玉米黄素的生物活性及其在食品中应用研究现状

玉米黄素又称玉米黄质，半系统命名为3，3’－二羟基－β－胡萝卜素，分子式为C40H56O2，结构式如下图所示。玉米黄素是一种含氧类胡萝卜素（Xanthophyll），属非极性化合物，与叶黄素（Luein）为同分异构体。存在于自然界中的玉米黄素大部分为全反式异构体，疏水性较强，在水中溶解度极低，因此玉米黄素在动物体内一般存在于细胞的亲脂性区域如细胞膜的内核，或与蛋白质结合。

玉米黄色素为油状物，10 ℃以上为血红色油状液体，10 ℃以下为黄色半凝固油状物，无味，有较好的抗氧化性，且耐碱。在低温条件下玉米黄素性质很稳定，高温迅速处理时玉米黄素性质比其他类胡萝卜素更稳定。玉米黄素对Fe3+、Al3+稳定性比较差，但对其他离子和还原剂（如Na2SO3等）较稳定。在可见和紫外光区内光照对玉米黄素的稳定性影响较大，存在于食物中的玉米黄素在常温和自然光条件下比较稳定。

玉米黄素分子结构式（来源文献[2]）

玉米黄素不能在动物和人体内合成，动物体内的玉米黄素均来自于食物。在自然界中，玉米黄素主要存在于深绿色蔬菜的叶片、玉米的种子、枸杞和酸浆的果实中。除植物外，兰细菌（Cyanobacteria）和一些非光合细菌如分枝杆菌（Mycobacteria）、欧文氏菌（Erwinia）和黄杆菌（Flavobacteria）等，也可自身合成相当数量的玉米黄素。

目前，国内外工业提取玉米黄素的理想原料主要有金盏花和玉米蛋白粉。金盏花由于其价格低廉、种植范围广泛、玉米黄素含量丰富，成为中国、墨西哥和印度等地提取玉米黄素的主要原料。经过测定，金盏花中玉米黄素平均含量为1.31 mg/100 g。

玉米蛋白粉是玉米加工过程中的副产物，由玉米粒经湿磨加工制得粗淀粉乳，经淀粉分离机得到蛋白质浆，再用离心机或气浮选法浓缩、脱水干燥制得，含有存在于玉米籽粒胚乳中的玉米黄素和叶黄素。利用玉米蛋白粉提取玉米黄素等色素既有利于玉米加工副产物综合利用又能够增加玉米黄素产量。

此外，改良种的黄杆菌发酵2天就可获得较高产量的玉米黄素，所以利用这些菌作为工程菌，利用发酵技术，生产玉米黄素也是一条经济有效的途径。

玉米黄素的生物性功能

玉米黄素的性质和功能由分子结构决定。玉米黄素是由胡萝卜素发生氧化或酶促反应而含有氧，被称为玉米黄素或叶黄素。存在于玉米黄素分子中的共轭多烯官能团决定其光吸收和光捕获性质，玉米黄素共轭碳碳双键的核心系统使它们成为有效的活性氧猝灭剂和可见光的吸收剂，且尾端有羟基官能团，增强了其抗氧化能力，可保护生物系统免受一些因过量氧化的过程中或反应所产生的潜在有害作用。

① 玉米黄素对视觉的保护作用。玉米黄素和叶黄素是视网膜上仅存的2种天然类胡萝卜素，是晶状体必不可缺少的类胡萝卜素，对眼部组织具有高度聚集特异性，通过高亲和力结合蛋白和专门运输和代谢蛋白质特异性将玉米黄素集中在黄斑斑点中，通过光吸收和局部化的高效抗氧化性进行光诱导氧化应激反应，以保护黄斑免遭破坏，因此，它们对维持眼睛健康和视觉保护有特别重要的作用。

② 预防癌症。细胞脂质的过氧化与肿瘤的生长有关，研究表明玉米黄素可抑制细胞脂质的自动氧化和防止氧化带来的细胞损伤，并且比β-胡萝卜素更加有效，玉米黄素具有减少癌症发生和增强免疫力的功能。国内外研究表明，玉米黄素对癌症具有抑制作用，其机理可能与调控氧化应激水平、抑制ATP生成和上调p53 mRNA的表达有关。

③ 预防心脑血管疾病。类胡萝卜素属于脂溶性物质，在高等动物细胞中通常与蛋白及其他脂类成分尤其是生物膜形成复合体而存在，能够改善生物膜的免疫特性及细胞间信息传递，发挥潜在的预防疾病功能。研究发现玉米黄素和叶黄素较其他类胡萝卜素，可显著降低颈总动脉内膜血管的中层厚度。玉米黄素可增加低密度脂蛋白的抗氧化能力，预防心脑血管疾病的发生。

④ 对炎性反应和氧化应激反应具有保护作用。研究表明添加含40%叶黄素和60%玉米黄素的饲料喂养母鸡和小鸡，其可调节母鸡和小鸡不同组织中的促炎和抗炎因子表达。在大鼠酒精性脂肪肝模型中，研究发现玉米黄素二棕榈酸酯（ZD）可通过降低细胞色素P450水平，抑制NF-κB信号通路的激活并调控MAPK通路中的p38，JNK和ERK通路发挥抑炎作用。

玉米黄素在食品中的开发与应用

近年来，玉米黄素在食品、医药、化工及动物饲料领域已经得到了一定的关注。玉米黄素在食品领域主要作为天然食品着色剂和保健食品添加剂。

1、着色剂

玉米黄素由于其在体内吸收后不能转化为维生素A，能够在体内沉积，具有较强的着色能力，可用于改善蛋黄色泽及鱼虾等禽类的肉色，提高食品品质和营养价值。此外，由于消费者对食品安全问题的高度关注，使用天然色素代替人工色素已经成为食品行业的一种发展趋势，玉米黄素在临床中的毒理学评价及动物试验均证实其食用的安全性，也成为一种欧盟认可的食用色素，但是其结构高度不稳定，提取难度大，因此，对玉米黄素天然色素的开发利用还有待更深入的研究。与化学合成的商品着色剂相比，玉米黄素具有天然、营养、安全、无毒等特点，且生产成本较低，是一种很理想的着色剂。

2、膳食营养补充剂

目前美国 FDA 已批准玉米黄素为新型营养添加剂，可应用于食品中，其用量一般不超过5%。玉米黄素不能在体内合成，完全来源于膳食摄入，玉米黄素作为功能性食品的开发与利用呈显著上升趋势。有学者研究了膳食摄入玉米黄素强化蛋对受试者血清玉米黄素含量的影响，发现玉米黄素强化蛋能显著提高血清玉米黄素含量。

目前，研发的叶黄素+玉米黄素胶囊等产品具有预防肿瘤、增强免疫力、降低动脉硬化等心脑血管疾病和增加皮肤及黏膜组织抗紫外线功能的活性。还有开发的叶黄素/玉米黄素护眼胶囊保健产品能修护因紫外线及电子产品的幅射所造成的伤害，并恢复眼细胞的健康，可消除眼睛疲劳及维持眼睛视觉的正常功能，防止随年龄变化引起黄斑变性白内障疾病。

参考资料：

[1]刘美宏,刘回民,郑明珠等.玉米黄素生物活性及其在食品中应用研究进展[J].食品工业,2016,37(12):242-248.

[2]蔡靳,惠伯棣,蒋继志.玉米黄素及在食品中的应用研究进展[J].中国食品添加剂,2012(03):200-207.

[3]孟繁磊,宋志峰,牛红红等.玉米黄素的提取分离及生理功能[J].吉林农业,2016(23):115-116.

作者简介：

小泥沙，食品科技工作者，食品科学硕士，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品的开发与研究。