【正文】 ............................................... 21 致 謝 .............................................................. 23 黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 1 緒 論 玉米 皮 色素的主要成分及其原料資源狀 況 玉米皮色素的主要成分 玉米皮色素是一種可以從玉米皮中提取的利用價(jià)值較高的天然食用色素。玉米皮色素屬于類(lèi)胡蘿卜素， 是以 β 胡蘿卜素、玉米黃質(zhì) (3,3二羥基 β胡蘿卜素 )、隱黃素(3羥基 β胡蘿卜素 )、葉黃素 (3,3二羥基 α胡蘿卜素 )為主要成分的類(lèi)胡蘿卜素的混合物 [1]。 玉米皮色素生產(chǎn)的原料資源 玉米皮色素主要來(lái)源于農(nóng)作物玉米深加工的下腳料 —玉米皮。 玉米資源十分豐富 ， 是世界上重要的谷類(lèi)作物。 1998 年開(kāi)始玉米總產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)稻谷和小麥，居世界首位。世界玉米種植面積增長(zhǎng)迅速。 80 年代種植面積 12954萬(wàn)公頃 ， 90 年代種植面積達(dá)到 13618 萬(wàn)公頃， 增加了 %。 20 年來(lái)，玉米種植面積增長(zhǎng)最多的國(guó)家主要有 中國(guó)，面積增加 %；泰國(guó)，面積增加 %；巴西，增長(zhǎng)%；墨西哥，面積增加 %；美國(guó)，面積增加 %[2]。 我國(guó)的玉米深加工的前景十分廣闊。玉米深加工企業(yè)主要分布 的 產(chǎn)區(qū)，以山東、吉林為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2020 年山東省的玉米深加工企業(yè)玉米轉(zhuǎn)化能力達(dá)到 1500 萬(wàn)噸 ，實(shí)際轉(zhuǎn)化玉米超過(guò) 1000 萬(wàn)噸 [3]。吉林省的玉米深加工企業(yè)加工能力超過(guò) 1200 萬(wàn)噸 ，實(shí)際轉(zhuǎn)化玉米 850 萬(wàn)噸左右。兩省不但有眾多的中小型玉米深加工企業(yè) ， 而且都有幾家年加工能力超過(guò) 100 萬(wàn)噸的企業(yè)。如長(zhǎng)春大成實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司的年玉米加 工能力超過(guò)了 200 萬(wàn)噸 ， 吉林燃料乙醇的年玉米加工能力超過(guò)了 150 萬(wàn)噸。山東西王集團(tuán)的年玉米加工能力超過(guò)了 150 萬(wàn)噸 [4]。 從其他省份來(lái)看 ， 黑龍江省玉米深加工企業(yè)近年來(lái)發(fā)展迅速 ， 其玉米加工能力約為 650 萬(wàn)噸。遼寧省的玉米深加工企業(yè)發(fā)展較晚 ， 上規(guī)模的不多 ， 全省年玉米加工能力在 320 萬(wàn)噸左右。河北省的玉米深加工能力在 400 萬(wàn)噸左右等等，這都為玉米皮色素生產(chǎn)提供豐富的原料。 隨著人們對(duì) “回歸自然 ”的呼聲日益高漲 ， 以及科學(xué)研究對(duì)天然食用色素生理活性的逐步發(fā)掘 ， 天然食用色素在國(guó)際市場(chǎng)上銷(xiāo)售額的年增長(zhǎng)率一直保持 在 10%以上。天然 食用色素的市場(chǎng)巨大 ， 需求量逐年上升 ， 各國(guó)競(jìng)相開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，但目前我國(guó)天然食用 黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 色素的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。我國(guó)幅員遼闊 ， 位處寒、溫、亞熱、熱帶地區(qū) ， 生物資源豐富 ， 種類(lèi)繁多 ， 而且許多品種產(chǎn)地集中 ， 特別是玉米等農(nóng)產(chǎn)品更是隨處可見(jiàn) ， 為我國(guó)玉米皮色素的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)提供了豐富的原料。 我國(guó)應(yīng)抓住機(jī)遇 ， 立足國(guó)內(nèi)市場(chǎng) ， 開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)，充分利用資源優(yōu)勢(shì)。 利用玉米開(kāi)發(fā)深加工產(chǎn)品，具有成本低，來(lái)源豐富和價(jià)格低廉的特點(diǎn)。其中功能性食品或肽類(lèi)藥物是純天然的無(wú)毒副作用 ， 迎合了當(dāng)今消費(fèi)者心理，而且我國(guó)人口眾多 ， 相對(duì)需要量也多?？梢灶A(yù)見(jiàn) ， 開(kāi)發(fā)高附加值的玉米深加工產(chǎn)品的市場(chǎng)是可觀的 ， 它必將為企業(yè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益 ， 前景十分廣闊。 玉米皮色素 的 功能及其 應(yīng)用 近年來(lái) ,有關(guān)玉米皮色素功能研究越來(lái)越引起人們的關(guān)注，主要集中在有關(guān)玉米皮色素與眼部疾病、心臟疾病和癌癥的關(guān)系上 ， 同時(shí)對(duì)其抗氧化性質(zhì)也頗感興趣。流行病學(xué)研究顯示，攝入富含類(lèi)胡蘿卜素的蔬菜與癌癥的發(fā)生呈負(fù)關(guān)系，多攝入富含類(lèi)胡蘿卜素食物可增進(jìn)健康，降低患癌癥、心血管疾病、眼部疾病和白內(nèi)障等危險(xiǎn)。 維生素對(duì)眼睛的重要性人所共知 ,最近又發(fā)現(xiàn)其它維生素、類(lèi)胡蘿卜素和微量元素對(duì)眼 部營(yíng)養(yǎng)也十分重要，如玉米 黃質(zhì) 和葉黃素對(duì)眼睛也有保護(hù)作用。研究顯示攝入較多玉米黃質(zhì)、葉黃素和維生素可防患眼部黃斑退化。 krinsky 討論玉米黃質(zhì)和葉黃素對(duì)視網(wǎng)膜的保護(hù)作用，研究它們作為光過(guò)濾器的作用和抗氧化活性，及在飲食中增加玉米黃質(zhì)和葉黃素?cái)z入后使眼部黃斑色素增加[5]。 Mares 和 Perlman 等人綜述玉米黃質(zhì)和葉黃素對(duì)健康的益處，認(rèn)為增加這些類(lèi)胡蘿卜素的攝入將使人體器官中 (特別是眼睛 )這類(lèi)物質(zhì)的濃度上升，因而能夠降低患慢性疾病 (包括白內(nèi)障、癌癥和心臟病等 )風(fēng)險(xiǎn) [5]。 Jewell 認(rèn)為食物中葉黃素和 玉米黃質(zhì)對(duì)眼部代謝和功能有直接的影響 ， 葉黃素和玉米黃質(zhì)能夠選擇性地在眼部黃斑積累 ， 并提供黃斑色素。關(guān)于玉米黃質(zhì)和葉黃素的作用機(jī)理 ， 推測(cè)葉黃素和玉米黃質(zhì)可清除由于紫外線產(chǎn)生單分子氧對(duì)眼睛造成損害。已經(jīng)證實(shí)葉黃素和玉米黃質(zhì)是視網(wǎng)膜黃斑區(qū)域中唯一存在的類(lèi)胡蘿卜。在飲食中攝取的葉黃素和玉米黃質(zhì)可影響黃斑色素密度，使黃斑色素水平較高，降低患老年性眼部黃斑退化可能性，也降低老年性失明危險(xiǎn) [5]。 1995 年 Ariehlevy 等研究發(fā)現(xiàn) ， 類(lèi)胡蘿卜素在生物機(jī)體的抗氧化防御機(jī)制中具有重要作用。有人認(rèn)為，細(xì)胞缺氧是癌癥發(fā)生的基 本原因之一，因此類(lèi)胡蘿卜素的抗癌作用可用抗氧化作用和缺氧的調(diào)節(jié)作用來(lái)解釋。 玉米皮色素的抗氧化機(jī)理在于它作為類(lèi)胡蘿卜素所具有的共軛不飽和雙鍵的特黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 性，這一特性使之具有較強(qiáng)與氧反應(yīng)的能力。因此 ， 絕大部分類(lèi)胡蘿卜素都是單線態(tài)氧及自由基的清除劑，可以與氧以及由于亞油酸氧化而產(chǎn)生的自由基快速反應(yīng) ， 阻止了脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的鏈?zhǔn)絺鬟f，中斷過(guò)氧化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。姚艾東 [6]等對(duì)玉米皮色素的抗氧化能力進(jìn)行了測(cè)定，并與常用的合成抗氧化劑 BHT進(jìn)行了比較。結(jié)果表明 ,經(jīng)氧處理后 40min以?xún)?nèi)，加有玉米皮色素的樣品中 β胡蘿卜素的光密度下 降較少，總體上講與 BHT的抗氧化能力相似，顯然，玉米皮色素作為天然營(yíng)養(yǎng)的添加劑完全可以替代抗氧劑 BHT在食品中廣泛應(yīng)用 [7]。 玉米皮色素為油溶性色素 ， 可用于人造黃油、人造奶油、糖果、冰淇淋等食品中 ，其著色效果良好 ， 色澤鮮明 ， 無(wú)異味 ， 口感好 ，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定； 同時(shí)它也是一種具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的天然食用色素 ， 正在逐漸取代檸檬黃、日落黃等合成色素，是人體所必需的一類(lèi)化合物 ， 食用后在人體內(nèi)轉(zhuǎn)化成為維生素 A， 具有保護(hù)視力 ， 促進(jìn)人體生長(zhǎng)發(fā)育和提高免疫力的作用。研究發(fā)現(xiàn) ， 玉米皮色素能夠預(yù)防癌癥 ， 因此 ， 在食品、飲料、醫(yī)藥行業(yè)有著廣 泛的應(yīng)用前景 [8]。 玉米皮色素 的 提取方法 溶劑提取法 最常用的溶劑提取法是根據(jù)原料中被提取成分的極性和共存雜質(zhì)的理化特性的不同，遵循相似相溶原理，使有效成分從原料固體表面或組織內(nèi)部向溶劑中轉(zhuǎn)移的傳質(zhì)過(guò)程。我們大部分的色素提取采用都是以溶劑提取為基礎(chǔ)的提取方法，例如： 易筱筠 [9]等發(fā)表的有關(guān)溶劑萃取技術(shù)的述評(píng)，概括介紹了我國(guó)現(xiàn)階段的溶劑萃取技術(shù)； 杜高英 [10]等 采用浸提法從黃玉米中提取天然色素玉米黃，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，初步設(shè)計(jì)出了成品色素生產(chǎn)的工藝流程；彭子模 [11]用研磨和浸提法處理玉米淀粉餅渣 ， 蒸餾 色素浸提混合液 ， 回收提取液 ， 用不同比例的混合試劑提取以選擇最佳方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)以石油醚 ∶乙醇 = 3∶ 2 和丙酮∶乙醇 = 3∶ 2 提取液效果最佳 ， 色素產(chǎn)率高 ， 色質(zhì)好 ，提取溶劑回收率升高。 酶法提取 植物色素往往被包裹在細(xì)胞壁內(nèi) ， 而大部分植物的細(xì)胞壁由纖維素構(gòu)成。在提取植物成分前先用纖維素酶可以破壞 βD葡萄糖苷鍵 ,使植物細(xì)胞壁破壞 ， 再進(jìn)行活性成分的提取 ， 可提高提取率。趙功玲 [12]等研究了外加果膠酶及纖維素酶提取番茄中番黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 茄紅素的工藝 。 薛偉明 [13]等研究用纖維素酶提取紅花中的紅花黃色素。 超臨界流體萃取 法 超臨界流體萃取是利用處于臨界溫度、臨界壓力之上的超 臨界流體具有溶解許多物質(zhì)能力的性， 將其作為萃取劑 ,從液體或固體中萃取分離出特定成分的新型分離法。如， 郎中敏 [14]等進(jìn)論述了超臨界萃取技術(shù)在天然色素中的應(yīng)用前景。 該法要求技術(shù)含量高，條件不易控制 。并且 此法特別適于萃取揮發(fā)性、熱敏性色素 ， 如葉綠素和胭脂樹(shù)色素橙的提取 [1516]。 微波萃取法 微波技術(shù)輔助萃取是將微波激活與傳統(tǒng)的溶劑萃取法結(jié)合起來(lái)而形成的新型萃取技術(shù)。其基本原理是 ， 在微波場(chǎng)中利用吸收微波能力的差異使得基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某 些組分被選擇性加熱 ， 從而使得被萃取物質(zhì)從基體和體系中分離。該技術(shù)具有選擇性高、適合于熱不穩(wěn)定物質(zhì)等特點(diǎn)。已報(bào)道的如 鄧宇 [17]等進(jìn)行的番茄紅素提取方法的研究。國(guó)內(nèi)還有 利用 微波萃取法提取柚皮色素和桅子黃色素等 的研究 [1819]。 超聲波技術(shù)輔助萃取法 超聲波萃取法的基本原理是利用超聲波的空化作用加速植物有效成分的溶出 ， 另外超聲波的次級(jí)效應(yīng) ， 如機(jī)械振動(dòng)、乳化、擴(kuò)散、擊碎、化學(xué)效應(yīng)等也能加速欲提取成分的擴(kuò)散釋放 ， 并充分與溶劑混合 ， 利于提取 ； 超聲波的粉碎、攪拌等特殊作用 ,可打破植物細(xì)胞壁 ， 以使溶媒盡快滲透到植物 細(xì)胞中 ， 溶出其中有效成分。例如， 劉曉軒 [20]等采用正交法超聲波提取密蒙花黃色素 ， 方法簡(jiǎn)單、操作時(shí)間短、萃取率高 。汪振洋 等進(jìn)行了 超聲波輔助提取葡萄籽中原花青素 的研究。 分子蒸餾技術(shù) 分子蒸餾是一種特殊的液 液分離技術(shù) ， 可以在高真空度下進(jìn)行連續(xù)操作。其基本原理是基于不同物質(zhì)分子在高真空下分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別 ， 在遠(yuǎn)低于物質(zhì)常壓沸點(diǎn)溫度的條件下將其分離出來(lái)。該技術(shù)具有蒸餾溫度低、蒸餾壓力低、分離程度高、受熱時(shí)間短等特點(diǎn) ， 因而能大大降低高沸點(diǎn)物料的分離成本 ， 極好地保護(hù)熱敏性黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 物料的品質(zhì) ， 真正保持了純天然的特性 。分子蒸餾技術(shù)適合于把粗產(chǎn)品中高附加值的成分進(jìn)行分