葉黃素的提取方法和功能研究進展

陳城，程曦，黃叢林，羅昌，劉艷芬

（1.河北工程大學農(nóng)學院，河北邯鄲　056000；2.北京市農(nóng)林科學院北京農(nóng)業(yè)生物技術研究中心，北京　100097）

葉黃素的提取方法和功能研究進展

陳城1，2，程曦2，黃叢林2，羅昌2，劉艷芬1

（1.河北工程大學農(nóng)學院，河北邯鄲056000；2.北京市農(nóng)林科學院北京農(nóng)業(yè)生物技術研究中心，北京100097）

葉黃素是一種天然植物色素，具有抗氧化、保護視網(wǎng)膜、提高人體免疫力等功效，同時具有調(diào)色作用，廣泛應用于醫(yī)藥、保健品、食品、化妝品、飼料中。蔬菜、水果、胡蘿卜中含有豐富的葉黃素，其中以萬壽菊中葉黃素的含量最高。葉黃素的提取方法有干燥法、萃取法、微波法、浸提法和超聲波法等，其中超聲波法為葉黃素提取的最佳方法。

葉黃素；提取；功能；發(fā)展前景

1　葉黃素的研究和產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

葉黃素是一種天然植物色素，不僅具有著色作用，而且具有抗氧化，提高人和動物免疫力等功效，能有效預防視網(wǎng)膜黃斑病[1]和癌癥[2]。葉黃素已經(jīng)廣泛應用于醫(yī)藥、保健品、食品、化妝品、飼料等領域[3]。萬壽菊是提取葉黃素最重要的原料[4]，萬壽菊分為觀賞萬壽菊和色素萬壽菊，橙黃色的色素萬壽菊中含有較高的葉黃素[5]。萬壽菊是一種適應性強，容易栽培的植物，具有鎮(zhèn)咳作用[6]。目前國內(nèi)萬壽菊品種整體性狀不如進口品種[7]。目前在中國色素萬壽菊種植面積占全世界90豫左右，在國內(nèi)外葉黃素主要用在飼料領域。美國凱明公司（Kemni Food Co.）生產(chǎn)了一種含葉黃素的功能飲料[8]；目前國內(nèi)以中進天然色素集團有限公司和美科爾（北京）生物科技有限公司為代表正在開發(fā)葉黃素膠囊，向保健品領域挺進；山西恒康乳業(yè)公司下屬天成生物公司[9]從萬壽菊中提取的葉黃素用于雞飼料的添加劑，并在當?shù)卮笠?guī)模栽培萬壽菊形成了當?shù)赜^賞旅游型農(nóng)業(yè)；1998年青島大學生產(chǎn)出比較純的葉黃素產(chǎn)品[10]，并獲得了超臨界CO2萃取技術生產(chǎn)葉黃素的專利。

2　葉黃素的提取方法

目前，葉黃素的提取方法主要有干燥法、萃取法、微波提取法、浸提法、超聲波法、酶輔助提取法等。

2.1干燥法

用一種新型轉(zhuǎn)桶式干燥機，捶擊和干燥萬壽菊，并從中得到葉黃素。當捶擊比率不同時，捶擊效率在70%耀90%之間波動。葉黃素的多少取決于干燥時間的長短;在干燥時間相同時，60益下干燥所得到的葉黃素含量比70益下多[8]。

2.2萃取法

從萬壽菊中萃取葉黃素已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。用超臨界CO2從萬壽菊中提取葉黃素的方法，是將萬壽菊鮮花經(jīng)發(fā)酵、干燥、粉碎后作為原料，用超臨界C韻圓以乙醇作夾帶劑萃取萬壽菊浸膏，將萬壽菊花浸膏經(jīng)氫氧化鉀皂化得到水溶性天然食用色素葉黃素樹脂[8]。李高峰等[11]通過超臨界CO2萃取法提取萬壽菊中的葉黃素，當萃取壓力為45MPa，溫度50益，分離玉壓力8MPa，分離玉溫度55益，分離域溫度20益，葉黃素的萃取率最高。徐平如等[12]利用超臨界CO2萃取法，從萬壽菊中提取的葉黃素得率為8.24mg/g。

2.3微波提取法

微波是一種瞬時穿透式加熱方式，在微波場的作用下破碎植物細胞壁，從而加快了萃取速率和有效地提高了產(chǎn)品得率[13]。徐霞等[14]利用微波法提取萬壽菊顆粒中的葉黃素，以石油醚為提取溶劑，當微波功率為240W時，物料液比1：25，提取時間為45s時，得到的葉黃素產(chǎn)量為13.43mg/g。李建穎等[15]利用微波提取柑橘皮和茶葉中的葉黃素，在溶劑的選擇上以6#溶劑油作為最佳提取溶劑。對于柑橘皮，當微波功率為800W時，提取時間為25s時，柑橘皮葉黃素的提取效率最高，為71.6%；對于茶葉，當微波功率為680W時，物料液比為1頤25，提取時間為30s時，得到的葉黃素提取率最高，為65.45%。

2.4浸提法

其工藝主要包括原料前處理、破碎、浸提、過濾、濃縮、干燥等，所用溶劑根據(jù)色素及原料的不同而有所不同[16]。夏樹林等[17]以四氫呋喃為提取溶劑，獲得葉黃素粗品經(jīng)結晶后得到97.6豫的葉黃素純品。李曉敏等[16]從干燥的柑橘皮中提取葉黃素的最佳溶劑為四氫呋喃，溫度為60益，時間為72h，提取的葉黃素含量為50%以上。

2.5超聲波法

超聲波能產(chǎn)生并傳遞強大的能量，高能量的超聲波作用在液體里，當液體處于稀疏狀態(tài)下時，液體會被撕裂成很多小的空穴，這些空穴一瞬間就閉合，閉合時產(chǎn)生瞬間高壓，即產(chǎn)生空化效應。超聲波的空化效應產(chǎn)生極大的壓力造成被粉碎物細胞壁及整個生物體的破碎，而且整個破碎過程在瞬間完成。同時，超聲波產(chǎn)生的振動作用加強了胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴散及溶解，有利于胞內(nèi)有效成分的提取[18]。代剛等[18]利用超聲波法提取萬壽菊中葉黃素酯，提取溶劑為80%正己烷；溫度為30益，物料液比為1：30，時間為20min；超聲功率為800W時，提取率為93.9%，比常規(guī)提取率高24.7%。為了探索萬壽菊中葉黃素的提取工藝，葉兆偉等[19]采用水浴加熱法、超聲波法、微波法3種方法從萬壽菊中提取葉黃素，并以葉黃素得率作為標準，確定最優(yōu)提取方法。結果表明，用超聲波法提取葉黃素明顯優(yōu)于其他2種方法，含量可達到21.91mg/g。

2.6酶輔助提取法

由于酶能破壞細胞的結構使萃取時細胞內(nèi)的物質(zhì)更多暴露出來，增加油的滲透性[13]。李秀霞等通過酶輔助提取法提取玉米蛋白質(zhì)中的葉黃素，最優(yōu)化參數(shù)為酶濃度7682U/g、底物濃度8.8%、酶解時間2.2h，葉黃素得率64.65ug/g[20]。Matoushek[21]研究表明，萬壽菊經(jīng)纖維素酶預處理一段時間，然后用有機溶劑萃取、皂化，提取結果比無酶對照組的葉黃素產(chǎn)量提高33%。

2.7葉黃素的提取方法的優(yōu)缺點

（1）萃取法。與傳統(tǒng)的有機溶劑法相比，采用超臨界CO2萃取法獲得的葉黃素無溶劑殘留、防止了提取過程對人體的毒害和對環(huán)境的污染，CO2氣體價廉易得、無毒、安全性好、成本低、分離容易、萃取速度快。該方法具有工藝簡單、能耗低、環(huán)保及產(chǎn)品純度高、色調(diào)正、耐熱耐光性好、色澤穩(wěn)定等優(yōu)點。

（2）浸提法。浸提法由于浸提時間過長，葉黃素會在較高溫度下受到破壞，發(fā)生氧化降解反應[22]。

（3）超聲波法。利用超聲波法進行葉黃素的提取，可以大大提高其提取效率。在相同的其它實驗條件下，用超聲波法和微波法具有提取時間短、提取效率高等特點。超聲波法可以使萬壽菊花中的葉黃素充分溶出，提高溶出速度，縮短提取時間，提取效率高，免去了高溫對提取成分的影響，節(jié)省了溶劑的消耗，已經(jīng)逐漸替代了傳統(tǒng)的提取方法。

（4）酶輔助提取法。酶輔助提取法是利用纖維素酶處理細胞壁，破壞細胞壁的結構，使有機溶劑能很快的進入細胞，便于提取[23]。酶輔助提取法由于酶介質(zhì)具有活性，因此能夠提高葉黃素的萃取率。酶輔助提取法與有機溶劑萃取法相比，這類方法研究者多數(shù)在實驗室進行研究，缺少大規(guī)模工業(yè)化應用[23]。目前研究人員還需要對纖維素酶在去除細胞壁時是否對產(chǎn)品的純度有影響進行研究。

3　葉黃素的測定方法

3.1高壓液相色譜法測定葉黃素

高壓液相色譜法（High performance liquid chromatography，HPLC）是色譜技術的一個分支，該技術是從經(jīng)典液相色譜的基礎上發(fā)展起來的。HPLC法是一種靈敏性強、高效、快速的分離方法，能精確檢測各種組分在其樣品中的含量，是目前使用的最廣泛的對葉黃素進行定量分析的檢測方法[24]。張關順等[25]利用高壓液相色譜法測定葉黃素的含量，以乙腈：甲醇（95頤5）為流動相，葉黃素溶液在波長為446nm時，吸收效果最好；陳潔麗等[26]以乙腈頤甲醇（98頤2）為流動相，流速為0.8mL/min，柱溫為25益，進樣量20滋L，將葉黃素溶解于95%乙醇中，通過掃描，顯示在446nm時吸收率最高。本實驗室通過高壓液相色譜法測定色素萬壽菊中葉黃素的含量，采用色譜柱為日本島津ODS-3 C18柱（椎5滋m4.6伊250mm），以V（乙腈）頤V（氯仿）=92頤8為流動相，檢測波長為450nm，流速：1.5mL/min，檢測溫度：35益，進樣量：10滋L，檢測的葉黃素含量為0.7豫耀2.4豫。

3.2比色法

比色法以朗伯原比爾定律（紫外-可見分光光度法）為基礎。紫外-可見分光光度法（Ultraviolet-visi原blespectrophotometry，UV-vis）以根據(jù)被測物質(zhì)濃度與吸光度成正比來進行準確分析，是一種簡單快速、低成本的檢測方法[27]。李高峰[28]通過把洗脫劑正己烷頤乙腈頤甲醇的比例調(diào)整為70頤25頤5使葉黃素的測定結果提高了33%。然而，無法分析葉黃素不同的異構體、靈敏度差、易受干擾仍是紫外-可見分光光度法的突出缺點，嚴重制約了它的應用和發(fā)展。

3.3葉黃素測定方法的優(yōu)缺點

利用高壓液相色譜法（HPLC）能分離得到多種的類胡蘿卜素同分異構體[27]。通過高壓液相色譜法（HPLC）測定葉黃素，該方法的精確性、穩(wěn)定性好，能夠高效、快速的檢測樣品中的成分含量，適用于葉黃素的含量測定。高壓液相色譜法（HPLC）專屬性強，準確，但所需時間長。紫外-可見分光光度法快速，但靈敏度差、易受干擾，專屬性不強，不夠準確。萬壽菊中葉黃素含量采用紫外-可見分光光度法測定，與其它現(xiàn)有方法相比具有操作快速簡便、檢測成本低、溶劑耗量小等特點，適于萬壽菊及其粗、精加工產(chǎn)品中葉黃素總量的檢測。

4　葉黃素的功能

蔬菜、水果、胡蘿卜中含有豐富的葉黃素，其中以萬壽菊中葉黃素的含量最高[24]。葉黃素可以推遲老年人由于黃斑退化造成的視力減弱和失明。葉黃素同時有著良好的著色功能[31]、抗癌功能和抗氧化功能。在歐洲和其他國家已經(jīng)把它列為食品著色劑和營養(yǎng)劑[29]。

4.1著色功能

葉黃素能改變動物的體色，提高雞蛋的受精和孵化率，提高繁殖率。葉黃素的著色可以用于蛋黃、家禽和雞飼料上。由于人們對于禽類往往偏向于黃色為雞肉營養(yǎng)價值的好壞，因此，葉黃素其良好的著色作用已被世界各國廣泛應用于飼料添加劑上。葉黃素是一種無副作用的天然色素，因其安全營養(yǎng)性也迎合了市場的需求和對健康的標準[30-31]。

4.2抗癌功能

葉黃素是人類血液的主要類胡蘿卜素之一，在抑制腫瘤的生長方面有著特殊的生物功能[32-33]。最新的研究表明，葉黃素可以抑制多種癌癥，如乳腺癌、結腸癌、皮膚癌等。紐約大學醫(yī)藥學院研究表明，乳腺癌發(fā)病率與葉黃素攝入量有很密切的關系，葉黃素低攝入量實驗組的乳腺癌發(fā)病率是高攝入量組的2.08耀2.21倍[34-35]。

4.3預防視力減退

葉黃素可以有效地預防視網(wǎng)膜黃斑病（AMD）、白內(nèi)障[36]。經(jīng)常服用葉黃素可以有效地預防電腦的輻射對人體的傷害[37]。研究表明，人眼視網(wǎng)膜黃斑色素是由飲食中存在的兩種葉黃素即葉黃素和玉米黃質(zhì)組成，在視網(wǎng)膜老化斑塊病變的60耀81歲患者，臨床研究補充葉黃素15周后黃斑色素部分內(nèi)容已明顯增加，修復了受損的視網(wǎng)膜組織[38]。因此，補充葉黃素能顯著提高年齡相關性黃斑色素，預防黃斑病變。

4.4抗氧化功能

葉黃素安全無毒，具有抗氧化性，廣泛應用于醫(yī)療方面[39]。人體內(nèi)活性氧自由基是損害人體健康的重要因素，葉黃素作為一種抗氧化劑可抑制活性氧自由基的活性，并阻止它對正常細胞的破壞。葉黃素可通過物理或化學淬滅作用淬滅單線態(tài)氧和捕獲活性氧自由基，從而保護機體免受傷害[40]。最新研究結果表明[41]，自然的抗氧化劑黃體素能夠阻止由太陽有害光線引起的皮膚損害。因此，在食品中加入一定量的葉黃素，可防止人體因器官衰老而引起的一系列疾病，同時葉黃素可被制成化妝品，預防皮膚受損。

5　存在的問題和發(fā)展前景

5.1存在的問題

綠色的蔬菜、水果和花卉中都含有豐富的葉黃素，但以萬壽菊中葉黃素的含量最高[42]。萬壽菊分為色素萬壽菊和觀賞萬壽菊，提取葉黃素一般從色素萬壽菊中提取。萬壽菊的種子現(xiàn)在主要以國外進口為主[42]，在研發(fā)和應用上，國外的一些公司處于前沿，雖然我國目前也在不斷地開展研究葉黃素的工作，但是和國外相比還有待提高。

目前，我國色素萬壽菊品種的葉黃素含量相對較低，黑斑病抗性差。黑斑病在萬壽菊的葉片上能形成褐色的斑點，并不斷衍生擴展，最終導致葉片枯萎、凋謝，7d之內(nèi)迅速引起整株死亡，嚴重制約著萬壽菊的生產(chǎn)。目前國內(nèi)外缺乏抗病品種。北京市農(nóng)林科學院北京農(nóng)業(yè)生物技術研究中心最新研究結果顯示目前國內(nèi)色素萬壽菊主栽品種田間自然病圃黑斑病病情指數(shù)高達76.29，其他一些品種黑斑病病情指數(shù)也普遍較高，最好的也有56.67，其他的均在70以上，表明在國內(nèi)市場上抗黑斑病的色素萬壽菊品種十分稀缺。目前我國葉黃素的生產(chǎn)是將萬壽菊花制成干顆粒，再加工制成葉黃素浸膏或低含量的葉黃素粉末出售，作為使用者精加工的原料或飼料著色劑使用[43]。制取高含量、高純度的葉黃素用于食品和醫(yī)藥的生產(chǎn)工藝技術還不夠成熟，許多研究單位仍在研發(fā)之中。因此，高效安全的葉黃素提取純化技術有待提高。

5.2發(fā)展前景

葉黃素是一種具有良好的著色力、營養(yǎng)和保健價值的天然色素，廣泛應用于食品、醫(yī)療、飼料添加劑中。葉黃素還能預防黃斑退化、腫瘤、心血管疾病、增強身體免疫力。它在食品和醫(yī)療領域?qū)⒕哂袕V闊的前景。葉黃素在2002年得到了美國食品藥品監(jiān)督管理局的GRAS認證。葉黃素和葉黃素酯在美國市場很受歡迎[44]。2002年葉黃素在美國的銷售額達6500萬美元，并每年以10%耀20%的速率增長[46]。我國雖然每年以8%的增長率增長，但大多為粗加工，在市場上仍處于供不應求的情況。

由于葉黃素具有天然的著色能力，具有營養(yǎng)和健康的雙重效果，開發(fā)應用潛力巨大[20]，1g葉黃素等于1g黃金的價值[6]，被賦予“植物黃金”的美譽。目前葉黃素在全球市場上有約100萬t的缺口[45]。因此對萬壽菊進行工業(yè)化生產(chǎn)和提取葉黃素具有很大的市場前景。企業(yè)和工廠每年都在不斷地增加萬壽菊的產(chǎn)量。

基于葉黃素具有的市場前景和商業(yè)價值，研發(fā)生產(chǎn)自主知識產(chǎn)權的品種是萬壽菊產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展之路，這對于我國的產(chǎn)業(yè)化推廣和品牌打造有著至關重要的作用。今后，我們應該加大力度培育高葉黃素含量、高抗黑斑病的色素萬壽菊品種。同時，還應研發(fā)高效安全的葉黃素提取工藝和葉黃素產(chǎn)品，拓寬葉黃素的應用領域，使其更好的服務于醫(yī)療、食品、保健等領域。

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Research Progresses on Extraction Methods and Functions of Lutein

CHEN Cheng1，2，CHENG Xi2，HUANG Cong-lin2，LUO Chang2，LIU Yan-fen1

（1.College of Agriculture，Hebei University of Engineering，Handan，Hebei 056021；2.Beijing Agro-Biotechnology Research Center，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Beijing，100097）

Lutein is a plant natural pigment，it is widely used in the fields of medicine，health product，food，cosmetics and feedbecauseofits'nutrition，healthandcolorfunctions.Luteinextractionmethodsaredrying，extraction，microwave，and ultrasonic extraction，The ultrasonic method is the best method for the extraction of lutein.Lutein has the function of coloring，cancer prevention，prevention of eyesight，anti oxidation and so on.Because lutein has natural coloring ability，and also has the dual effect of nutrition and health，therefore，Production of lutein as"plant gold"has broad application prospect.

Lutein;Extraction;Function;Prospects

TS207.3

A

1002-3356（2016）03-0071-05

2016-05-30

北京市農(nóng)林科學院創(chuàng)新基金（KJCX20140109、KJCX20140202）和科技創(chuàng)新團隊基金、北京市科委項目（Z151100001015007）

陳城（1990-），男，碩士，研究方向為食品加工與安全。E-mail：chencheng923@139.com

劉艷芬（1968原），女，碩士，副教授，現(xiàn)主要從事觀賞植物組織培養(yǎng)與應用等研究工作。E-mail：liuyanfen1990@163.com