玉米黄色素提取工艺及其稳定性研究进展

王明华，肖秀婵，范建凤，王桂林，赵二劳*

(1.忻州师范学院 生物系，山西 忻州 034000； 2.成都工业学院 建筑与环境工程学院，成都 611730；3.忻州师范学院 化学系，山西 忻州 034000)

在食品中添加食用色素可改善食品的感官品质，增加食品的商业价值[1]。但随着人们保健意识不断增强，人们日益认识到合成食用色素对人体健康的潜在危害，以天然食用色素取代合成食用色素成为社会发展的必然趋势[2-3]。玉米黄色素是从玉米或玉米加工副产品玉米皮或玉米蛋白粉中提取的一种天然色素，它主要是由玉米黄素、β-胡萝卜素、叶黄素及隐黄素等组成的类胡萝卜素混合物[4]。因我国是玉米生产消费大国，玉米产量与消费量均居世界第二位[5]，因此，提取或生产玉米黄色素的资源极为丰富，具有得天独厚的优势。玉米黄色素不仅色泽自然，安全性高，且兼具营养功能，在食品、调味品、医药及化妆品等领域有广阔的应用前景[6]，研究玉米黄色素的提取工艺与稳定性，对开发应用玉米黄色素、有效拉长玉米产业链、提高玉米经济价值都具有重要的现实意义。近10年来，我国有关玉米黄色素提取及其稳定性的研究不少，玉米黄色素受到广泛关注。本文以近10年来国内发表文献为依据，梳理综述了玉米黄色素的提取工艺及其稳定性研究进展，为玉米黄色素的进一步研究及开发应用提供了参考。

1 玉米黄色素提取工艺

玉米黄色素为脂溶性色素，不溶于水，同时，考虑到溶剂残留和食用安全性，多以不同浓度乙醇为提取剂。近10年来，国内有关玉米黄色素提取方法的研究主要有溶剂提取法、超声辅助提取法、微波辅助提取法和协同辅助法。

1.1 溶剂提取工艺

溶剂提取是依据相似相溶原理，考虑到到玉米黄色素的溶解性和食用安全性，选择适宜溶剂，尽量多地溶出目标成分，而控制或减少其他成分溶出的一种提取方法。近10年来，国内有关溶剂提取玉米黄色素的研究相对较多，见表1。

表1 溶剂提取玉米黄色素工艺Table 1 Solvent extraction process of corn yellow pigment

除表1中溶剂提取外，吴红艳等[15]以葵花籽油微乳为提取剂，在最佳提取工艺下，玉米黄色素的提取得率为0.34 mg/g。溶剂法提取玉米黄色素所用设备简单，成本低廉，操作简便易行，但所需时间长，黄色素提取不彻底，所提色素纯度不高，提取效率不高，经济效益较差，难以满足工业化生产应用要求，现仅用于实验室研究[16]。

1.2 超声波辅助提取工艺

因玉米黄色素一般存在于玉米组织细胞内，超声辅助提取是利用超声波空化、加热和机械等效应，有效破坏玉米组织细胞的细胞壁，提高细胞通透性，加速溶剂和玉米黄色素双向传递，促使玉米黄色素溶出，提高提取率。近10年来，国内有关超声辅助提取玉米黄色素的研究相对较多，见表2。

表2 超声辅助提取玉米黄色素工艺Table 2 Ultrasonic-assisted extraction process of corn yellow pigment

续 表

超声辅助提取是一种绿色的现代提取技术，与溶剂提取法相比，可有效缩短提取时间，提高黄色素提取率，效率较高。但因工业放大的超声设备研发难度较大，还未能生产，以及存在超声波对环境污染的问题，影响操作人员的健康，现仅用于实验室研究。

1.3 微波辅助提取工艺

微波辅助提取是利用微波的选择性加热，在玉米组织细胞内，瞬间产生高温高压，导致玉米组织细胞壁破裂，强化传质，促使胞内黄色素类成分快速溶出，提高黄色素提取率。近10年来，国内有关微波辅助提取玉米黄色素的研究相对较多，见表3。

表3 微波辅助提取玉米黄色素工艺Table 3 Microwave-assisted extraction process of corn yellow pigment

微波辅助提取玉米黄色素可显著缩短提取时间，操作简便易行，提取选择性好，提取率较高，效率较高，较溶剂提取法有一定优势，是一种现代绿色提取技术。但目前研究还不足以为该工艺工业化应用提供充分的技术支持，加之微波提取放大的问题还未解决，现该法也仅用于实验室研究。

1.4 协同辅助提取工艺

协同辅助提取是采用两种或两种以上方法共同辅助提取，该法实现了方法的优势互补，有利于提高目标物提取率[29]。近10年来，国内有关玉米黄色素协同辅助提取的研究不多。黄浩等[30]以玉米为原料，研究了玉米黄色素超声波协同纤维素酶辅助乙醇提取，采用单因素试验结合正交试验的方法，得到影响玉米黄色素提取效果各因素大小顺序为酶解温度>酶解时间>乙醇浓度>纤维素酶浓度，优化的最佳提取条件：乙醇浓度85%、料液比1∶6 (g/mL)、超声温度60 ℃、超声时间15 min、纤维素酶浓度1.4%、酶解温度 60 ℃、酶解时间2.5 h。此工艺条件下，玉米黄色素提取液吸光度值可达0.552，玉米黄色素提取效果好。陈红等[31]以玉米皮为原料，研究了玉米黄色素微波协同纤维素酶辅助乙醇提取，正交试验优化的最佳工艺条件为95%乙醇为提取剂、料液比1∶8 (g/mL)、微波功率400 W、微波时间50 s、纤维素酶用量1.2%、酶解体系pH 5.5、酶解温度50 ℃、酶解时间90 min。此工艺条件下，玉米黄色素提取液吸光度值为0.841，较溶剂浸提法(吸光度值为0.432)提高了近1倍。张守文等[32]以玉米蛋白粉为原料，研究了玉米黄色素超声协同微波辅助乙醇提取，而李晓玲等[33-34]研究了超微粉碎结合超声-微波辅助乙醇或超微粉碎结合微波协同中性蛋白酶辅助乙醇提取玉米黄色素，三者玉米黄色素的提取效果均较好。

1.5 其他提取工艺

除以上提取工艺外，近年来，科技工作者们也研究了玉米黄色素的一些其他提取工艺。钟振声等[35]研究了中性蛋白酶辅助乙醇从玉米蛋白粉中提取玉米黄色素的工艺，响应面优化的最佳工艺为提取温度38 ℃、提取液pH 7.0、底物浓度4.48%、中性蛋白酶浓度2.52%、水解时间8 h。该工艺条件下，玉米黄色素提取率可达81.053%(提取的玉米黄色素与原料中玉米黄色素的百分比)，较传统乙醇浸提法提取率(16.125%)提高了约4倍。逯家富等[36]研究了超临界 CO2流体萃取，确定的最佳提取工艺参数为萃取温度42 ℃、萃取压力30 MPa、萃取时间180 min、CO2流量27 L/h。此工艺条件下，玉米黄色素收率为184 μg/g。焦岩等[37]研究了玉米黄色素微生物(米曲霉)发酵提取，响应面优化的最佳工艺为接种量0.04%、培养温度35.9 ℃、培养时间6 h、微生物培养pH 7.26。在此条件下，玉米黄色素得率为10.362%。焦岩等[38]研究了玉米蛋白粉中玉米黄色素挤压膨化辅助提取，正交试验优化工艺为玉米蛋白粉水分含量18%、螺杆转速160 r/min、挤压筒温度150 ℃。经该工艺处理，玉米黄色素提取量达(59.03±1.86) mg/g，较未处理的玉米黄色素提取量(23.64±1.28) mg/g提高了149.70%。这些研究为玉米黄色素提取提供了新思路、新方法，但还不足以为玉米黄色素工业化生产提供技术支持。

2 玉米黄色素稳定性

稳定性影响玉米黄色素的实际应用。近10年来，有关玉米黄色素稳定性的研究不少，较一致的结论[39-40]是光照会使色素降解，不宜长时间暴露在光照中；酸碱稳定性较好，但不宜应用于强碱环境；热稳定性较好，但不宜应用于高温(80 ℃以上)；在使用浓度范围内，一些金属离子Mg2+、Zn2+和Na+等对色素无影响，但Fe3+、Al3+色素的影响较大，常用食品添加剂蔗糖、葡萄糖、氯化钠、苯甲酸钠和柠檬酸等对色素基本无影响。普遍认为玉米黄色素是一种稳定性较好，具有良好使用性能的天然色素。为了克服玉米黄色素不耐高温、不耐强碱和光稳定性较差等问题，孙巧等[41]采用微胶囊对玉米黄色素进行包埋，以提高其稳定性。结果表明，玉米黄色素微胶囊化后，在光照、pH值、温度和微波加热条件下，损失率分别减小了15.42%、12.0%、5.6%和10.92%，稳定性有所提高。焦岩等[42-43]通过壳聚糖或聚乙二醇修饰玉米黄色素，发现经修饰后改变了玉米黄色素结构，在光、热和不同pH条件下保存性能有效提高，明显增强了玉米黄色素的稳定性。提示我们选择适当方法，修饰改性可提高玉米黄色素的稳定性，增大其应用范围。

3 结语与展望

我国玉米资源的丰富性、玉米黄色素的天然性以及天然色素替代合成色素的必然性，使研究开发应用玉米黄色素具有资源优势，为玉米黄色素的开发应用提供了机遇和空间。近10年来，我国相关人员对玉米黄色素的提取及其稳定性进行了不少研究，取得了一定成果，但还存在很多问题，玉米黄色素的提取研究仅限于实验室，稳定性及其提高研究还不充分，不够系统，不足以为玉米黄色素产业化生产提供理论依据。今后，应系统研究玉米黄色素提取，创新玉米黄色素提取工艺，实现玉米黄色素高效提取。应加强玉米黄色素修饰研究，寻求简便易行的玉米黄色素改性方法，努力提高玉米黄色素的稳定性，扩大其应用范围，为玉米黄色素的开发应用奠定理论基础，提供技术支持，进而实现玉米黄色素的产业化生产。