叶黄素的提取方法和功能研究进展

陈城，程曦，黄丛林，罗昌，刘艳芬

（1.河北工程大学农学院，河北邯郸　056000；2.北京市农林科学院北京农业生物技术研究中心，北京　100097）

叶黄素的提取方法和功能研究进展

陈城1，2，程曦2，黄丛林2，罗昌2，刘艳芬1

（1.河北工程大学农学院，河北邯郸056000；2.北京市农林科学院北京农业生物技术研究中心，北京100097）

叶黄素是一种天然植物色素，具有抗氧化、保护视网膜、提高人体免疫力等功效，同时具有调色作用，广泛应用于医药、保健品、食品、化妆品、饲料中。蔬菜、水果、胡萝卜中含有丰富的叶黄素，其中以万寿菊中叶黄素的含量最高。叶黄素的提取方法有干燥法、萃取法、微波法、浸提法和超声波法等，其中超声波法为叶黄素提取的最佳方法。

叶黄素；提取；功能；发展前景

1　叶黄素的研究和产业化现状

叶黄素是一种天然植物色素，不仅具有着色作用，而且具有抗氧化，提高人和动物免疫力等功效，能有效预防视网膜黄斑病[1]和癌症[2]。叶黄素已经广泛应用于医药、保健品、食品、化妆品、饲料等领域[3]。万寿菊是提取叶黄素最重要的原料[4]，万寿菊分为观赏万寿菊和色素万寿菊，橙黄色的色素万寿菊中含有较高的叶黄素[5]。万寿菊是一种适应性强，容易栽培的植物，具有镇咳作用[6]。目前国内万寿菊品种整体性状不如进口品种[7]。目前在中国色素万寿菊种植面积占全世界90豫左右，在国内外叶黄素主要用在饲料领域。美国凯明公司（Kemni Food Co.）生产了一种含叶黄素的功能饮料[8]；目前国内以中进天然色素集团有限公司和美科尔（北京）生物科技有限公司为代表正在开发叶黄素胶囊，向保健品领域挺进；山西恒康乳业公司下属天成生物公司[9]从万寿菊中提取的叶黄素用于鸡饲料的添加剂，并在当地大规模栽培万寿菊形成了当地观赏旅游型农业；1998年青岛大学生产出比较纯的叶黄素产品[10]，并获得了超临界CO2萃取技术生产叶黄素的专利。

2　叶黄素的提取方法

目前，叶黄素的提取方法主要有干燥法、萃取法、微波提取法、浸提法、超声波法、酶辅助提取法等。

2.1干燥法

用一种新型转桶式干燥机，捶击和干燥万寿菊，并从中得到叶黄素。当捶击比率不同时，捶击效率在70%耀90%之间波动。叶黄素的多少取决于干燥时间的长短;在干燥时间相同时，60益下干燥所得到的叶黄素含量比70益下多[8]。

2.2萃取法

从万寿菊中萃取叶黄素已经产业化。用超临界CO2从万寿菊中提取叶黄素的方法，是将万寿菊鲜花经发酵、干燥、粉碎后作为原料，用超临界C韵圆以乙醇作夹带剂萃取万寿菊浸膏，将万寿菊花浸膏经氢氧化钾皂化得到水溶性天然食用色素叶黄素树脂[8]。李高峰等[11]通过超临界CO2萃取法提取万寿菊中的叶黄素，当萃取压力为45MPa，温度50益，分离玉压力8MPa，分离玉温度55益，分离域温度20益，叶黄素的萃取率最高。徐平如等[12]利用超临界CO2萃取法，从万寿菊中提取的叶黄素得率为8.24mg/g。

2.3微波提取法

微波是一种瞬时穿透式加热方式，在微波场的作用下破碎植物细胞壁，从而加快了萃取速率和有效地提高了产品得率[13]。徐霞等[14]利用微波法提取万寿菊颗粒中的叶黄素，以石油醚为提取溶剂，当微波功率为240W时，物料液比1：25，提取时间为45s时，得到的叶黄素产量为13.43mg/g。李建颖等[15]利用微波提取柑橘皮和茶叶中的叶黄素，在溶剂的选择上以6#溶剂油作为最佳提取溶剂。对于柑橘皮，当微波功率为800W时，提取时间为25s时，柑橘皮叶黄素的提取效率最高，为71.6%；对于茶叶，当微波功率为680W时，物料液比为1颐25，提取时间为30s时，得到的叶黄素提取率最高，为65.45%。

2.4浸提法

其工艺主要包括原料前处理、破碎、浸提、过滤、浓缩、干燥等，所用溶剂根据色素及原料的不同而有所不同[16]。夏树林等[17]以四氢呋喃为提取溶剂，获得叶黄素粗品经结晶后得到97.6豫的叶黄素纯品。李晓敏等[16]从干燥的柑橘皮中提取叶黄素的最佳溶剂为四氢呋喃，温度为60益，时间为72h，提取的叶黄素含量为50%以上。

2.5超声波法

超声波能产生并传递强大的能量，高能量的超声波作用在液体里，当液体处于稀疏状态下时，液体会被撕裂成很多小的空穴，这些空穴一瞬间就闭合，闭合时产生瞬间高压，即产生空化效应。超声波的空化效应产生极大的压力造成被粉碎物细胞壁及整个生物体的破碎，而且整个破碎过程在瞬间完成。同时，超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散及溶解，有利于胞内有效成分的提取[18]。代刚等[18]利用超声波法提取万寿菊中叶黄素酯，提取溶剂为80%正己烷；温度为30益，物料液比为1：30，时间为20min；超声功率为800W时，提取率为93.9%，比常规提取率高24.7%。为了探索万寿菊中叶黄素的提取工艺，叶兆伟等[19]采用水浴加热法、超声波法、微波法3种方法从万寿菊中提取叶黄素，并以叶黄素得率作为标准，确定最优提取方法。结果表明，用超声波法提取叶黄素明显优于其他2种方法，含量可达到21.91mg/g。

2.6酶辅助提取法

由于酶能破坏细胞的结构使萃取时细胞内的物质更多暴露出来，增加油的渗透性[13]。李秀霞等通过酶辅助提取法提取玉米蛋白质中的叶黄素，最优化参数为酶浓度7682U/g、底物浓度8.8%、酶解时间2.2h，叶黄素得率64.65ug/g[20]。Matoushek[21]研究表明，万寿菊经纤维素酶预处理一段时间，然后用有机溶剂萃取、皂化，提取结果比无酶对照组的叶黄素产量提高33%。

2.7叶黄素的提取方法的优缺点

（1）萃取法。与传统的有机溶剂法相比，采用超临界CO2萃取法获得的叶黄素无溶剂残留、防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染，CO2气体价廉易得、无毒、安全性好、成本低、分离容易、萃取速度快。该方法具有工艺简单、能耗低、环保及产品纯度高、色调正、耐热耐光性好、色泽稳定等优点。

（2）浸提法。浸提法由于浸提时间过长，叶黄素会在较高温度下受到破坏，发生氧化降解反应[22]。

（3）超声波法。利用超声波法进行叶黄素的提取，可以大大提高其提取效率。在相同的其它实验条件下，用超声波法和微波法具有提取时间短、提取效率高等特点。超声波法可以使万寿菊花中的叶黄素充分溶出，提高溶出速度，缩短提取时间，提取效率高，免去了高温对提取成分的影响，节省了溶剂的消耗，已经逐渐替代了传统的提取方法。

（4）酶辅助提取法。酶辅助提取法是利用纤维素酶处理细胞壁，破坏细胞壁的结构，使有机溶剂能很快的进入细胞，便于提取[23]。酶辅助提取法由于酶介质具有活性，因此能够提高叶黄素的萃取率。酶辅助提取法与有机溶剂萃取法相比，这类方法研究者多数在实验室进行研究，缺少大规模工业化应用[23]。目前研究人员还需要对纤维素酶在去除细胞壁时是否对产品的纯度有影响进行研究。

3　叶黄素的测定方法

3.1高压液相色谱法测定叶黄素

高压液相色谱法（High performance liquid chromatography，HPLC）是色谱技术的一个分支，该技术是从经典液相色谱的基础上发展起来的。HPLC法是一种灵敏性强、高效、快速的分离方法，能精确检测各种组分在其样品中的含量，是目前使用的最广泛的对叶黄素进行定量分析的检测方法[24]。张关顺等[25]利用高压液相色谱法测定叶黄素的含量，以乙腈：甲醇（95颐5）为流动相，叶黄素溶液在波长为446nm时，吸收效果最好；陈洁丽等[26]以乙腈颐甲醇（98颐2）为流动相，流速为0.8mL/min，柱温为25益，进样量20滋L，将叶黄素溶解于95%乙醇中，通过扫描，显示在446nm时吸收率最高。本实验室通过高压液相色谱法测定色素万寿菊中叶黄素的含量，采用色谱柱为日本岛津ODS-3 C18柱（椎5滋m4.6伊250mm），以V（乙腈）颐V（氯仿）=92颐8为流动相，检测波长为450nm，流速：1.5mL/min，检测温度：35益，进样量：10滋L，检测的叶黄素含量为0.7豫耀2.4豫。

3.2比色法

比色法以朗伯原比尔定律（紫外-可见分光光度法）为基础。紫外-可见分光光度法（Ultraviolet-visi原blespectrophotometry，UV-vis）以根据被测物质浓度与吸光度成正比来进行准确分析，是一种简单快速、低成本的检测方法[27]。李高峰[28]通过把洗脱剂正己烷颐乙腈颐甲醇的比例调整为70颐25颐5使叶黄素的测定结果提高了33%。然而，无法分析叶黄素不同的异构体、灵敏度差、易受干扰仍是紫外-可见分光光度法的突出缺点，严重制约了它的应用和发展。

3.3叶黄素测定方法的优缺点

利用高压液相色谱法（HPLC）能分离得到多种的类胡萝卜素同分异构体[27]。通过高压液相色谱法（HPLC）测定叶黄素，该方法的精确性、稳定性好，能够高效、快速的检测样品中的成分含量，适用于叶黄素的含量测定。高压液相色谱法（HPLC）专属性强，准确，但所需时间长。紫外-可见分光光度法快速，但灵敏度差、易受干扰，专属性不强，不够准确。万寿菊中叶黄素含量采用紫外-可见分光光度法测定，与其它现有方法相比具有操作快速简便、检测成本低、溶剂耗量小等特点，适于万寿菊及其粗、精加工产品中叶黄素总量的检测。

4　叶黄素的功能

蔬菜、水果、胡萝卜中含有丰富的叶黄素，其中以万寿菊中叶黄素的含量最高[24]。叶黄素可以推迟老年人由于黄斑退化造成的视力减弱和失明。叶黄素同时有着良好的着色功能[31]、抗癌功能和抗氧化功能。在欧洲和其他国家已经把它列为食品着色剂和营养剂[29]。

4.1着色功能

叶黄素能改变动物的体色，提高鸡蛋的受精和孵化率，提高繁殖率。叶黄素的着色可以用于蛋黄、家禽和鸡饲料上。由于人们对于禽类往往偏向于黄色为鸡肉营养价值的好坏，因此，叶黄素其良好的着色作用已被世界各国广泛应用于饲料添加剂上。叶黄素是一种无副作用的天然色素，因其安全营养性也迎合了市场的需求和对健康的标准[30-31]。

4.2抗癌功能

叶黄素是人类血液的主要类胡萝卜素之一，在抑制肿瘤的生长方面有着特殊的生物功能[32-33]。最新的研究表明，叶黄素可以抑制多种癌症，如乳腺癌、结肠癌、皮肤癌等。纽约大学医药学院研究表明，乳腺癌发病率与叶黄素摄入量有很密切的关系，叶黄素低摄入量实验组的乳腺癌发病率是高摄入量组的2.08耀2.21倍[34-35]。

4.3预防视力减退

叶黄素可以有效地预防视网膜黄斑病（AMD）、白内障[36]。经常服用叶黄素可以有效地预防电脑的辐射对人体的伤害[37]。研究表明，人眼视网膜黄斑色素是由饮食中存在的两种叶黄素即叶黄素和玉米黄质组成，在视网膜老化斑块病变的60耀81岁患者，临床研究补充叶黄素15周后黄斑色素部分内容已明显增加，修复了受损的视网膜组织[38]。因此，补充叶黄素能显著提高年龄相关性黄斑色素，预防黄斑病变。

4.4抗氧化功能

叶黄素安全无毒，具有抗氧化性，广泛应用于医疗方面[39]。人体内活性氧自由基是损害人体健康的重要因素，叶黄素作为一种抗氧化剂可抑制活性氧自由基的活性，并阻止它对正常细胞的破坏。叶黄素可通过物理或化学淬灭作用淬灭单线态氧和捕获活性氧自由基，从而保护机体免受伤害[40]。最新研究结果表明[41]，自然的抗氧化剂黄体素能够阻止由太阳有害光线引起的皮肤损害。因此，在食品中加入一定量的叶黄素，可防止人体因器官衰老而引起的一系列疾病，同时叶黄素可被制成化妆品，预防皮肤受损。

5　存在的问题和发展前景

5.1存在的问题

绿色的蔬菜、水果和花卉中都含有丰富的叶黄素，但以万寿菊中叶黄素的含量最高[42]。万寿菊分为色素万寿菊和观赏万寿菊，提取叶黄素一般从色素万寿菊中提取。万寿菊的种子现在主要以国外进口为主[42]，在研发和应用上，国外的一些公司处于前沿，虽然我国目前也在不断地开展研究叶黄素的工作，但是和国外相比还有待提高。

目前，我国色素万寿菊品种的叶黄素含量相对较低，黑斑病抗性差。黑斑病在万寿菊的叶片上能形成褐色的斑点，并不断衍生扩展，最终导致叶片枯萎、凋谢，7d之内迅速引起整株死亡，严重制约着万寿菊的生产。目前国内外缺乏抗病品种。北京市农林科学院北京农业生物技术研究中心最新研究结果显示目前国内色素万寿菊主栽品种田间自然病圃黑斑病病情指数高达76.29，其他一些品种黑斑病病情指数也普遍较高，最好的也有56.67，其他的均在70以上，表明在国内市场上抗黑斑病的色素万寿菊品种十分稀缺。目前我国叶黄素的生产是将万寿菊花制成干颗粒，再加工制成叶黄素浸膏或低含量的叶黄素粉末出售，作为使用者精加工的原料或饲料着色剂使用[43]。制取高含量、高纯度的叶黄素用于食品和医药的生产工艺技术还不够成熟，许多研究单位仍在研发之中。因此，高效安全的叶黄素提取纯化技术有待提高。

5.2发展前景

叶黄素是一种具有良好的着色力、营养和保健价值的天然色素，广泛应用于食品、医疗、饲料添加剂中。叶黄素还能预防黄斑退化、肿瘤、心血管疾病、增强身体免疫力。它在食品和医疗领域将具有广阔的前景。叶黄素在2002年得到了美国食品药品监督管理局的GRAS认证。叶黄素和叶黄素酯在美国市场很受欢迎[44]。2002年叶黄素在美国的销售额达6500万美元，并每年以10%耀20%的速率增长[46]。我国虽然每年以8%的增长率增长，但大多为粗加工，在市场上仍处于供不应求的情况。

由于叶黄素具有天然的着色能力，具有营养和健康的双重效果，开发应用潜力巨大[20]，1g叶黄素等于1g黄金的价值[6]，被赋予“植物黄金”的美誉。目前叶黄素在全球市场上有约100万t的缺口[45]。因此对万寿菊进行工业化生产和提取叶黄素具有很大的市场前景。企业和工厂每年都在不断地增加万寿菊的产量。

基于叶黄素具有的市场前景和商业价值，研发生产自主知识产权的品种是万寿菊产业的可持续发展之路，这对于我国的产业化推广和品牌打造有着至关重要的作用。今后，我们应该加大力度培育高叶黄素含量、高抗黑斑病的色素万寿菊品种。同时，还应研发高效安全的叶黄素提取工艺和叶黄素产品，拓宽叶黄素的应用领域，使其更好的服务于医疗、食品、保健等领域。

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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

北京市农林科学院创新基金（KJCX20140109、KJCX20140202）和科技创新团队基金、北京市科委项目（Z151100001015007）

陈城（1990-），男，硕士，研究方向为食品加工与安全。E-mail：chencheng923@139.com

刘艳芬（1968原），女，硕士，副教授，现主要从事观赏植物组织培养与应用等研究工作。E-mail：liuyanfen1990@163.com