CN108277253A - 一种利用生物酶提取玉米黄质和叶黄素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提取玉米黄质和叶黄素的方法，包括以下步骤：从蛋白酶、纤维素酶、果胶酶和脂肪酶中任取一种生物酶，或者任取几种生物酶进行混合；以玉米和/或其加工副产物为原料，将上述生物酶与原料混合，然后在水溶液中恒温进行酶解反应；酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与有机溶剂混匀，得到预处理后的酶解液；对上一步得到的预处理后的酶解液通过超声和/或搅拌进行提取，之后收集提取液并浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。本发明的有益之处在于：不仅安全、对环境友好，而且对设备要求较低，最关键的是，玉米黄质和叶黄素的提取率都较高。

Description

一种利用生物酶提取玉米黄质和叶黄素的方法

技术领域

本发明涉及一种提取玉米黄质和叶黄素的方法，具体涉及一种利用生物酶提取玉米及其加工副产物中玉米黄质和叶黄素的方法，属于农产品加工技术领域。

背景技术

我国是玉米生产大国，总产量全球排名第二，年产量高达6亿吨以上，具有丰富的玉米资源。玉米多被用于玉米淀粉生产、酒精发酵、饲料加工等领域，并且会产生许多副产物，如：玉米蛋白粉、玉米面粉、玉米膨化粉、玉米糁、玉米皮渣、玉米油饼饲料、玉米麸料等。玉米及其加工副产物除了含有蛋白质、淀粉、脂肪和纤维外，还含有大量的类胡萝卜素——玉米黄质和叶黄素。玉米黄质和叶黄素具有保护视力、缓解眼部疲劳、抗氧化、抗癌和预防心血管疾病等优异的功效。

我国同时也是玉米消费大国，但目前玉米多直接食用、加工为淀粉或发酵为酒精，其副产物多用作动物饲料，或者直接废弃，利用率十分有限，造成了资源的浪费。

为了提高玉米及其加工副产物的经济价值，有人通过有机溶剂萃取法或超临界CO₂提取法从玉米及其加工副产物中提取了玉米黄质和叶黄素，提取的玉米黄质和叶黄素可以应用于天然的食品色素、保健品、化妆品和药品等领域，具有巨大的经济潜力。

然而，有机溶剂萃取法使用的有机溶剂量大，提取率低，生产成本高，且玉米黄质酯和叶黄素酯需要强碱水解成单体，对环境有较大的污染。

超临界CO₂提取法较为安全无毒害，但是设备要求较高，且需要较高的生产成本，较难在工业化生产中普及。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用生物酶提取玉米及其加工副产物中玉米黄质和叶黄素的方法，该方法不仅安全、对环境友好，而且对设备要求较低，最关键的是，玉米黄质和叶黄素的提取率都较高。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种利用生物酶提取玉米及其加工副产物中玉米黄质和叶黄素的方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1：从蛋白酶、纤维素酶、果胶酶和脂肪酶中任取一种生物酶，或者任取几种生物酶进行混合；

Step2：以玉米和/或其加工副产物为原料，将上述生物酶与原料混合，然后在水溶液中恒温进行酶解反应；

Step3：酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与有机溶剂混匀，得到预处理后的酶解液；

Step4：对上一步得到的预处理后的酶解液通过超声和/或搅拌进行提取，之后收集提取液并浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。

前述的方法，其特征在于，在Step1中，前述蛋白酶为菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶中的任意一种，或者任意几种的混合。

前述的方法，其特征在于，在Step2中，前述加工副产物包括：玉米面粉、玉米膨化粉、玉米糁、玉米皮渣、玉米蛋白粉饲料、玉米油饼饲料和玉米麸料。

前述的方法，其特征在于，在Step2中，前述混合生物酶的用量为原料的0.05w％～10w％。

前述的方法，其特征在于，在Step2中，酶解反应的条件为：酶解温度35℃～55℃，酶解时间30min～300min，酶解环境pH值5～9。

前述的方法，其特征在于，在Step3中，前述有机溶剂为乙醇、乙酸乙酯、石油醚、丙酮和正己烷中的任意一种，或者任意几种的混合。

前述的方法，其特征在于，前述下层固体与有机溶剂的料液比为5％～20％。

前述的方法，其特征在于，在Step4中，提取的条件为：提取温度40℃～80℃，提取时间20min～120min，提取1～3次。

本发明的有益之处在于：

(1)不使用强碱等物质，虽然使用有机溶剂，但用量很少，安全无毒害，对环境友好；

(2)对设备要求较低，降低了生产成本，易于在工业化生产中普及；

(3)生物酶中的蛋白酶可将玉米黄质和叶黄素与蛋白质脱离，纤维素酶和果胶酶可破坏细胞壁，脂肪酶可以将玉米黄质酯和叶黄素酯水解为玉米黄质单体、叶黄素单体和脂肪酸，所以本发明的提取方法获得的玉米黄质和叶黄素的提取率都较高，并且纯度也都较高；

(4)反应条件平和，使得提取到的玉米黄质和叶黄素更为稳定。

附图说明

图1是实施例1所得到的玉米黄质和叶黄素的色谱图；

图2是实施例2所得到的玉米黄质和叶黄素的色谱图；

图3是实施例3所得到的玉米黄质和叶黄素的色谱图；

图4是实施例4所得到的玉米黄质和叶黄素的色谱图；

图5是实施例5所得到的玉米黄质和叶黄素的色谱图；

图6是实施例6所得到的玉米黄质和叶黄素的色谱图；

图7是实施例7所得到的玉米黄质和叶黄素的色谱图；

图8是实施例8所得到的玉米黄质和叶黄素的色谱图；

图9是实施例9所得到的玉米黄质和叶黄素的色谱图；

图10是实施例10所得到的玉米黄质和叶黄素的色谱图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

经研究发现，在玉米及其加工副产物中，玉米黄质和叶黄素与蛋白质紧密结合在一起，部分玉米黄质和叶黄素同时又与玉米及其加工副产物中的脂肪结合形成玉米黄素酯和叶黄素酯。

所以，我们的生物酶为蛋白酶、纤维素酶、果胶酶和脂肪酶中的任意一种，或者是任意几种的混合物。

在该生物酶中：

(1)蛋白酶：用于水解玉米及其加工副产物中的蛋白质，在一定温度、一定pH值下，能将大分子蛋白质水解为氨基酸和多肽链等产物，从而将玉米黄质和叶黄素与蛋白质脱离，有利于后期有机溶剂的萃取。

(2)纤维素酶和果胶酶：用于水解细胞壁中纤维素的β-1，4-葡萄糖苷键，生成可溶性的聚合物及D-葡萄糖，从而破坏细胞壁，有利于有机溶剂萃取出玉米黄质和叶黄素。

(3)脂肪酶：是一种甘油水解酶，用于水解玉米黄质酯和叶黄素酯，得到玉米黄质单体、叶黄素单体以及脂肪酸，从而提高玉米黄质和叶黄素的产率。

实施例1

以玉米蛋白粉饲料为原料，按以下步骤提取玉米黄质和叶黄素：

第1步：溶解生物酶

取0.05g菠萝蛋白酶溶于500mL水中。

第2步：进行酶解反应

将玉米蛋白粉饲料粉碎，取100g与上述菠萝蛋白酶溶液混合，然后在pH为7、温度为55℃条件下酶解300min。

第3步：灭活和预处理

酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与500mL有机溶剂乙醇混匀，得到预处理后的酶解液。

第4步：提取和浓缩

对上一步得到的预处理后的酶解液恒温40℃磁力搅拌提取120min，过滤，提取3次，合并提取液，之后对合并的提取液用旋转蒸发仪进行浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。

我们将粗提物冷冻干燥，经称量，得到13.65g粉状提取物。

最后，我们通过高效液相色谱对粉状提取物中玉米黄质的含量和叶黄素的含量进行了测定。

高效液相色谱的条件：C18(4.6mm×250mm，5μm)色谱柱，流动相为乙腈：甲醇：二氯甲烷＝80：13：7(v/v/v)，流速1.0mL·min^-1，检测波长为450nm，柱温为室温。

测定结果见图1。由图1可知，玉米黄质的提取率为0.56％，叶黄素的提取率为0.34％。

实施例2

以玉米面粉为原料，按以下步骤提取玉米黄质和叶黄素：

第1步：溶解生物酶

取10g木瓜蛋白酶溶于2L水中。

第2步：进行酶解反应

将玉米面粉粉碎，取100g与上述木瓜蛋白酶溶液混合，然后在pH为7、温度为55℃条件下酶解30min。

第3步：灭活和预处理

酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与700mL有机溶剂乙酸乙酯混匀，得到预处理后的酶解液。

第4步：提取和浓缩

对上一步得到的预处理后的酶解液恒温50℃机械搅拌加25KHz超声提取100min，提取2次，合并提取液，之后对合并的提取液用旋转蒸发仪进行浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。

我们将粗提物冷冻干燥，经称量，得到11.54g粉状提取物。

最后，我们通过高效液相色谱(高效液相色谱的条件与实施例1相同)对粉状提取物中玉米黄质的含量和叶黄素的含量进行了测定。测定结果见图2。由图2可知，玉米黄质的提取率为0.41％，叶黄素的提取率为0.33％。

实施例3

以玉米膨化粉为原料，按以下步骤提取玉米黄质和叶黄素：

第1步：溶解生物酶

取0.1g酸性蛋白酶溶于700mL水中。

第2步：进行酶解反应

将玉米膨化粉粉碎，取100g与上述酸性蛋白酶溶液混合，然后在pH为5、温度为40℃条件下酶解250min。

第3步：灭活和预处理

酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与900mL有机溶剂丙酮混匀，得到预处理后的酶解液。

第4步：提取和浓缩

对上一步得到的预处理后的酶解液恒温60℃40KHz超声提取80min，提取1次，之后对提取液用旋转蒸发仪进行浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。

我们将粗提物冷冻干燥，经称量，得到10.8g粉状提取物。

最后，我们通过高效液相色谱(高效液相色谱的条件与实施例1相同)对粉状提取物中玉米黄质的含量和叶黄素的含量进行了测定。测定结果见图3。由图3可知，玉米黄质的提取率为0.32％，叶黄素的提取率为0.28％。

实施例4

以玉米糁为原料，按以下步骤提取玉米黄质和叶黄素：

第1步：溶解生物酶

取0.2g中性蛋白酶溶于900mL水中。

第2步：进行酶解反应

将玉米糁粉碎，取100g与上述中性蛋白酶溶液混合，然后在pH为7、温度为40℃条件下酶解200min。

第3步：灭活和预处理

酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与1200mL有机溶剂石油醚混匀，得到预处理后的酶解液。

第4步：提取和浓缩

对上一步得到的预处理后的酶解液60KHz超声+机械搅拌提取60min，提取2次，合并提取液，之后对合并的提取液用旋转蒸发仪进行浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。

我们将粗提物冷冻干燥，经称量，得到14.5g粉状提取物。

最后，我们通过高效液相色谱(高效液相色谱的条件与实施例1相同)对粉状提取物中玉米黄质的含量和叶黄素的含量进行了测定。测定结果见图4。由图4可知，玉米黄质的提取率为0.45％，叶黄素的提取率为0.37％。

实施例5

以玉米皮渣为原料，按以下步骤提取玉米黄质和叶黄素：

第1步：溶解生物酶

取0.4g碱性蛋白酶溶于1.4L水中。

第2步：进行酶解反应

将玉米面粉粉碎，取100g与上述碱性蛋白酶溶液混合，然后在pH为9、温度为55℃条件下酶解180min。

第3步：灭活和预处理

酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与1500mL有机溶剂正己烷混匀，得到预处理后的酶解液。

第4步：提取和浓缩

对上一步得到的预处理后的酶解液恒温80KHz超声+磁力搅拌提取40min，提取3次，合并提取液，之后对合并的提取液用旋转蒸发仪进行浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。

我们将粗提物冷冻干燥，经称量，得到13.5g粉状提取物。

最后，我们通过高效液相色谱(高效液相色谱的条件与实施例1相同)对粉状提取物中玉米黄质的含量和叶黄素的含量进行了测定。测定结果见图5。由图5可知，玉米黄质的提取率为0.40％，叶黄素的提取率为0.32％。

实施例6

以玉米油饼饲料为原料，按以下步骤提取玉米黄质和叶黄素：

第1步：溶解生物酶

取0.8g纤维素酶溶于1.6L水中。

第2步：进行酶解反应

将玉米油饼饲料粉碎，取100g与上述纤维素酶溶液混合，然后在pH为5、温度为50℃条件下酶解150min。

第3步：灭活和预处理

酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与1700mL由丙酮和石油醚等体积混合组成的有机溶剂混匀，得到预处理后的酶解液。

第4步：提取和浓缩

对上一步得到的预处理后的酶解液恒温70℃机械搅拌提取30min，提取1次，之后对提取液用旋转蒸发仪进行浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。

我们将粗提物冷冻干燥，经称量，得到14.2g粉状提取物。

最后，我们通过高效液相色谱(高效液相色谱的条件与实施例1相同)对粉状提取物中玉米黄质的含量和叶黄素的含量进行了测定。测定结果见图6。由图6可知，玉米黄质的提取率为0.43％，叶黄素的提取率为0.35％。

实施例7

以玉米麸料为原料，按以下步骤提取玉米黄质和叶黄素：

第1步：溶解生物酶

取1.2g果胶酶溶于1.8L水中。

第2步：进行酶解反应

将玉米麸料粉碎，取100g与上述果胶酶溶液混合，然后在pH为5、温度为50℃条件下酶解100min。

第3步：灭活和预处理

酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与2000mL有机溶剂乙酸乙酯混匀，得到预处理后的酶解液。

第4步：提取和浓缩

对上一步得到的预处理后的酶解液恒温80℃机械搅拌提取20min，提取2次，合并提取液，之后对合并的提取液用旋转蒸发仪进行浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。

我们将粗提物冷冻干燥，经称量，得到13.0g粉状提取物。

最后，我们通过高效液相色谱(高效液相色谱的条件与实施例1相同)对粉状提取物中玉米黄质的含量和叶黄素的含量进行了测定。测定结果见图7。由图7可知，玉米黄质的提取率为0.36％，叶黄素的提取率为0.27％。

实施例8

以玉米蛋白粉为原料，按以下步骤提取玉米黄质和叶黄素：

第1步：溶解生物酶

取2.4g脂肪酶溶于2L水中。

第2步：进行酶解反应

将玉米蛋白粉粉碎，取100g与上述脂肪酶溶液混合，然后在pH为5、温度为50℃条件下酶解80min。

第3步：灭活和预处理

酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与1000mL由乙醇、乙酸乙酯和正己烷等体积混合组成的有机溶剂混匀，得到预处理后的酶解液。

第4步：提取和浓缩

对上一步得到的预处理后的酶解液恒温80℃80KHz超声+磁力搅拌提取20min，提取3次，合并提取液，之后对合并的提取液用旋转蒸发仪进行浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。

我们将粗提物冷冻干燥，经称量，得到13.0g粉状提取物。

最后，我们通过高效液相色谱(高效液相色谱的条件与实施例1相同)对粉状提取物中玉米黄质的含量和叶黄素的含量进行了测定。测定结果见图8。由图8可知，玉米黄质的提取率为0.38％，叶黄素的提取率为0.26％。

实施例9

以玉米蛋白粉为原料，按以下步骤提取玉米黄质和叶黄素：

第1步：溶解生物酶

取1.0g纤维素酶和1.0g中性蛋白酶，溶于1L水中。

第2步：进行酶解反应

将玉米蛋白粉粉碎，取100g与上述混合生物酶溶液混合，然后在pH为7、温度为40℃条件下酶解50min。

第3步：灭活和预处理

酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与1000mL由乙醇、乙酸乙酯和正己烷等体积混合组成的有机溶剂混匀，得到预处理后的酶解液。

第4步：提取和浓缩

对上一步得到的预处理后的酶解液恒温80℃机械80KHz超声+磁力搅拌提取20min，提取3次，合并提取液，之后对合并的提取液用旋转蒸发仪进行浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。

我们将粗提物冷冻干燥，经称量，得到15.6g粉状提取物。

最后，我们通过高效液相色谱(高效液相色谱的条件与实施例1相同)对粉状提取物中玉米黄质的含量和叶黄素的含量进行了测定。测定结果见图9。由图9可知，玉米黄质的提取率为0.56％，叶黄素的提取率为0.43％。

实施例10

以玉米蛋白粉为原料，按以下步骤提取玉米黄质和叶黄素：

第1步：溶解生物酶

取0.5g纤维素酶、1.0g中性蛋白酶和0.5g脂肪酶，溶于1L水中。

第2步：进行酶解反应

将玉米蛋白粉粉碎，取100g与上述混合生物酶溶液混合，然后在pH为7、温度为40℃条件下酶解90min。

第3步：灭活和预处理

酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与1000mL有机溶剂乙醇混匀，得到预处理后的酶解液。

第4步：提取和浓缩

对上一步得到的预处理后的酶解液恒温80℃80KHz超声+磁力搅拌提取20min，提取3次，合并提取液，之后对合并的提取液用旋转蒸发仪进行浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。

我们将粗提物冷冻干燥，经称量，得到17.3g粉状提取物。

最后，我们通过高效液相色谱(高效液相色谱的条件与实施例1相同)对粉状提取物中玉米黄质的含量和叶黄素的含量进行了测定。测定结果见图10。由图10可知，玉米黄质的提取率为0.78％，叶黄素的提取率为0.65％。

由此可见，本发明的提取方法获得的玉米黄质和叶黄素的提取率都较高，并且纯度也都较高。

此外，本发明的提取方法反应条件平和，不使用强碱等物质，虽然使用有机溶剂，但用量很少，安全无毒害，对环境友好，非常值得推广。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用生物酶提取玉米及其加工副产物中玉米黄质和叶黄素的方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1：从蛋白酶、纤维素酶、果胶酶和脂肪酶中任取一种生物酶，或者任取几种生物酶进行混合；

Step2：以玉米和/或其加工副产物为原料，将上述生物酶与原料混合，然后在水溶液中恒温进行酶解反应；

Step3：酶解反应结束后，70℃灭活，之后离心，并将下层固体与有机溶剂混匀，得到预处理后的酶解液；

Step4：对上一步得到的预处理后的酶解液通过超声和/或搅拌进行提取，之后收集提取液并浓缩，得到天然的玉米黄质和叶黄素粗提物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在Step1中，所述蛋白酶为菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶中的任意一种，或者任意几种的混合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在Step2中，所述加工副产物包括：玉米面粉、玉米膨化粉、玉米糁、玉米皮渣、玉米蛋白粉饲料、玉米油饼饲料和玉米麸料。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在Step2中，所述混合生物酶的用量为原料的0.05w％～10w％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在Step2中，酶解反应的条件为：酶解温度35℃～55℃，酶解时间30min～300min，酶解环境pH值5～9。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在Step3中，所述有机溶剂为乙醇、乙酸乙酯、石油醚、丙酮和正己烷中的任意一种，或者任意几种的混合。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述下层固体与有机溶剂的料液比为5％～20％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在Step4中，提取的条件为：提取温度40℃～80℃，提取时间20min～120min，提取1～3次。