为1 ∶12（g/mL）、微波作用时间80 s、萃取2 次[7]。

微波辅助提取优势明显，但由于操作过程中温度难以控制，而过高的温度容易造成玉米黄色素有效成分的破坏，所以提取时对设备及工艺条件要求较高。此外目前微波辅助提取的模式大多为静态方式，动态微波辅助萃取具有更为明显的优势，因为其可以加快目标化合物向萃取溶剂的传质速度。并且由于待测物及时从萃取体系中转移出来，因而可以减少不稳定化合物因长时间经受微波照射而引起分解[8]，但目前这方面的研究见于报道的尚不是很多。

近年来，很多研究者采用微波技术与其他技术结合的工艺来提取玉米黄色素，取得了比较理想的效果。如微波与表面活性剂水溶液协同提取玉米黄色素，应用微波协助萃取技术，同时借助表面法可减少有机溶剂对色素产品的污染，具有速度快，提取率高等优点。采用该法使玉米黄色素的提取率比仅用微波法提高11.6%。在相同条件下，以微波-协同提取玉米黄色素可比仅用微波辐射提取的方法提取率提高11.6%；与传统的乙醇溶剂浸提法相比，耗时约是传统溶剂法的1/1 500，效率高，成本更低[9]。或者酶解后再采用微波处理提取玉米黄色素，可以大大缩短提取时间，缩小生产周期，且显著提高了玉米黄色素的提取率[10]。

1.3 超声辅助提取法

超声辅助提取法是利用超声波的空化作用、机械振动、改变物质组织结构、状态、功能或加速这些改变的过程，用于玉米黄色素的提取，可使原料的组织细胞内或细胞间产生搅拌作用，提高细胞壁和细胞膜的溶剂穿透力，加速玉米黄色素的扩散释放，从而加速有效成分进人溶剂，促进提取的进行[11]。超声辅助提取法提取玉米黄色素具有提取时间短，提取率高，提取温度低而有利于黄色素的保护等优点，比较适合于规模化的工业生产，近年来得到了广泛应用。

超声辅助提取玉米黄色素与溶剂浸提法相比，可使玉米黄色素的提取效率得到显著提高。其提取流程是将提取溶剂如乙醇等，与原料按一定比例混合，然后在超声设备中处理，处理完毕过滤或者离心分离，再进行浓缩干燥即得成品。敬思群等研究表明，超声波辅助提取法提取效果要优于有机溶剂法。超声波辅助提取法最佳提取工艺条件为：料液比为1 ∶10，温度30 ℃，提取时间15 min，pH 为3，玉米黄色素提取率5.60%[11]。

超声也可与微波协同复合处理，效果要较无处理和单一处理色素提取率要高。超声波处理过后的样品适宜微波发挥作用，大大提高提取效率。此法克服了传统方法的缺点，具有操作简便、经济、省时的优点，在相同的时间内大大提高了色素的提取率[12]。

国外对这方面也有研究，如Kamaljit Vilkhua 等指出在含水体系中超声化学可避免生物活性降低，增加类胡萝卜素生物活性[13]，但相关的研究报道尚不是很多。超声辅助提取法是研究较多的一种玉米黄色素提取技术，易于实现工业化生产，因而近年来得到了极大的推广。

1.4 超临界流体萃取法

超临界流体萃取法是利用超临界流体的特殊性质，将超临界流体中所溶解的玉米黄色素分离析出，目前超临界流体一般采用的是CO2。北京化工大学根据小试实验结果，在250 立升×2 工业规模的装置上进行生产检验。结果与小试数据一致，证明该工艺完全可以进行工业化生产。

曹龙奎等对超临界CO2流体萃取玉米黄色素的工艺进行了研究。结果表明，萃取温度50 ℃、萃取时间30 min、CO2流量25 L/h、萃取压力35 MPa 和夹带剂用量1 mL/g 时提取效果较佳[14]。

目前对超临界流体萃取法提取黄色素的研究仍以工艺研究为主，另外也可以与其他方法结合，以提高产品收率。如孙丽丽等先对玉米蛋白粉加酶水解，再使用超临界CO2法提取玉米黄色素。结果表明最佳条件为：萃取时间2 h，CO2流速35 kg/h，萃取压力30 MPa，萃取温度45 ℃，夹带剂15%无水乙醇，此时玉米黄色素产量为210.97μg/g[15]。

超临界流体萃取玉米黄色素的得率要高于溶剂浸提法，且溶剂无残留，所得玉米黄色素的品质好，是食品、医药等领域生产玉米黄色素优先考虑的方法。但是超临界流体萃取法提取黄色素成本高，不利于大规模生产，现在只限于实验室阶段[16]。

1.5 其他提取方法

随着研究工作的不断深入，许多新型的玉米黄色素提取方法不断被开发出来。如王振宇等将产碱性蛋白酶较多的枯草芽孢杆菌接种于玉米糟渣，将包埋玉米黄色素的染色蛋白分解，使色素得到更好地释放，再用溶剂浸提提取玉米黄色素，可提高色素提取率[17]。

专利CN101993402A 公开了一种微生物萃取天然玉米黄素成份及其制备方法，成份系海洋菌的萃取物，萃取物包含一种有效剂量的玉米黄素，其系选自于黄杆菌科的OlleyamarilimosaVIG2317 及其突变株，可用于预防或治疗皮肤变异或人类疾病。该萃取物还具有抑制黑色素生成的功能[18]。

此外还可用酶法提取玉米黄色素。以上这些新型提取工艺的相关报道不多，有待今后进行深入研究。

2 展望

目前对玉米黄色素的研究集中在提取工艺的优化、生物活性及稳定性方面。提取工艺上以溶剂浸提法、微波辅助提取和超声辅助提取较多。溶剂浸提法是比较成熟的工艺，但由于消耗大量的溶剂，因而有逐渐被淘汰的趋势，今后的研究应注意与其他方法的结合以降低生产成本，提高提取率。微波辅助提取法和超声辅助提取法是目前研究较多的提取工艺，前者目前尚不具备规模化的工业生产，后者业已实现工业化生产，两种提取工艺协助提取或者与其他工艺协助提取，要比采用单一的提取工艺具有更好的效果，这将是今后的研发重点。超临界CO2流体萃取法所提取出的玉米黄色素纯度高，适用于少量精致产品，但投资成本较高，不适用于大规模工业生产。其他的一些提取方法目前仍以实验研究阶段，并不十分成熟。

一些新型的提取分离方法，如吸附分离法、超高压提取法等用于玉米黄色素提取还鲜见报道；对于玉米黄色素提取后杂质去除与分离的研究也不是很多，而高纯度的玉米黄色素具有更为广泛的应用；此外，还要加大对玉米黄色素的应用性研究，以期开拓玉米黄色素更广泛的应用。

[1]赵华,王虹,任晶,等.响应面法对玉米黄色素提取工艺的优化[J].粮食与饲料工业,2010(12)：42-44

[2]孙强,黄纪念,宋国辉,等.玉米黄色素萃取工艺优化研究[J].中国食物与营养,2011,17(12)：57-59

[3]解耸林.玉米黄浆中玉米黄色素的提取工艺研究[J].食品科技,2011,36(5)：233-236

[4]曹龙奎,包鸿慧,周睿.混合有机溶剂回流法提取玉米黄色素的实验研究[J].农产品加工·学刊,2008,124(1)：7-9,12

[5]段纯明,董海洲.膨化玉米黄粉中天然黄色素的制取工艺研究[J].食品与发酵工业,2007,33(3)：128-132

[6]刘华敬.酶法提取玉米黄色素的工艺优化[J].粮食加工,2008,33(3)：51-54

[7]黄琼,丁玲,黄容.微波法萃取玉米黄色素的工艺[J].食品研究与开发,2011,32(12)：234-237

[8]陈立钢.动态微波辅助萃取法与相关分析技术在线联用的研究[D].长春：吉林大学,2010：31-32

[9]庞振凌,李海建,张谦益.表面活性剂在玉米黄色素提取工艺优化中的应用[J].中国调味品,2007(12)：57-59

[10]陈红,崔海月,刘秀奇,等.微波协同酶法提取玉米皮中的黄色素[J].食品科学,2012,33(6)：50-53

[11]敬思群,任志艳,欧阳位琪.玉米蛋白粉中黄色素的提取工艺及稳定性研究[J].新疆农业科学,2010,47(10)：2051-2058

[12]王步江,刘金福,张陈云,等.中心组合设计优化玉米醇溶蛋白的提取工艺[J].中国食品添加剂,2010(6)：196-199

[13]Kamaljit Vilkhua,Raymond Mawsona,Lloyd Simons,et al.Applications and opportunities for ultrasound assisted extraction in the food industry—A review[J].Innovative Food Science&Emerging Technologies,2008,9(2)：161-169

[14]曹龙奎,包鸿慧,周睿.玉米黄色素超临界CO2流体萃取技术及稳定性研究[J].粮食与饲料工业,2008(3)：10-12,16

[15]孙丽丽,张智杰,郑永杰.玉米黄色素的提取和分析[J].齐齐哈尔大学学报：自然科学版,2009,25(1)：74-78

[16]王世宽,郭春晓,周永进.溶剂法与超临界二氧化碳法萃取玉米黄色素生产工艺的比较[J].粮食与饲料工业,2006(10)：27-28

[17]王振宇,张智,王婷婷.微生物发酵法提取玉米黄色素的研究[J].中国调味品,2010,35(11)：95-98

[18]戴铿硕.微生物萃取天然玉米黄素成份及其制备方法.中国，CN101993402A[P].2011-03-30