叶黄素着色研究进展

1、叶黄素着色研究进展发布: 2010-09-06 | 作者： 韩秀萍、张绪元 | 来源: 安徽农业科学 2009，37（6）    浏览次数：31摘要：综述了叶黄素作为着色剂在应用方面的研究进展,从叶黄素的结构性质入手,阐述了其作为着色剂的重要功效。并展望了未来叶黄素发展的广阔前景。关键词：叶黄素；着色剂；着色叶黄素是一种天然色素,可从植物中提取得到,对食品及饲料具有良好的着色效果。此外,叶黄素还可改善动物生长性能,增强动物机体的免疫力。由于叶黄素来自于天然植物,无毒性,在食品、饲料生产中可按需要使用,不受剂量限制,因而日益受到人们的青睐。在国际市场上,

2、1g叶黄素与1g黄金的价格相当,故有“植物黄金”之美称。在国外叶黄素已被广泛应用于各个领域,据美国卫生政策咨询部门提供的数据, 2000年叶黄素的销售额达到6500万美元,并以每年10%20%的速度增长。叶黄素存在于蔬菜、水果和花卉中,在一般黄色和橙色蔬菜中含量不高,而在绿色蔬菜如生菜、黄瓜、菠菜、羽衣甘蓝中含量较高。其在万寿菊花中的含量高达1.6%1 ,目前商品化的叶黄素主要来自万寿菊。1叶黄素的结构及性质叶黄素,又名植物黄体素,是一类天然色素的总称,由碳、氢、氧3 种元素组成, 分子式为C40H56O2, 分子量为568. 85,结构如下：由于叶黄素化学结构中单键空间位置不同,其具有许多异

3、构体,所以叶黄素的种类很多,已知的化学结构超过270种2 。叶黄素类是类胡萝卜素的一种,为胡萝卜素的氧化物,可以醇、醛、酮、酸的形式存在,不溶于水,可溶于甲醇、乙醇和石油醚等油脂和脂肪性溶剂,熔点为190 。叶黄素类色素可分为单羟基叶黄素、双羟基叶黄素和多氧类叶黄素3 。常见的叶黄素类化合物有: 玉米黄质(Zeaxanthin), C40H56O2,主要存在于玉米、辣椒、桃、柑桔、蘑菇中,着色效果好; 隐黄素(Cryptoxanthin) , C40H56O,主要存在于番木瓜、南瓜、辣椒、黄玉米中,着色效果较差; 柑桔黄素(Citmxanthin) ,存在于柑桔皮、辣椒中,细菌和真菌中也有少量

4、,着色效果一般; 虾黄素Astaxanthin) ,存在于虾、蟹、昆虫等动物体内; 辣椒红素(Capsanthin), C40H56O3 ,存在于辣椒粉中,含量为2751650 mg/kg。常用的叶黄素着色剂大部分是指玉米黄质。2叶黄素的功效和作用叶黄素有很多重要的生理作用,如保护视觉、延缓早期动脉硬化、增强机体免疫力、抗癌、抗氧化和着色等4-6 。叶黄素作为着色剂的主要作用有:2.1改善动物的体色7-12 叶黄素呈鲜艳黄色,不溶于水,能溶于油脂和乙醇,具有耐光、热、酸、碱,着色能力强等特点。其作为一种有效的着色剂在饲料添加剂中得到广泛应用,有研究表明,积累在肉鸡皮下脂肪及蛋黄脂类物质中的叶黄

5、素主要是黄体素和玉米黄质,说明黄体素和玉米黄质具有着色活性,故叶黄素也被称为活性叶黄素。饲料中叶黄素含量为2075 mg/kg时,即能对家禽进行良好的着色;鸡饲料中叶黄素含量为18mg/kg时,能使蛋黄和鸡皮肉色泽改观。2.2提高蛋的受精率和孵化率5,13研究发现,叶黄素含量高的蛋其胚胎的循环系统和血管区发育较快,蛋黄叶黄素还能促进胚胎肝脏中大量维生素A和糖原积累,促进胚胎肝脏中脂类的吸收。2.3增强免疫力,提高繁殖、存活力3,13 大量研究表明,叶黄素还能增强畜禽、鱼类及虾类的繁殖、存活及免疫能力,而且还可保护脂类免遭氧化,这对于保持肉品在运输及贮藏过程中的质量及营养价值也具有重要作用。3动

6、物对叶黄素的吸收绝大多数动物自身都不能合成叶黄素,必须从体外摄取。叶黄素在动物体内被消化、吸收、转移和酯化后,最终沉积在动物的皮肤、脂肪、脚胫等不同的组织中3,12。动物色泽的形成过程分为2个阶段,即饱和阶段和着色阶段(前一阶段是黄色色素的积累达到的;后一阶段是在黄色的基础上通过添加红色素来实现的) 3 。不同来源的色素,在不同动物的不同组织上沉积效率差异较大。Scheffer等研究了蛋鸡体内叶黄素的代谢过程,指出叶黄素在蛋鸡卵巢内不进行代谢。Fletcher证实,蛋黄中的叶黄素沉积过程相对简单,叶黄素被吸收后几乎不发生任何变化。国外学者也发现从富含类胡萝卜素的蛋孵化出来的小鸡胸腺、粘液、肝脏

7、、血浆、脚胫、上皮细胞等组织中检测到的黄体素、玉米黄素或角黄素的量显著高于从未含类胡萝卜素的蛋孵化出来的小鸡14 。Tyczkwoski等研究发现,用不同浓度的游离体黄素饲养孵化21d的小鸡,在小鸡各组织中发现了体黄素存在游离态、单酯态、二酯态3种形态,而且在不同组织中含量不同：肠道内的含量表现为单酯态>游离态>二酯态;血浆中的含量游离态占96%、单酯态占4%;肝脏中,游离态占80%、单酯态占20%;脚胫中含量,二酯态>单酯态,单脂态与游离态含量基本一致;同时还发现鸡血清样品中的叶黄素都呈自由态,而鸡皮脂肪里叶黄素以油酸二酯的形态存在15-16 。这说明饲料中二酯形态的叶黄素

8、在动物消化道内被水解成自由态,进入血液后又经酯化作用形成二酯态叶黄素储存于肉鸡皮下脂肪内。只有游离态的叶黄素才能被吸收,而自由态的叶黄素只有被转化为棕油酸二酯后才能稳定的被保存下来。一般认为黄体素和玉米黄质2个六元碳环上的羟基与其稳定性有很大关系2 。Herrick等发现,肉鸡从开始取食叶黄素到皮肤上显出黄色需要1015d时间17 。一般来说,饲料中叶黄素含量越高,肉鸡皮下脂肪中叶黄素沉积越多,皮肤和脚胫着色越强,颜色由浅黄- 深黄- 枯黄- 桔红18 。叶黄素可赋予鱼类的肌肉、皮肤以卵黄色、橙色和红色,这些颜色对观赏水生动物及具有较高经济价值的鱼、虾等尤其重要。国内外不少研究表明,叶黄素在肉

9、鸡皮肤中的沉积是一个累积过程,上市前10d开始饲喂叶黄素含量丰富的日粮能使肉鸡皮肤理想着色,因为沉积在肉鸡皮肤中的叶黄素化学性质不稳定,容易被氧化破坏,因此要使肉鸡皮肤得到理想着色,必须保证后期日粮中有足够的可利用叶黄素19。虽然天然叶黄素利用率低(相对于人工合成色素) ,易氧化,但只要使用得当,同样可使肉鸡达到理想的着色效果。4影响叶黄素含量的因素4.1种质的影响 不同植物品种叶黄素含量差异很大,即使是同一品种,不同基因型含量差异也很大。刘国道等20分析测定了113个植物品种的叶黄素和-胡萝卜素含量。发现热带植物品种类胡萝卜素含量丰富,但品种间差异较大,最高的达2840mg/kg,最低的仅8

10、0mg/kg,其中叶黄素含量在1000mg/kg以上的品种有34个,在5001000 mg/kg的品种有42个,在260500 mg/kg的品种有16个,在230mg/kg以下的品种有13个;-胡萝卜素含量差异也很大,含量最高的达5.72 g/kg,最低的仅有122.9 g/kg。Weber曾对10个玉米杂交品系中类胡萝卜素的含量及种类进行了详细研究。发现杂交系品种中各种类胡萝卜素所占比例有很大区别。有些品系2胡萝卜素含量较高,有些品系黄体素含量高达60%以上,而有些品系玉米黄质的含量高达70%。除此之外, 类胡萝卜素总含量最高的达72mg/kg,最低的仅0.09mg/kg。由于育种时一般没有

11、把叶黄素含量列为育种目标,所以导致玉米叶黄素含量有逐年下降的趋势。20世纪50年代末期,玉米叶黄素含量的上限值为40 mg/kg,而到20世纪80年代初期其上限值只有28mg/kg。刘东祥等测试了14个黄秋葵品系的叶黄素和-胡萝卜素含量,结果发现不同品系叶片中叶黄素和-胡萝卜素含量差异也很大。叶黄素含量最高达4200 mg/kg,最低为860mg/kg;-胡萝卜素含量最高达18.34 g/kg, 最低为1.43g/kg21 。李大婧等用高效液相色谱法测定万寿菊花(包括花瓣和花萼)中叶黄素和叶黄素酯的含量,发现不同颜色万寿菊花叶黄素和叶黄素酯的含量差别较大,黄绿色花色素含量为0.024%,橙色花

12、色素含量高达1.148% (均以干花粉计) ,颜色越深,叶黄素酯含量越高;橙色花中游离叶黄素较少,且主要以叶黄素酯的形式存在22 。4.2气候的影响植物叶黄素含量除受种质影响外,与日照、温度等也有密切的关系。张学杰等曾在3个地区种植万寿菊,发现同一个品种在不同种植区的叶黄素含量不同,在昼夜温差大,光照好的地区叶黄素含量较高23 。4.3加工贮藏的影响卢小良等发现矮象草和柱花草在65下烘干,比先400 处理再65 烘干,叶黄素损失少,与郭吉余等在不同干燥温度下海芋叶叶黄素含量不同的结论基本一致。叶黄素含量随着干燥温度的升高而下降, 65干燥条件下叶黄素的损失率最小。无氧贮存比有氧贮存叶黄素含量高

13、,加入惰性气体,叶黄素损失率则更低。随着贮存时间的延长,叶黄素含量有所下降。块状贮存叶黄素的损失率随着贮存时间的延长小于粉状贮存24-26 。保存过程中的温度、光照、氧气及保护剂对叶黄素稳定性有很大影响,避光、低温、真空保存,同时添加适量保护剂,可降低叶黄素的氧化速率,增加叶黄素贮存、使用的有效期27-28 。仇厚援等29发现常用的几种食品添加剂对万寿菊黄色素稳定性的影响不尽相同。防腐剂、酸味剂、护色剂、甜味剂等小分子有机化合物和分子量较大的络合剂对万寿菊黄色素的稳定性影响不大;亚硫酸钠可提高万寿菊黄色素的稳定性和保存率;氧化剂对黄色素有极大的破坏性,而具有较强抗氧化作用的酚类抗氧化剂却可显著

14、提高黄色素的稳定性。另外,氧化活性较弱的抗坏血酸也可提高黄色素的稳定性。目前叶黄素产品遍布全球,其中南美洲是世界上最大的叶黄素贸易市场,其叶黄素产量约占全球的1/2。东亚的中国及日本,东南亚各国等都具有强大的市场潜力。随着人们对食品安全的日益重视,食品、饲料添加剂的管理将更加严格,开发天然叶黄素着色剂也将有更大的市场前景。目前,商品化叶黄素主要从万寿菊中提取,我国土地辽阔,植物资源丰富,开发利用其他富含叶黄素的植物生产叶黄素也是今后重点发展的一个方向。参考文献1 于晓丽. 叶黄素产品研究 J . 内蒙古石油化工, 2005 (5) : 2 - 3.2 冯定远,何四旺,吴新连. 天然色素的使用和

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