摘  要：介紹了廣泛地存在于動(dòng)植物中的葉黃素及其性質(zhì)以及植物、動(dòng)物體中葉黃素的分析、提取、研究情況，應(yīng)用前景。表明葉黃素是重要的天然色素類和天然保健品，是綠色的健康食品原料，極具商業(yè)開發(fā)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：葉黃素；應(yīng)用；分離；提取

 

Abstract：This paper deals with the xanthophill existing in animals and plants:its properties,extraction and prospects of application.The results of the study shows that xanthophill is an important natural pigment and health protection foodstuff with great commercial development values.

Key words：xanthophyll;application;separation;extraction

 

    葉黃素(Xanthophyll)(3.3-二羥基-α-胡蘿卜素)是一種萜，分子式：C₄0H₅₆O₂，分子量：568.85^[1]。科學(xué)家對(duì)葉黃素化學(xué)結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果表明：它具有3個(gè)手性中心、故有8種立體異構(gòu)體，有一個(gè)共同的基本結(jié)構(gòu)：兩個(gè)六元碳環(huán)由一個(gè)含十八碳原子的共軛雙鍵的長(zhǎng)鏈相聯(lián)接。類胡蘿卜素主要有兩類：胡蘿卜素類(不含氧的類胡蘿卜素的總稱)葉黃素類(含氧的類胡蘿卜素的總稱)包括葉黃素，黃體素，β-胡蘿卜素，隱黃質(zhì)，玉米黃質(zhì)、蛋黃色素，隱黃素、玉米黃素、其它色素。

 

1   葉黃素的自然存在形態(tài)

 

1．1  葉黃素在植物中的存在形態(tài)

    葉黃素是類胡蘿卜素，與β-胡蘿卜素很相似，也是維生素A的前身，葉黃素廣泛存在于植物中，如菠菜、甘藍(lán)、桃子、芒果、木瓜、香蕉、土豆、菊花、金盞菊等等。葉黃素屬于“類胡蘿卜素”類物質(zhì)，它是構(gòu)成玉米、蔬菜、水果、花卉等植物色素的重要組分。洋甘藍(lán)、羽衣甘藍(lán)、菠菜等深綠色葉菜以及金盞花等花卉中即含大量的葉黃素，而南瓜、桃子、辣椒、芒果、柑桔中則含豐富的葉黃素酯。在中草藥中植物色素類(Phytochromes)分布很廣、主要有脂溶性色素與水溶性色素兩類。脂溶性色素主要為葉綠素、葉黃素與胡蘿卜素、三者常共存^[2]。此外尚有藏紅花素、辣椒紅素等。以下是其它植物中葉黃素的存在形態(tài)。

 

    (1)朝鮮野菊花中的葉黃素。朝鮮野菊花(Chrysanthemum koriense)屆菊科菊屆植物。研究用甲醇、乙醇、丙酮、石油醚、氯仿、苯和水為溶劑從朝鮮菊中提取葉黃素，并用分光光度計(jì)對(duì)該色素在不同的PH值、不同的介質(zhì)、不同的光照條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明：在不同的PH值條件下以水為溶劑提取的色素均為黃色，且在氯化鈉和蔗糖兩種介質(zhì)中的穩(wěn)定性較好，色素的殘存率最低為91.18%，在不同的溫度下這種色素的穩(wěn)定性不同，較強(qiáng)的光照易使該色素褪色，在室內(nèi)散射光下5小時(shí)后其殘存率仍為89.67%^[2]。朝鮮野菊花中的葉黃素適合于糕點(diǎn)、糖果等食品的著色，也可以用于保健品的著色以及藥片糖衣、膠囊的著色，朝鮮菊花的資源豐富，易培養(yǎng)很值得開發(fā)利用。

 

    (2)茶葉中的葉黃素。茶葉的色素包括葉綠素、葉黃素、胡蘿卜素、黃酮類物質(zhì)、花青素以及其它茶多酚的氧化物(主要有茶黃素、茶紅素及茶褐素)等。黃酮類物質(zhì)、花青素、茶黃素等溶于水，為水溶性色素。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)茶葉色素具有色彩艷麗，富含維生素P和氨基酸及其化合物，著色效果好，可用作穩(wěn)定劑等特點(diǎn)。目前，茶葉的色素中主要成分的藥用價(jià)值已被揭示，不僅可作為傳統(tǒng)色素的食品著色劑，而且可以應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域。茶葉色素對(duì)腫瘤等相關(guān)疾病的防治呈現(xiàn)出顯著的效果。目前葉黃素和茶紅素的提取已逐步趨向于藥用型和保健型。由于其“天然，無副作用和標(biāo)本兼治”的特點(diǎn)定將會(huì)受到青睞。

 

    (3)苔蘚植物體中的葉黃素。苔蘚植物主要分為苔和蘚兩大綱，在這兩綱中都含有葉黃素。對(duì)19種肯尼亞苔蘚植物的研究發(fā)現(xiàn)：在其中含有鏈孢類胡蘿卜素，α-隱黃質(zhì)，β-隱黃質(zhì)和胡蘿卜素，玉米黃質(zhì)，葉黃素，3-外葉黃素^[3]。同樣的在22種法國(guó)苔蘚中研究發(fā)現(xiàn)其植物體內(nèi)含有：胡蘿卜素，α-隱黃質(zhì)，葉黃素，3-外葉黃素，環(huán)氧葉黃素，新葉黃素等。這些胡蘿卜素在植物體中含量為：19.71～189.51μg/g，干燥后呈白色^[4]。經(jīng)過生物學(xué)家們用薄層色譜法研究發(fā)現(xiàn)在伊利若斯州的苔蘚中也有胡蘿卜素，玉米黃質(zhì)，葉黃素，3-外葉黃素，以及葉黃素的環(huán)氧化物，它們?cè)诤�蘿卜素中的含量為：26.15～106.21μg/g，干燥后呈白色^[3]。

 

    (4)蛋黃色素(Lutein)。自然界存在的類胡蘿卜素(Carotenoids)約有6百種以上，只有少于10%會(huì)轉(zhuǎn)變成維生素A，所以類胡蘿卜素又稱為維生素A原(Provitamin A)。β-胡蘿卜素為維生素A的前驅(qū)物，而蛋黃色素(Lutein)卻不是維生素A的前驅(qū)物(而為α-carotene之 Dihydroxy衍生物)。類胡蘿卜素類又可分為葉紅素類(Carotenes)及葉黃素類(xanthophylls)，番茄紅素(Lycopene)，p-胡蘿卜素為葉紅素類、而蛋黃色素則為葉黃素類。

 

    (5)藻類中的葉黃素。綠藻：色素體1至多種，形狀有杯狀，網(wǎng)狀、片狀、帶狀等。色素體主要含葉綠素，其它還有胡蘿卜素、葉黃素等。故呈草綠色。淀粉核埋在色素體里，數(shù)目隨種類而不同。貯藏之物是淀粉。硅藻門：色素體的形狀和數(shù)目隨種類而不同，含葉黃素、胡蘿卜素、葉綠素和藻黃素，故呈黃褐色、綠色或藍(lán)色。貯藏之物為脂肪和沃露汀(Volutin)，散生在原生質(zhì)中^[4]。紅藻：主要含有藻紅素和葉綠素，也含有藻藍(lán)素、胡蘿卜素和葉黃素，因而很多種類呈紅色；光合產(chǎn)物為紅藻淀粉，一般散生在原生質(zhì)里或呈顆粒狀，無淀粉核；無著生鞭毛的游動(dòng)孢子。藥用植物有石花菜Gelidun amansii lamx，海人草 Digenea simplex(Wulf．)C．Agardh等。

 

    (6)玉米黃色素。其主要成份為玉米黃素(3.3-二羥基-β-胡蘿卜素)，隱黃素(3-羥基-β-胡蘿卜素)，葉黃素(3.3-二羥基-α-胡蘿卜素)。玉米黃色素屬類胡蘿卜素色素，其中含有維生素A的前體β-胡蘿卜素，在人體肝臟內(nèi)可轉(zhuǎn)化成具有生物活性的維生素A，具有保健及強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)的功能。玉米黃色素為油溶性色素，通常為液體產(chǎn)品、亦可添加乳化劑制成水分散性色素，100℃以上為血紅色油狀液體；100℃以下為桔黃色半凝固油狀物、具有玉米油的固有香氣，耐熱及耐光性較好，其最大吸收峰波長(zhǎng)為：λ＝44nm^[5]。

 

1．2  葉黃素在動(dòng)物及人體中的存在形態(tài)

 

    科學(xué)家們對(duì)多種類的魚進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在黃尾魚、金槍魚^[6]、大麻哈魚中都有葉黃素及其他的異構(gòu)體。并利用光譜分析法在紅磚魚的外皮中，找到了4-酮基葉黃素，D[(3s，3's，6's)-3.3'-二羥基-β，ε-胡蘿卜素]和4-酮基葉黃素，F(xiàn)[(3s，3'R，6'S)-3.3'-二羥基-β，ε-胡蘿卜素]他們還利用光譜分析法，分離出釣魚當(dāng)中存在的葉黃素^[6]。類胡蘿卜素不僅存在于某些動(dòng)物體中，利用高性能液體色譜分析法發(fā)現(xiàn)在人體血漿中，分離出系列的類胡蘿卜素：(3R，3'R，6'R)-β，ε-類胡蘿卜素-3.3'-二醇，[(3R，3'R，6'R)-葉黃素]^[7]，另外在人奶中也分離出幾種類胡蘿卜素以及它們的同分異構(gòu)體。

 

2  葉黃素的分離提取

 

    (1)膜分離技術(shù)。目前天然色素的提取多采用浸提、蒸發(fā)濃縮、溶劑提純等傳統(tǒng)工藝，存在能耗高、溶劑需回收、過程復(fù)雜等問題，而且產(chǎn)品純度往往還不高。因此，無論從降低成本還是提高產(chǎn)品質(zhì)量的角度來看，將膜分離技術(shù)^[8]用于天然色素的提取是極有價(jià)值的。提出陶瓷膜微濾(MF)對(duì)浸提液進(jìn)行精濾提純，再用反滲透膜(R0)濃縮過濾液。這種工藝以膜分離技術(shù)為主體，替代了傳統(tǒng)的酒精提純和蒸發(fā)濃縮，工藝過程簡(jiǎn)單、色素溶液基本處于常溫操作狀態(tài)，既節(jié)約能源，又保證了色素產(chǎn)品的質(zhì)量。

 

    (2)干燥法提取葉黃素。研究出一種新型轉(zhuǎn)筒式干燥機(jī)^[9]，用來干燥和捶擊金盞花或者萬壽菊花瓣，可以從中提取葉黃素。當(dāng)捶擊比率不同時(shí)，捶擊效率就在70%～90%之間波動(dòng)。葉黃素的多少?zèng)Q定于干燥時(shí)間長(zhǎng)度。但在相同的干燥時(shí)間里，70℃下干燥提取的葉黃素含量比60℃下提取的葉黃素含量要少。

 

    (3)高效液相色譜分析法提取。以二氯甲烷(22.5mL)+乙腈(9.5mL)+甲醇(67.5mL)+水(0.5mL)為流動(dòng)相，流量為1.0mL/min。使用光度檢測(cè)器(波長(zhǎng)為450nm)檢測(cè)分離后的類胡蘿卜素和葉綠素。樣品進(jìn)樣體積為20uL。在此條件下，葉黃素、葉綠素b、葉綠素a、番茄紅素(1ycopene)、α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的保留時(shí)間分別為3.0、4.9、6.6、12.1、14.6和15.3min。取螺旋藻的培養(yǎng)液(通過測(cè)定光密度(560nm)得出培養(yǎng)液中螺旋藻干重^[10,11])于離心管中，離心后棄去溶液，加水洗滌后，加入2mL體積分?jǐn)?shù)為90%丙酮水溶液，置于超聲波發(fā)生器水浴上，使螺旋藻破碎。離心后取上層提取液用高效液相色譜法^[12,13]測(cè)定葉黃素/玉米黃質(zhì)、β-胡蘿卜素及葉綠素a的含量，其最高含量分別為：1.65μg/mg，2.15μg/mg和21.4μg/mg。

 

    (4)改良的高效色譜分析法^[14]。這種方法能迅速地分離高等植物中光合的色素，所用儀器為高效液相色譜分析系統(tǒng)，采用美國(guó)waters公司的680型自動(dòng)程序梯度控制器，501型高壓液相泵，M490型可編程序紫外可見光檢測(cè)器，730型數(shù)據(jù)處理器，記錄保留時(shí)間和峰面積，走紙速度為2cm/min。選擇最佳的色譜分離條件是色譜分析中的關(guān)鍵，本方法選用兩種流動(dòng)相A液和B液，采用線性梯度洗脫分離色素組分。用改良的高效色譜分析法分析葉黃素循環(huán)組分，具有快速、準(zhǔn)確、分離度好以及重復(fù)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可以認(rèn)為是目前分析測(cè)定葉黃素循環(huán)組分的最佳方法。

 

    (5)玉米黃漿水中提取玉米黃色素。選用己烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)74%～80%的抽提溶劑油，根據(jù)液-固萃取原理，通過液固二相存在濃度差時(shí)的分子擴(kuò)散作用，利用泵循環(huán)施以外力時(shí)的對(duì)流擴(kuò)散作用，達(dá)到色素浸出的目的。再通過真空濃縮精制獲得液態(tài)色素產(chǎn)品，或者添加輔料獲得固態(tài)色素產(chǎn)品^[15]。

 

    (6)大豆中葉黃素的解析。在酸和堿性稻殼灰中大豆油色素(葉黃素)解析^[16]時(shí)，連續(xù)的異丙醇/己烷的洗滌，增加溶液極性可提高葉黃素的解析，表明競(jìng)爭(zhēng)吸附很大程度上決定于溶液的極性。但是當(dāng)加入2%異丙醇洗滌時(shí)，用多種提取法解析出來的葉黃素會(huì)減少。葉黃素吸附的量越多必然伴隨著更多的葉黃素的解析。這說明酸性環(huán)境比堿性環(huán)境更有利于解析。

 

    (7)葉黃素產(chǎn)品生產(chǎn)工藝。以萬壽菊花中用正己烷萃取而得的葉黃素為例：

    葉黃素→加熱成油液狀→皂化→攪拌→過篩→干燥、包裝

                                ↑

                 硅藻土和硅酸→干燥

    皂化時(shí)氫氧化鈉水溶液ω(NaOH)＝0.17。

    萬壽菊(Marigold)是提煉葉黃素及類胡蘿卜素的主要原料，其中黃色色素含量平均每公斤不低于12克，這種色素是無公害的天然色素。

    除了上述從萬壽菊花中提取葉黃素制備產(chǎn)品工藝外，目前很多公司都在摸索新的葉黃素生產(chǎn)途徑。如南美洲Henkle公司已從來源豐富的南瓜和桔子榨汁后的殘?jiān)�中提取出“葉黃素酯”(商品名Xangold)，因?yàn)獒t(yī)學(xué)專家已證實(shí)：葉黃素酯在人體內(nèi)能自動(dòng)轉(zhuǎn)化成為葉黃素，故葉黃素酯與葉黃素一樣可作為新型食品添加劑使用。葉黃素酯的提取成功大大拓展了葉黃素的來源。

 

3  葉黃素的應(yīng)用研究

 

    (1)應(yīng)用于動(dòng)物。在水產(chǎn)飼料中常用的色素為蝦青素，它是葉黃素的一種^[17,18]，最先人們認(rèn)識(shí)到蝦青素可使鮭蹲魚類的肉呈粉紅色，同樣蝦類飼料也常用蝦青素作為著色劑。現(xiàn)在，國(guó)外學(xué)者深入研究發(fā)現(xiàn)，蝦青素對(duì)于鮭蹲魚類及蝦類的繁殖、存活及免疫能力都非常重要。在某些特定水域中，成年鮭蹲魚類之所以不能繁衍后代，就是因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)的卵子中以及魚苗體內(nèi)缺乏蝦青素，鮭蹲魚類卵子中蝦青素的含量與其孵化率成正相關(guān)。蝦青素是水生動(dòng)物的必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

 

    20世紀(jì)90年代一蘇聯(lián)學(xué)者提出假設(shè)，禽蛋的葉黃素是雞胚胎的一種適應(yīng)物質(zhì)，即與胚胎的發(fā)育密切相關(guān)，它能決定胚胎的成活率和生態(tài)的可塑性。現(xiàn)已證實(shí)，葉黃素含量高的蛋其胚胎的循環(huán)系統(tǒng)和血管區(qū)的發(fā)育均較快，蛋黃葉黃素還能促進(jìn)胚胎肝臟中脂類的更好的吸收。

 

    (2)葉黃素增強(qiáng)劑可提高視力。廣泛存在于綠色的葉片和蛋黃中的一種葉黃素(為類胡蘿卜素的一種)被認(rèn)為是很有效的健康食品原料。補(bǔ)充天然葉黃素，可降低眼疾風(fēng)險(xiǎn)。蛋黃色素(Leutein)及玉米黃素(Zeaxanthin．為lutein的同質(zhì)異構(gòu)物isomer)常并存，可選擇性的在視網(wǎng)膜(retina)及水晶體(1ens)累積，每克水晶體約含有10ng，尤其在視網(wǎng)膜黃斑(macula)特別多，可形成視網(wǎng)膜黃斑色素(macular Pigment)，吸收藍(lán)色光而防止視網(wǎng)膜最敏感的區(qū)域受到光線傷害，有助于預(yù)防老化所引起新生血管型視網(wǎng)膜黃斑變性(Neovascular Age—related macular degeneration，AMD，ARMD)^[17]。

    在現(xiàn)有的眾多食品中，獼猴桃是最好的葉黃素供應(yīng)源，黃色玉米和蛋黃是僅次于獼猴桃的葉黃素高源食物。多吃富含葉黃素的食物對(duì)視力有益。

 

(3)葉黃素對(duì)人體疾病的作用。葉黃素抗氧化作用對(duì)人體疾病的主要功能是，在人體內(nèi)可防止一種生理代謝過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)“游離基”所造成的組織損傷、細(xì)胞衰老等病變^[19]。科學(xué)家認(rèn)為，人體衰老很大程度上與游離基的破壞作用有關(guān)。迄今為止科學(xué)家尚未發(fā)明一種可完全清除掉體內(nèi)游離基的藥物。而維生素E、維生素C及β－胡蘿卜素之所以有抗衰老作用，原因在于它們對(duì)游離基有一定抑止作用，故它們均被認(rèn)為是“抗氧化劑”。來自植物的“類胡蘿卜素”其抗氧化作用甚至優(yōu)于VE，VC和天然胡蘿卜素。據(jù)介紹，添加有類胡蘿卜素(如葉黃素和番茄紅素等)的食品可以預(yù)防老年性視力退化、抗衰老、使人保持旺盛的精力以及預(yù)防癌癥、心血管疾病(如中風(fēng)、心肌梗塞等等)。

 

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（以下略）