玉米多酚提取工艺及其生物活性研究进展

王明华，石瑞，赵二劳

(1.忻州师范学院 生物系，山西 忻州 034000；2.忻州师范学院 化学系，山西 忻州 034000)

随着天然产物中生物活性成分提取加工技术的不断进步和分析科学技术的发展，天然产物中生物活性成分的系统研究和开发应用已成为食品科学、营养保健品和食品添加剂领域的研究热点[1]，也为天然产物中生物活性成分的提取应用提供了机遇和提出了挑战。我国是粮食生产消费大国，玉米作为主要粮食之一，种植广泛，遍及全国各地[2]，总产量和消费量均居世界第二位，因此，玉米生产、加工中的副产品资源极为丰富。玉米副产品中的生物活性成分既因其资源丰富、取材简便、成本低廉，又因其生物活性的多样性、重要性，更因其可作为添加剂应用到调味品中，调节调味品风味，增加调味品营养[3]，具有诱人的开发应用前景，日益受到人们关注。目前，有关玉米中生物活性成分多糖、黄酮以及膳食纤维等功能成分的提取及活性研究相对较多，技术也较为成熟，对玉米中多酚的研究相对较少，且鲜有总结报道。因此，本文依据国内发表的文献，就玉米多酚的提取工艺及生物活性进行梳理总结概述，指出存在的问题，展望其研究方向，旨在为玉米多酚的深入研究及其功能产品的开发应用提供参考依据。

1 玉米多酚的提取

多酚主要存在于植物的根、茎、叶、皮、花和果实中，含量较为丰富[4]。玉米中含有多酚，提取是其开发应用的前提和基础，提取工艺直接影响多酚的得率和生物活性。目前，从玉米生产或加工副产品中提取多酚，主要有从玉米苞叶、玉米须、玉米芯和玉米籽粒米皮(玉米皮)中提取的研究。

1.1 玉米苞叶中多酚的提取

玉米苞叶也叫玉米外包皮，是玉米果穗的外包叶，为玉米生产中的副产品。由于玉米在我国广泛种植，因此我国玉米苞叶资源极为丰富。目前，在我国广大农村，玉米苞叶除少量用于工艺品编制外，大多用作饲料或燃料，科技附加值不高，资源化利用不足，造成极大的资源浪费。因此，研究玉米苞叶中多酚的提取对提高玉米产业经济价值、农民增收、创收具有较大的现实意义。谢昕[5]研究了玉米苞叶中多酚的超声辅助提取，由响应面法优化的最佳工艺条件：以体积分数70%的乙醇溶液为提取剂，料液比1∶20(g/mL)，超声功率55 Hz，提取温度58 ℃，提取时间44 min，此工艺条件下，玉米苞叶多酚得率为(3.719±0.030) mg/g，比传统方法多酚得率提高了28.7%。康晓旭等[6]采用响应面法优化了玉米苞叶多酚超声辅助提取工艺，优化得到的最佳提取工艺参数：提取剂乙醇体积分数49%，料液比1∶58(g/mL)，超声功率175 W，超声温度74 ℃，提取时间50 min，此提取工艺条件下，玉米苞叶多酚提取率为4.278 mg/g。赵二劳等[7]采用微波辅助提取玉米苞叶中多酚，由响应面法优化的最佳工艺：以体积分数50%的乙醇为提取剂，料液比1∶40(g/mL)，微波功率390 W，微波时间60 s，此工艺条件下，玉米苞叶多酚提取率为2.647 mg/g。综上可知，在玉米苞叶多酚的提取研究中，一些现代的提取技术已得到应用，有效缩短了提取时间。尽管因玉米品种、苞叶采集时间、预处理方法等内外因素不同，不便进行提取工艺多酚提取率高低的定量比较，但这些玉米苞叶多酚提取的有益尝试也为今后玉米多酚提取研究指明了方向。

1.2 玉米须中多酚的提取

玉米须为玉米生产中的副产物，我国资源也十分丰富。每年秋收后，除少部分被用作饲料或作为中药配伍使用外，大部分被丢弃，既造成资源的浪费，也污染环境。开展玉米须多酚的研究对提高玉米经济价值、发展玉米产业具有重要意义。目前，有关玉米须中多酚提取的研究相对较多。刘团飞等[8]研究了玉米须多酚的溶剂浸提工艺，通过逐项优化确定玉米须多酚的最佳工艺参数：提取剂为60%甲醇，料液比1∶60 (g/mL)，提取温度50 ℃，提取时间4.0 h，该工艺条件下，玉米须提取液中多酚浓度可达60 mg/mL。侯敏娜等[9]研究了玉米须多酚超声辅助提取，响应面优化的最佳工艺条件：固定超声功率200 W，提取剂60%乙醇，料液比 1∶25 (g/mL)，超声时间25 min，玉米须多酚得率为4.45%。李静等[10]由响应面法优化了玉米须多酚超声辅助提取工艺，确定的最佳工艺参数：以50%乙醇为提取剂，料液比1∶34 (g/mL)，超声功率300 W，超声温度75 ℃，超声时间50 min，该工艺条件下，玉米须多酚提取量为174.07 mg/g。魏璐[11]分别研究了玉米花丝(即玉米须)多酚的超声辅助提取与微波辅助提取，由响应面法优化的超声辅助提取最佳工艺：玉米花丝粉碎粒度120目，乙醇浓度61.08%，料液比1∶26.83 (g/mL)，超声功率519.82 W，超声温度50 ℃，超声时间30 min，提取次数3次，该工艺下多酚得率达(8.08±0.13) mg/g。响应面法优化的微波辅助提取最佳工艺：玉米花丝粉碎粒度120目，乙醇浓度60 %，料液比1∶33.44 (g/mL)，微波功率520.56 W，微波时间5.16 min，提取次数3次，该工艺下多酚得率达(5.99±0.09) mg/g。关海宁等[12]研究了玉米须多酚的超临界CO2萃取，响应面法优化的最佳工艺条件：以浓度76%的乙醇为夹带剂，料液比1∶1.5 (g/mL)，萃取压力37 MPa，萃取温度55 ℃，静态萃取1.5 h，动态萃取0.5 h，此工艺条件下，玉米须多酚提取量为8.54 mg/g。另外，许英一等[13]研究了玉米须多酚的加热浸提结合超声辅助提取，并对超声辅助提取进行了响应面优化，优化的提取工艺条件：以体积分数60%的乙醇为提取剂，料液比1∶22 (g/mL)，浸提温度50 ℃，浸提时间40 min，超声功率400 W，超声温度60 ℃，超声时间32 min，该工艺条件下，玉米须多酚提取率为(6.49±0.23)%。显见，玉米须是提取多酚的优良原料。目前玉米须多酚提取以超声辅助提取为主，也进行了一些其他先进提取工艺(如超临界CO2萃取、协同辅助提取)的尝试。为了提高多酚提取率且考虑食品安全性，玉米须多酚的提取以乙醇为主。总体而言，超声辅助提取玉米须中多酚，具有较高的提取率、较短的提取时间，可节约能源，且该工艺操作相对简便[14]，不失为一种玉米须多酚较好的提取工艺，有工业化应用的前景，值得进一步研究。

1.3 玉米芯多酚的提取

玉米芯是玉米果穗脱籽粒后的穗轴，一般占玉米穗质量的20%～30%，作为玉米生产的副产物，我国资源也很丰富[15]。但玉米芯在我国农村多被用作廉价燃料，科技附加值低，未能得到高值化应用。目前，玉米芯中多酚的提取研究仅有文献3篇。赖富饶等[16]研究了玉米芯多酚的超声辅助提取，采用正交试验法优化的最佳工艺参数：以80%乙醇为提取剂，料液比1∶15 (g/mL)，超声功率200 W，超声温度40 ℃，超声时间45 min，该工艺条件下，玉米芯多酚提取率为(2.61±0.09)%。马永强等[17]研究了玉米芯多酚的超声辅助丙酮-硫酸铵双水相提取工艺，正交试验法优化的最佳提取工艺：丙酮体积分数60%，硫酸铵用量0.175 g/mL，料液比1∶20(g/mL)，超声温度51 ℃，超声时间25 min，此条件下，玉米多酚提取率为4.41%。林枞雨等[18]比较了玉米芯多酚的乙醇浸提、超声辅助提取和微波辅助提取，实验表明，超声辅助提取效果明显好于乙醇浸提和微波辅助提取。正交试验优化的玉米芯多酚超声辅助提取最佳工艺：以70%乙醇为提取剂，料液比1∶25 (g/mL)，超声功率300 W，超声温度40 ℃，超声时间60 min，提取次数3次，该工艺条件下，玉米芯多酚提取率达16.24 mg/g。综上可知，玉米芯是一种提取多酚的丰富、可再生资源，具有良好的开发应用价值。但目前玉米芯中多酚的提取研究不够系统、深入，所涉及的提取方法还极为有限，不足以支持玉米芯多酚的开发应用。同时上述研究也表明，超声辅助提取是玉米芯多酚的较好提取方法，玉米芯多酚提取还需要深入研究。

1.4 玉米皮中多酚的提取

玉米皮是玉米加工中的副产品，约占玉米籽粒干重的15%[19]，玉米生产淀粉过程中会产生大量玉米皮，我国作为玉米消费大国，玉米皮资源也极为丰富。玉米皮低廉的价格、丰富的资源，使从玉米皮中提取多酚的研究具有显著的经济和资源优势。但目前，从玉米皮中提取多酚的研究很少，也仅有文献2篇。徐彩红等[20]研究了超声协同木聚糖酶辅助提取玉米皮多酚，在单因素分析的基础上，通过响应面法对提取工艺进行了优化，确定的最佳提取工艺条件：固定超声功率500 W，以pH 4.8的柠檬酸-柠檬酸钠溶液为提取剂，在料液比1∶41 (g/mL)、木聚糖酶用量2.10%、酶解温度55 ℃、超声提取6.5 min的提取工艺条件下，玉米皮多酚提取量为(7.26±0.15) mg/g。徐彩红等[21]研究了脱脂玉米皮多酚的超声辅助纤维素酶提取工艺，响应面优化的最佳提取工艺参数：料液比1∶39 (g/mL)，纤维素酶加入量4.20%、酶解温度50 ℃、超声时间7.5 min，该工艺条件下，玉米皮多酚提取量为(5.46±0.15) mg/g。显见，从玉米皮中提取多酚的研究既不充分，也不系统，难以对玉米皮多酚的提取研究提供理论依据，该方面的研究还有待加强。

2 玉米多酚生物活性研究进展

目前，天然产物中多酚的生物活性研究不少，且已证明多酚具有清除体内自由基、抗氧化、抗衰老、抗癌、抗辐射、抗菌抑菌、降血压、降血脂等多种生物活性[22-23]。但有关玉米中多酚的生物活性研究不多，仅见抗氧化和抑菌活性的研究报道。

2.1 玉米多酚抗氧化活性

正常情况下，机体内氧化与抗氧化系统处于动态平衡状态，某些情况下，机体的氧化与抗氧化平衡状态被打破，机体内会产生过量自由基。过量自由基会氧化损伤机体组织细胞、蛋白质及脂质过氧化，导致疾病的发生、发展。因此，清除机体内过量自由基，可防止机体组织细胞氧化损伤，有益人体健康。玉米多酚具有清除自由基即抗氧化能力，目前有关玉米多酚抗氧化的研究相对较多。徐彩红等以DPPH·和ABTS+·清除法研究了玉米皮多酚的抗氧化活性，发现玉米皮多酚可有效清除DPPH·和ABTS+·，清除DPPH·的IC50为0.48 mg/L，清除ABTS+·的IC50为2.20 mg/L，表明玉米皮多酚具有强的清除自由基抗氧化活性。赵二劳等实验得到，玉米苞叶多酚与常用抗氧化剂BHT对·OH的IC50分别为4.28 μg/mL和23.41 μg/mL，对DPPH·的IC50分别为5.84 μg/mL和27.57 μg/mL，表明玉米苞叶多酚具有较强的清除自由基抗氧化活性。王明华等[24]研究显示，玉米须多酚对DPPH·和·OH的清除率呈一定的量效关系，最大清除率分别为88.6%和91.2%，强于BHT的清除率，表明玉米须多酚具有较强的清除自由基抗氧化活性。许英一等研究得出玉米须多酚对DPPH·、·OH和ABTS+·的清除率相当于还原型谷胱甘肽的量分别为0.917，0.809，0.881 mg/mg，表明玉米须多酚具有良好的抗氧化活性。关海宁等[25]研究了不同方法提取的玉米须不同极性多酚清除DPPH·、O2-·、·OH和ABTS+·活性，发现各种多酚对DPPH·、O2-·、·OH和ABTS+·都具有一定的清除能力，且玉米须多酚极性越强，清除自由基能力越强，表明玉米须多酚具有好的抗氧化活性。另外，关海宁等[26]研究表明，酶法、微波法、超声波法和微波协同超声波法等不同方法提取的玉米须多酚可有效清除DPPH·、O2-·、·OH和ABTS+·，呈显著的相关性，表明玉米须多酚具有较强的抗氧化活性。综上可知，玉米生产或加工中的副产品玉米皮、玉米苞叶和玉米须中提取的多酚都具有清除自由基抗氧化活性。但相关研究均为体外实验，玉米多酚作为抗氧化保健品使用因缺乏体内研究支持，难以得到人们的认可。今后应体外与体内研究并重，突出体内研究，使玉米多酚抗氧化活性的研究深入进行，其抗氧化保健品的开发应用得到人们的普遍认可、成为现实。

2.2 玉米多酚抑菌活性

目前，有关玉米多酚抑菌活性的研究很少，仅见文献2篇。王明华等以金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌为供试菌，利用纸片法研究了玉米须多酚的抑菌活性，发现玉米须多酚对3种供试菌均有一定的抑制作用，试验浓度范围内，玉米须多酚对3种供试菌的抑制作用都随其浓度的增加而增强。玉米须多酚对金黄色葡萄球菌的抑制作用最强，对大肠杆菌的抑制作用最弱，表明玉米须多酚对革兰氏阳性菌的抑制作用强于对革兰氏阴性菌的抑制作用。马永强等研究了玉米芯多酚对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和白葡萄球菌的抑制作用，发现玉米芯多酚对3种供试细菌都有明显的抑制作用。综上显见，有关玉米多酚的抑菌活性，仅有常见细菌为供试菌的实验，而未有真菌或病毒为供试菌的研究，且抑菌机制均未涉及，尚不明确。但也表明玉米多酚具有良好的抑菌活性，有作为天然防腐剂应用的潜在前景。

3 总结与展望

玉米生产或加工中的副产品玉米苞叶、玉米须、玉米芯和玉米皮中都含有多酚，具有抗氧化和抑菌活性，有开发为抗氧化剂、防腐剂和调味品的潜在前景。我国丰富的玉米资源、人口众多的现实以及人们对天然绿色功能食品的青睐和追求，为玉米多酚功能食品的开发应用提供了市场和机遇。但目前，我国虽然对玉米多酚的研究不少，但各种玉米副产品中多酚的提取研究仍处于实验室研究的初级阶段，还不够系统和深入，一些现代的提取分离技术应用有限；玉米多酚的提取率偏低，高效的玉米多酚提取工艺还未能确定；玉米多酚生物活性的研究还很有限，许多生物活性尚未体现；特别是有关玉米多酚与玉米多酚生物活性的量效、构效关系研究尚未涉及，作用机制远未明确。玉米多酚提取及生物活性的研究实际离产业化生产需求还有较大距离。因此，今后应加大对玉米多酚的研究力度，将一些现代的天然产物功能成分提取分离技术引入到玉米多酚的提取中，创新玉米多酚提取工艺，高效提取玉米多酚。应借鉴其他天然产物具有的生物活性研究成果，多角度、全方位开展玉米多酚生物活性研究，应开展玉米多酚与其生物活性量效关系、构效关系和作用机制的研究，理清玉米生物活性的作用机制，由此为玉米多酚的开发应用提供实验支持和理论依据。提升玉米副产品的科技附加值，提高玉米的经济价值，使农民增收创收，实现玉米多酚调味品及功能产品的规模化、产业化生产，造福人类社会。