葉黃素(樂盯)：天然食用色素

食用色素可分為天然色素和合成色素兩大類。天然色素主要指從動、植物和微生物中提取的色素，人類從古代就開始使用天然色素作為食品著色劑。合成食用色素則是指用化學(xué)方法合成，可用于食品著色的色素。近半個世紀(jì)的研究證明，合成色素不僅沒有營養(yǎng)價值，而且具有不同程度的毒副作用。因此，從上世紀(jì)末開始，人們把研究重點主要投在了天然色素上，這也成為當(dāng)今國際上競相開發(fā)的熱點。近十多年來，我國批準(zhǔn)使用的天然著色劑品種，從20多種增加到40多種，是目前世界上批準(zhǔn)天然著色劑最多的國家。我國具有豐富的植物資源，雖然天然色素的制備和使用已有悠久的歷史，但真正在商業(yè)上使用的天然色素種類不多，因此，研究開發(fā)新型天然色素是一項十分有意義的工作。

萬壽菊(Tagetes erecta L.)是菊科萬壽菊屬草本植物，原產(chǎn)于墨西哥，主要成分為葉黃素(lutein)及葉黃素酯(lutein ester)。萬壽菊自20世紀(jì)90年代從國外引進我國后，許多地區(qū)進行大面積種植，主要產(chǎn)區(qū)分布在黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、山東、山西、云南、四川等地，年產(chǎn)鮮菊花約30萬t，處理后的干花顆粒幾乎全部出口。目前，盡管國內(nèi)萬壽菊的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了一定的規(guī)模，但葉黃素的開發(fā)和應(yīng)用仍處于初級階段，每年要花費大量外匯進口葉黃素制品，以滿足制藥、食品添加劑及飼料添加劑等需求[3]。因此，系統(tǒng)了解葉黃素色素的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和研究進展，對開發(fā)適于工業(yè)生產(chǎn)的提取方法和工藝路線具有重要的意義。

1、葉黃素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

葉黃素(lutein)，又稱為黃體素，是一種無維生素A活性的含氧類胡蘿卜素。系統(tǒng)命名為3,3’-二羥基-β，α-胡蘿卜素，分子式：C₄₀H₅₆O₂，相對分子量：568.88，分子結(jié)構(gòu)見圖1。自然界中還存在一種同分異構(gòu)體，即玉米黃質(zhì)(zeaxanthin)，3,3′-二羥基-β,β-胡蘿卜素。

葉黃素是油溶性食用色素，易溶于氯仿、丙酮，可溶于正己烷，微溶于醇、醚。純的葉黃素為帶有金屬光澤的黃色棱柱狀晶體，熔點：183℃。葉黃素對光和氧不穩(wěn)定，需貯放于-20℃陰涼干燥處，避光密封保存。

葉黃素的分子含有兩個不同的紫羅酮環(huán)：β-和ε-紫羅酮環(huán)，在各紫羅酮環(huán)的第3個碳原子上存在著一個功能性羥基。在C-3、C-3''''和C-6''''處有三個不對稱中心，因此，理論上有8種立體異構(gòu)體。由于制備葉黃素工藝太復(fù)雜，通過化學(xué)方法人工合成單一異構(gòu)體葉黃素至今尚未成功，目前只能從天然植物中提取葉黃素。

2、葉黃素的分離提取技術(shù)

近年來，隨著葉黃素的需求量加大，國內(nèi)外研究者正努力尋求更高收率的提取方法。目前，葉黃素的提取方法主要有：有機溶劑法提取、酶介質(zhì)有機溶劑提取、超聲波提取、微波提取及超臨界二氧化碳萃取等方法。這些提取方法的總體思路是從萬壽菊花瓣中提取葉黃素酯，然后通過皂化得到的葉黃素粗品，再利用重結(jié)晶等純化手段，得到高純度的葉黃素。

2.1 有機溶劑法提取

常用來提取葉黃素的有機溶劑：正己烷、石油醚、乙醇等。Roberta等人用正己烷作提取劑，用索氏提取法從萬壽菊干花顆粒中提取葉黃素酯，經(jīng)過皂化，重結(jié)晶等過程，得到葉黃素純品。通過HPLC檢測(流動相為正己烷/乙酸乙酯(75∶25)，流量為2.0ml/min，樣品進樣體積為10μl)，葉黃素的純度大于95%。

Dietmar等人用石油醚(沸程：40~60℃)為提取劑，30%KOH-甲醇溶液為皂化液，對萬壽菊花瓣進行了提取，得到葉黃素粗品。利用HPLC對黃素粗品進行了分析檢測(以甲醇-叔丁基醚-水(81/15/4，A和6/90/4，B)為流動相，流量為1.0ml/min，樣品進樣體積為20μl)，較好地分離檢測出全反式葉黃素、全反式玉米黃質(zhì)及其它類胡蘿卜素。

惠伯棣等人用Ca(OH)2與萬壽菊顆粒混合后，加入4%的NaOH乙醇溶液，在37℃下攪拌4h，減壓過濾，收集乙醇相。殘渣再用石油醚(沸程：30~60℃)浸提5次，合并石油醚和乙醇相，調(diào)節(jié)pH值，減壓過濾，收集濾液，然后進行結(jié)晶。利用HPLC對所得晶體進行檢測(以A=乙腈-水(9∶1)，B=100%乙酸乙酯為流動相，流量為1.0ml/min，樣品進樣體積為20μl)，測定出葉黃素純度在93%以上。

夏樹林等人用四氫呋喃(含0.01%BHT)、KOH、乙醇和水與萬壽菊干花顆粒混合，控制pH為12，室溫、避光、密閉條件下攪拌2h，過濾，水洗至洗滌液pH為中性，離心分離，得葉黃素粗品，重結(jié)晶后得純度為97.6%的葉黃素純品。

2.2 酶介質(zhì)有機溶劑提取

用酶法先對萬壽菊花進行處理，然后用有機溶劑萃取的提取方法。E. Barzana等人的研究結(jié)果表明，先用纖維素酶處理后，再用有機溶劑(正己烷)萃取得到的葉黃素產(chǎn)量明顯高于無酶處理的產(chǎn)量。

2.3 微波與超聲波提取

天然植物的色素成分大多為細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)，在提取時往往需要將植物細(xì)胞破碎。機械破碎法的破碎效率較低，化學(xué)破碎法容易造成被提取物的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)變化。將微波或超聲波應(yīng)用于植物色素成分的提取，具有提取率高、速度快、效果好，且結(jié)構(gòu)未被破壞等優(yōu)勢。江南大學(xué)徐霞等人[13]利用微波法提取萬壽菊干花顆粒中的葉黃素，并對微波功率、提取時間、提取次數(shù)、物料比進行了考察，得到的最佳工藝條件為：微波功率，240W；提取溶劑，石油醚/丙酮(1∶1/V∶V)；提取時間，45s；提取次數(shù)，二次；料液比，1∶25；葉黃素產(chǎn)量，134.32mg/10g。東北林業(yè)大學(xué)李大靖等人利用超聲波法提取萬壽菊花粉中5%和98.77%。

2.4 超臨界二氧化碳萃取

作為一種新型的分離技術(shù)，超臨界流體萃取(Supercritical Fluid Extraction，簡寫為SFE)在近10年里得到了迅速發(fā)展。超臨界CO2(SC-CO2)流體萃取技術(shù)因具有流程簡單、步驟少、節(jié)能、傳質(zhì)速率快、穿透力強、萃取效率高、操作溫度低等特點，被廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物的提取當(dāng)中。張慧等人在壓力范圍：24MPa，溫度：42℃，CO2的循環(huán)量范圍為16~19L/h的操作條件下，對500g干狀固體顆粒進行了超臨界CO2萃取，得到了葉黃素含量作用。F. Granado等人研究了含有葉黃素的降糖藥物對I型糖尿病患者的療效，患者服藥21天后，利用HPLC考察了葉黃素的生物降解率。研究表明，葉黃素對I型糖尿病患者可以有效地降低血糖，并且還有擴張血管的作用。另有研究表明，易被人體胃與小腸吸收的葉黃素，因其具有抗氧化性，能通過免疫調(diào)節(jié)使細(xì)胞間通訊而發(fā)揮其抗癌作用。除此之外，葉黃素還有防止由細(xì)胞衰老及機體衰老引發(fā)的冠心病，心血管硬化等疾病，從而提高人體免疫力。

3 葉黃素的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

國外對葉黃素的研究已有10多年的歷史，在開發(fā)應(yīng)用葉黃素方面，美國Kemin公司、瑞士Roche公司處于研究的前沿。除了美國和瑞士的公司外，日本和德國的一些公司也均有葉黃素及其保健產(chǎn)品的研究與生產(chǎn)。在國際市場上，含葉黃素的保健食品和營養(yǎng)補充劑的價格約為35~45美元/瓶，其中50粒(膠囊)/瓶，20mg/粒(膠囊)，葉黃素產(chǎn)品的利潤空間十分豐厚[4]。近幾年，國內(nèi)的青島大學(xué)天然產(chǎn)物研究所、北京大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位均開展了葉黃素研究工作。廣州市范樂醫(yī)藥科技有限公司與瑞士Roche公司合作生產(chǎn)的以葉黃素為主要有效成分的維視保軟膠囊已經(jīng)面世。但是，與國外的研究進展相比，國內(nèi)的研究與生產(chǎn)水平還有一定差距。開發(fā)和研制高純度葉黃素，研究其穩(wěn)定劑型，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，并使其產(chǎn)業(yè)化，將是我國研究人員今后的一項重要工作。

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