玉米醇溶蛋白与黄色素提取工艺优化及黄色素稳定性研究

李　勇，郑　义，衡　硕，陈　涛，张　帆

（徐州工程学院食品工程学院，江苏徐州　221111）

玉米醇溶蛋白与黄色素提取工艺优化及黄色素稳定性研究

李勇，郑义，衡硕，陈涛，张帆

（徐州工程学院食品工程学院，江苏徐州221111）

以生产玉米淀粉的副产物——玉米蛋白粉为原料，筛选有机溶剂浸提玉米醇溶蛋白和黄色素，采用微量凯氏定氮法测定玉米蛋白含量，分光光度法测定玉米黄色素含量。试验结果表明，乙醇体积分数为90%，固液比为1∶15，萃取温度为50℃，萃取时间5 h，提取效果最好；蛋白提取率为89.6%，提取物纯度为84.3%。玉米黄色素提取物中色素的质量分数为0.189%。玉米黄色素随着柠檬酸的质量浓度变化稳定性变化不大；光照和高温对色素的影响很大，所以应该低温暗处保存色素。玉米黄色素对金属离子Fe3+不稳定，耐氧化性能较好。

玉米；醇溶蛋白；黄色素；稳定性

0　引言

玉米是世界三大粮食作物之一，是重要的传统食物。据统计，2013年我国玉米产量达2.11×108t，增幅为5.9%，产量居世界第2位，连续第5年增产；2014年产量高达2.15×108t［1-2］。2011年我国玉米进口量为175×104t，2012年进口玉米520×104t。玉米子粒虽含淀粉70%以上，但其蛋白质含量高于大米，脂肪含量高于面粉、大米和小米，含热量高于面粉、大米及高粱［3-4］。在黄玉米中，玉米黄色素含量尤其高，在玉米蛋白粉中也含有丰富的天然黄色素。随着社会的发展，天然色素越来越受到人们的青睐。玉米黄色素具有体内抗氧化、有助于营养物质吸收、抗癌作用、预防老年性眼疾等多种功能，玉米色素已被美国、英国、日本、法国、澳大利亚等国和地区批准为食用色素使用，我国GB 2760标准已将玉米黄色素列为食用天然色素。玉米醇溶蛋白具有防潮、隔氧、保香、阻油等特性，有一定的抑菌作用，是理想的天然保鲜剂［5］。所以，利用玉米蛋白粉中的蛋白和色素资源市场前景广阔。

1　试验材料与方法

1.1试验材料

原料与试剂：玉米蛋白粉，徐州市雪山峰玉米淀粉厂产品；1%β-胡萝卜素，上海良友公司产品；HPD-700型大孔树脂，河北沧州宝恩化工有限公司产品；无水乙醇、95%乙醇、丙酮、乙醚、石油醚、柠檬酸、四氯化碳、过氧化氢（30%），以及NaOH，CuSO4，ZnCl2，MgSO4，FeCl3，FeSO4等。

1.2试验设备

7230G型可见分光光度计、GZX-DH.600-II型电热恒温干燥箱、HH-4型数显恒温水浴锅、DL-5型低速大容量离心机、MM2313/E型凯氏定氮仪、GUO. HUA型离心机、JA2003N型电子天平、PHS-3C型精密pH计、HJ-3型数显恒温磁力搅拌器、电磁炉、冰箱等。

1.3试验方法

1.3.1工艺流程

玉米蛋白粉→称质量→浸泡→萃取→离心分离→沉淀→烘干→饲料添加剂

玉米醇溶萃取液→回收乙醇→加水稀释→调节溶液pH值→冷却至-15℃→①②

①过滤→沉淀→水洗→热风干燥→玉米醇溶蛋白（食用、医用）；

②提取液→真空浓缩→干燥→玉米黄色素。

1.3.2操作要点

（1）玉米蛋白粉的萃取与离心。以乙醇溶液做萃取液，选择固液比、萃取温度、萃取时间为因素，正交试验优化提取参数；离心分离条件为以转速2 000 r/min离心时间12 min。获得的醇溶性萃取液内含醇溶蛋白和色素。

（2）回收乙醇与稀释。将醇溶性萃取液真空浓缩至原体积50%，然后加入4倍体积的纯净水进行稀释。

（3）萃取液的pH值与冷冻。把稀释后的萃取液调节pH值到6.0，再冷却到-15℃。

（4）沉淀、水洗与干燥。取下层沉淀，用蒸馏水洗3次，用pH值试纸测得成中性。将水洗物置于45℃烘箱中，经8 h烘干至恒质量，制得玉米醇溶蛋白提取物。

（5）玉米黄色素干燥方法。滤液经旋转蒸发仪真空浓缩，考虑到玉米黄色素在50℃下稳定性较好，选择50℃下进行热风干燥。

1.3.3玉米醇溶蛋白的测定方法

将所得玉米醇溶蛋白粉取一定量进行硝化，稀释后移取一定量，用微量凯氏定氮法测蛋白质含量。蛋白质含量=×100%.

式中：V1——玉米蛋白粉消化液消耗稀硫酸的体积，mL；

V2——空白消化液消耗的稀硫酸体积，mL；

N——稀硫酸的质量浓度，mg/mL；

W——玉米蛋白粉质量，mg；

0.014——1 mol氮的克数，g；6.25——氮的蛋白质换算系数。蛋白质提取率=×100%.

1.3.4玉米黄色素的测定方法

准确配制0.2 mg/mL的β-胡萝卜素标准溶液，精确吸取1，2，3，4，5，6，7，8 mL用无水乙醇定容至50 mL，8个小容量瓶中的β-胡萝卜素质量浓度分别为0.000 4，0.000 8，0.001 2，0.001 6，0.002 0，0.002 4，0.002 8，0.003 2 mg/mL。以无水乙醇作为空白，于447 nm波长处1 cm比色皿测定吸光度，得标准曲线为：

Y=0.000 251 1+0.027 327 4X，R2=0.998 85.

式中：Y——吸光度；

X——β-胡萝卜素的质量浓度，mg/mL。将萃取所得的玉米黄色素定容，以无水乙醇为空白，于波长447 nm处在1 cm的比色皿中测定其吸光度，并根据标准曲线求得玉米黄色素中的β-胡萝卜素的质量浓度C（mg/mL），然后计算玉米蛋白粉中β-胡萝卜素的提取率。

式中：V——提取液的总体积，mL；

C——β-胡萝卜素的质量浓度，mg/mL。

1.3.5玉米黄色素稳定性研究方法

在不同含酸量、光照、温度、氧化剂浓度和金属离子浓度下，检测玉米黄色素的稳定性，方法如下：

（1）在各种食品中，能够产生适宜酸味的柠檬酸质量分数大多在0.1%～0.5%，在此范围为考察玉米黄色素的稳定性。

（2）将所得玉米黄色素用无水乙醇定容，立即测其吸光度，并分别倒入7支比色管中，分别放置在阳光能直射的地方（当天的天气晴，偏北风4级左右，最高气温19℃），从早晨9点开始，每隔1 h测其吸光度1次，记录检测结果。

（3）将玉米黄色素用无水乙醇定容，立即测其吸光度为0.564，用7支比色管取上述溶液分别在40，50，60，70，80，90，100℃下放置1 h，然后取出，迅速冷却并测其吸光度，计算出色素的保存率。

（4）以过氧化氢作为氧化剂，在玉米黄色素的乙醇溶液中配不同的质量分数，分别为0.3%，0.6%，0.9%，1.2%，室温暗处放置1，2，6，12，24 h，测吸光度。

（5）将玉米黄色素溶于乙醇与水的混合液中，加入金属离子，体积分数为0.06%，分别隔6，12，24 h测其吸光度，并计算保存率。

2　结果与分析

2.1玉米醇溶蛋白提取结果与分析

按1.3.1和1.3.2的操作，进行正交试验因素水平表及结果的试验。

萃取醇溶蛋白质的正交试验结果见表1。

表1　萃取醇溶蛋白质的正交试验结果

由表1可知，试验最佳组合为A3B3C2D1，分析最佳组合为A3B2C2D3，再以分析最佳组合进行试验，结果提取率达到89.6%。用90%乙醇溶液做萃取液，得到的萃取物含醇溶蛋白84.3%，即纯度为84.3%。

2.2玉米黄色素提取结果与分析

按2.1萃取醇溶蛋白剩下的滤液，经真空浓缩和热风干燥得到玉米黄色素提取物。经测定，20 g原料提取物质量为0.452 g，粗提物得率2.26%。

玉米蛋白粉中玉米黄色素（以β-胡萝卜素计）提取率=0.000 760 7×20×20/2=0.159 4 mg/g.

提取物中玉米黄色素的质量分数=0.425 287 5 mg/0.225 g=0.189 01%.

提取物大孔树脂精制后，玉米黄色素的质量分数=1.396 02 mg/0.452 g=0.308%.

2.3玉米黄色素稳定性研究结果与分析

（1）按1.3.5的方法，柠檬酸对色素稳定性的影响如图1。

不同质量浓度的柠檬酸对色素稳定性的影响见图1。

图1　不同质量浓度的柠檬酸对色素稳定性的影响

由图1可知，在0～1.6 mg/mL，玉米黄色素吸光度的变化为0.498～0.547，变化范围很小，且玉米黄色素的色泽无明显变化，说明柠檬酸对玉米黄色素稳定性影响不大。

（2）随着光照时间的延长，玉米色素保存率变化。

光照时间对色素稳定性的影响见表2。

表2　光照时间对色素稳定性的影响

由表2的数据说明，光照对玉米黄色素有明显的破坏作用，所以用玉米黄色素着色的食品在储存和运输过程中应尽量避免阳光直射，以保持食品色泽。

（3）温度对玉米黄色素稳定性的影响。

不同温度对玉米黄色素的影响见表3。

表3　不同温度对玉米黄色素的影响

由表3可知，随着温度的升高，玉米黄色素的降解速度加快，由于高温对玉米黄色素有破坏作用，要尽量避免玉米黄色素处于高温状态。

（4）氧化剂对玉米黄色素稳定性的影响。

过氧化氢对玉米黄色素稳定性的影响见表4。

表4　过氧化氢对玉米黄色素稳定性的影响

由表4可知，过氧化氢存在时，玉米黄色素发生轻微降解但降解幅度不大，即玉米黄色素有一定的抗氧化性。

（5）金属离子对玉米黄色素稳定性的影响。

不同金属离子对玉米黄色素稳定性的影响见表5。

由表5可知，Fe3+对玉米黄色素影响最大，破坏作用最强；而Fe2+，Zn2+，Ca2+对玉米黄色素有一定的影响，但影响不大；Na+，K+对玉米黄色素基本无影响。所以，在玉米黄色素的制取与使用过程中，应该尽量避免铁器。

表5　不同金属离子对玉米黄色素稳定性的影响

3　结论

（1） 玉米蛋白粉为原料，乙醇体积分数90%，固液比1∶15，萃取温度50℃，萃取时间5 h效果最好；以转速2 000 r/min离心12 min，产品纯度较高；然后将制品在45℃条件下干燥8 h可得到成品。用乙醇法得到制品的提取率为89.6%，纯度为84.3%。

（2）萃取醇溶蛋白剩下的滤液，经浓缩和干燥得到玉米黄色素提取物，提取率为0.159 4 mg/g，提取物中玉米黄色素的质量分数为0.189%，大孔树脂精制后的质量分数为0.308%。

（3）玉米黄色素随着柠檬酸质量浓度变化稳定性变化不大；光照时间和温度对玉米黄色素的影响很大，所以应该低温暗处保存色素；玉米黄色素对金属离子Fe3+不稳定，耐氧化性能很好。

［1］王缈，赵战利.超声提取玉米黄色素与醇溶蛋白的工艺优化 ［J］.食品工业，2014，35（8）：14-19.

［2］杜悦，陈野，王冠禹，等.玉米醇溶蛋白的提取及其应用 ［J］.农产品加工，2008（7）：23-26.

［3］李勇，赵杰文.玉米黄色素的提取纯化研究 ［J］.中国粮油学报，2006，21（3）：74-77.

［4］罗晶，涂瑾，黄婷玉，等.玉米醇溶蛋白的磷酸化修饰及结构研究 ［J］.现代食品科技，2015（8）：88-94.

［5］姚艾东.玉米黄色素的提取及应用研究 ［J］.食品工业科技，2001，22（4）：32-34.◇

Optimization of Extraction of Zein and Yellow Pigment from Corn and Stability of the Yellow Pigment

LI Yong，ZHENG Yi，HENG Shuo，CHEN Tao，ZHANG Fan
（College of Food Engineering，Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou，Jiangsu 221111，China）

Zein and yellow pigment are obtained from by-products of corn starch manufacturing by organic solvent extraction. Micro Kjeldahl determination of nitrogen and spectrophotography are applied to measure the content of zein and yellow pigment，respectively.The results show that optimal extraction parameters are as follows：ethanol concentration 90%，solid to liquid ratio 1∶15，extraction temperature 50℃，and extraction time 5 h.Under these conditions，the extraction yield and purity of zein are respectively 89.6%and 84.3%，and the yellow pigment yield is 0.189%.The yellow pigment has better stability in the presence of citric acid and oxidation，but sunlight，high temperature and ferric ion are not.

corn；zein；yellow pigment；stability

TS213.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.034

2015-11-09

江苏省科技计划项目（BN2014089）；徐州市科技计划项目（XF14C037）。

李勇（1962— ），男，硕士，教授，研究方向为农产品加工技术。