玉米籽粒色素研究进展

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　　摘 要:玉米籽粒色素不但有呈色作用,还兼有营养保健等功能,对人类健康起着重要的保护作用,是重要的功能色素。本文对玉米籽粒色素的功能、籽粒颜色与抗氧化性及品质的关系、籽粒色素的积累规律及其提取方法等进行了概述,探讨了玉米籽粒色素研究与利用中存在的问题及前景。
　　关键词:玉米;籽粒色素;功能;提取方法;应用前景
　　中图分类号:S513.01文献标识号:A文章编号:1001-4942(2010)02-0055-04
　　
　　随着人们回归自然的愿望越来越强烈,以及合成色素导致的类似致癌及其它一些对人体的伤害作用(如可能导致生育力下降、畸胎、抵抗力下降、影响人的生长发育等等),人们越来越青睐于天然色素。
　　玉米籽粒色素一般分布在胚乳中,少数分布于果皮、种皮中(如西星赤糯一号)。一般可分为两种,类胡萝卜素(Carotenoid)和花色苷类色素(Anthocyanin)。类胡萝卜素是一类天然的抗氧化剂、着色剂,在玉米籽粒中的含量为0.1～9.0 mg/kg[1] ,主要由玉米黄质(Zeaxanthin)、隐黄素(Cryptoxanthin)和叶黄素(Lutein)等组成,还含有维生素A的前体β-胡萝卜素。黑玉米、紫玉米及红玉米等有色玉米籽粒中含有的色素主要是花色苷类色素。花色苷类色素属于类黄酮类色素,玉米中所含的花色苷类色素包括天竺葵色素(Pg)、矢车菊色素(Cy)及芍药色素(Pn)等,所接的苷基均为葡萄糖苷(Glc)。
　　
　　1 玉米籽粒色素的功能
　　
　　1.1 玉米籽粒色素中类胡萝卜素的功能
　　类胡萝卜素是一类天然化合物的总称,广泛存在于各种植物中,在动物及微生物中也有发现。类胡萝卜素可以分为三类:①胡萝卜素,羟类化合物,溶于石油醚;②叶黄素,亦称胡萝卜醇,是胡萝卜素的非酸性氧衍生物;③类胡萝卜素酸,胡萝卜素的羧酸衍生物,能溶于碱溶液。到目前为止,已经鉴定出的类胡萝卜素共有600多种,其中具有重要生物学功能的约50几种,如番茄红素(Lycopene)、叶黄素(Lutein)、玉米黄质(Zeaxanthin)、β-胡萝卜素(β-Carotene)和虾青素(Astaxanthin)等。存在于玉米籽粒中的类胡萝卜素主要是胡萝卜素和叶黄素。
　　近年来,有关玉米籽粒色素功能的研究主要集中在玉米籽粒色素与眼部疾病、心脏疾病和癌症的关系上,另外其抗氧化性也颇受关注。流行病学研究显示,蔬菜中类胡萝卜素的富含量与癌症的发生呈负相关,多摄入富含类胡萝卜素的食物可增进健康,降低患癌症、心血管疾病、眼部疾病如白内障等的危险。Carpenter研究发现玉米黄质有助于减缓动脉硬化进程[2]。Morris发现,血液中总的类胡萝卜素水平与冠心病的发病呈负相关。玉米黄质可显著降低心肌梗塞的发病率,并可降低总动脉内膜血管中层的增厚;且其被食用后可在人体肝脏内转化成具有生物活性的维生素A ,对促进人体的生长发育、保护视力、保护上皮细胞及提高抗病能力、延长寿命等具有特殊的功效。Jewell认为食物中叶黄素和玉米黄质对眼部代谢和功能有直接的影响,对因处于高氧压力和高光强度下所引起的婴儿视觉损伤具有保护作用;还可影响黄斑色素密度,使黄斑色素保持较高的水平,降低患老年性眼部黄斑退化可能性,从而降低老年性失明的危险[3]。叶黄素还被认为有助于滤掉对眼睛有破坏性的蓝光和防止自由基破坏眼睛内部的精细结构,保护视网膜免受光线和自由基的伤害。玉米黄质具有共轭不饱和双键,可通过淬灭单线态氧、与自由基快速反应及中断过氧化反应等抗氧化行为来保护机体组织细胞免受过氧化反应所造成的伤害[4,5];另外,玉米黄质还可保护醌类物质不被氧化。Snodderly研究得出,玉米黄质在抑制细胞脂质的自动氧化和防止氧化带来的细胞损害方面比β-胡萝卜素更有效,而细胞脂质的过氧化与肿瘤的生长有关。另有研究表明,随着玉米黄色素浓度的增高和氧分压的降低,其抗氧化作用更加明显;动物试验证明, 隐黄素的抗癌能力比菌脂色素等其它胡萝卜素类更强,抑癌效果更好。
　　1.2 玉米籽粒中花色苷类色素的功能
　　花色苷类色素是具有类黄酮典型结构2-苯基苯并吡喃阳离子结构的衍生物。已知有20种花色素,但在食品中重要的仅6种,分别是天竺葵色素(Pelargonidin)、矢车菊色素(Cyanidin)、飞燕草色素(Delphinidin)、芍药色素(Peonidin)、牵牛花色素(Petunidin) 和锦葵色素(Malvidin)。与花色素成苷的糖主要有葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖和由这些单糖构成的均匀或不均匀二糖和三糖,其中,3-单糖苷、5-双糖苷、3,5-二糖苷和3,7-二糖苷最常见。玉米籽粒中存在的花色苷类色素包括天竺葵色素、矢车菊色素、芍药色素、锦葵色素等,所接的苷基均为葡萄糖苷(Glc)。
　　花色苷类色素普遍具有抗氧化、消除自由基、降低血清及肝脏中脂肪含量、抗变异、抗肿瘤及防止人体内过氧化的作用。有研究表明,紫玉米籽粒色素可预防肝脏的损伤以及防痴呆和脑老化[6,7];大鼠试验的结果表明,紫玉米色素对PhIP(2-氨基-1-甲基-6-苯基-咪唑并[4,5-b]吡啶)诱发的大肠癌有明显的抑制作用[8];紫玉米色素还对高脂肪饮食者有明显抑制体重增加和体内脂肪组织积累的作用,但对正常的膳食无明显影响。另外,花色苷不仅能与金属离子形成螯合物,还能与金属离子、VC共同作用形成复合色素。Sarma和Sharma的研究表明,花青素能与DNA形成花色苷-DNA复合色素,因该复合物的形成先于羟基自由基的暴露,因而可保护花青素和DNA免受氧化损伤[9]。
　　
　　2 籽粒颜色与抗氧化性及品质的关系
　　
　　2.1 籽粒颜色与抗氧化性的关系
　　有关禾本科植物籽粒色素与抗氧化性关系的研究,稻米和小麦中较多,玉米中较少。孙玲研究指出,黑米对超氧阴离子自由基的清除率随种皮颜色的加深而提高,二者极显著正相关[11],表明稻米种皮颜色越深,抗氧化物质含量越高,抗氧化能力越强。宗学凤研究指出,黑粒小麦的总黄酮、氨基酸、VC、类胡萝卜素等抗氧化物质含量和SOD等抗氧化酶活性高于普通白粒和红粒小麦;并且籽粒色素含量、总黄酮含量、总氨基酸含量以及 SOD活性与 3 个抗氧化能力指标显著或极显著正相关,VC和类胡萝卜素含量与3个抗氧化指标之一或之二显著或极显著正相关,说明色素、黄酮、SOD、VC和氨基酸等是蓝、紫黑、深紫、紫等黑粒小麦的抗氧化能力强于白粒和红粒小麦的主要物质基础[12]。龙盛京研究指出,在新鲜样品中,黑枣抗活性氧的效能最强,其次是黑芝麻和黑米;在熟制品中,黑米的抗活性氧效能最强,其次是黑豆、黑枣、黑芝麻[13]。
　　2.2 籽粒颜色与品质的关系
　　禾本科植物籽粒颜色与品质的关系,在小麦中研究的比较系统,玉米在这方面研究的较少。籽粒颜色是谷物种子品质的一个重要方面,与粒形一起作为区分不同品种最直观的指标,同时与籽粒物理品质、营养品质、加工品质有一定相关性,与籽粒的商品品质也密切相关[14]。宗学凤研究指出,小麦籽粒颜色与其营养特性之间存在着非常密切的关系。紫、深紫、紫黑、蓝等黑粒小麦籽粒的色素含量显著或极显著高于普通白粒和红粒小麦,可溶性蛋白含量、粗蛋白含量、总氨基酸含量、VC含量和类胡萝卜素含量等营养指标高于白粒和红粒小麦 ,可溶性糖含量则低于白粒和红粒小麦;相关性分析结果表明,可溶性蛋白含量、粗蛋白含量、总氨基酸含量、VC含量和类胡萝卜素含量与色素含量呈正相关,可溶性糖含量与色素含量呈负相关[15]。有色小麦的矿质元素含量也明显高于普通小麦和白粒小麦。
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