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玉米黄质的生物学特性

发布日期:2018/10/17 14:20:03

【概述】[1]

类胡萝卜素是一类存在于水果和蔬菜中的天然色素,除了植物,许多光合细菌和真菌也可以合成类胡萝卜素,它们是萜类衍生物,并且在其结构中存在很多共轭双键。

天然生成的类胡萝卜素主要有两大类:(1)α-胡萝卜素和 β-胡萝卜素,属于类胡萝卜素类;(2)玉米黄质、 新黄质、 紫黄质,属于类胡萝卜素的氧化衍生物。玉米黄质是黄玉米的主要色素,它的分子式为 C40H56O2,分子量为 568.88 道尔顿,其 CAS 登记号为 144-68-3。玉米黄质广泛的分布于黄色玉米、 蛋黄、 橙色和黄色的一些蔬菜和水果当中。玉米黄质本身不具有维生素 A 的活性,但是它与其同分异构体叶黄质在预防老年性黄斑变性(AMD)中发挥了重要的作用。玉米黄质被广泛的用于食品添加剂,并且在食品工业中,常用在给肉类食品的着色上。

【生物学特性】[1]

1 g 玉米黄质可以溶于 1.5 L 沸腾的甲醇中,几乎不溶于石油醚和己烷,在乙醚、 氯仿、 二硫化碳、 和吡啶中有较好的溶解性能。玉米黄质溶于硫酸,可以形成相当稳定的深蓝色化合物。玉米黄质是一种多烯化合物,含有 9 个交替出现的共轭双键,在其碳骨架的两个末端,各有一个含有羟基的紫罗酮环。玉米黄质与叶黄质是一对同分异构体,唯一的不同点在于紫罗酮环中双键位置分布的不同。

玉米黄质与叶黄质广泛存在与人体当中,在眼、 胰脏、 肝脏、 脾脏、 肾脏、 卵巢等组织器官中具有较高浓度,对人类身体健康起着重要的作用。人类血液中存在多种类胡萝卜素,但是只有玉米黄质和叶黄质集中出现在人眼睛内部视网膜的中央位置,在临床上被称为黄斑。人体自身无法合成玉米黄质,必须通过膳食摄入。绿色蔬菜是叶黄质的主要来源,但是其中的玉米黄质含量较少,玉米黄质主要来源于黄色玉米、 柑橘、 蓝莓、 枸杞和鸡蛋黄。在 1962 年,Jungalwala 等发现在金凤花的花药中,玉米黄质含量占了其总类胡萝卜素含量的 90 %左右。枸杞( Lycium chinense)属于双子叶植物纲的茄科落叶灌木植物,是一种广泛使用的中药材,其果实中蕴含丰富的类胡萝卜素,这主要与枸杞类胡萝卜素生物合成途径在其果实成熟期间的特异性表达有很密切的联系, 它的玉米黄质二棕榈酸酯含量达到1 000 mg/kg 湿重。很少有微生物合成玉米黄质,但是黄杆菌却可以合成大量玉米黄质,占其总色素的 95 %以上。很多海洋微生物和藻类则是以合成虾青素为主,虾青素为玉米黄质的下游代谢产物。

【合成途径】[1]

玉米黄质属于含氧类胡萝卜素,是在类胡萝卜素的末端环状结构引入功能多样的含氧基团而产生的,这样的类胡萝卜素被称为叶黄素。类胡萝卜素的氧化反应受到很许多种类的酶的催化作用,例如羟化酶、酮基化酶和环氧酶等。通过这些酶的催化作用形成了种类繁多的含氧类胡萝卜素,例如叶黄质、 新黄质、 紫黄质等。 最常见的类胡萝卜素氧化反应是 β-胡萝卜素和 α-胡萝卜素的羟化反应,前者形成了玉米黄质,后者形成了叶黄质。 β-胡萝卜素羟化酶和 ε-环羟化酶共同催化 α-胡萝卜素发生反应生成了叶黄质, 叶黄质是植物光合作用器官中重要的组成成分。β-胡萝卜素在连续的两步由 β-胡萝卜素羟化酶催化的反应中,形成了玉米黄质。玉米黄质随后在玉米黄质环氧酶(ZEP)的催化下生成花药黄质,进一步在 ZEP 的催化下生成紫黄质。在植物叶片细胞中,还存在一种与 ZEP 的催化功能正好相反的紫黄质脱环氧酶(VDE),它催化上述反应的逆反应过程。玉米黄质和花药黄质与紫黄质在 ZEP 与 VDE 的催化下发生可逆的相互转化反应,这一过程被称为叶黄素循环( xanthophyll cycle)(图一)。ZEP和 VDE 是在植物中最早被发现的脂质转运蛋白。在新黄质合成酶的催化作用下,紫黄质被转化为新黄质。新黄质合成酶已经从马铃薯和蕃茄中克隆出来,并且研究表明它们有很高的同源性。紫黄质与新黄质都是植物脱落酸( ABA)生物合成的前体物质。

图一叶黄素循环

【应用及发展前景】[1]                                                                                                                                    

玉米黄质在预防 AMD、 白内障、 低密度脂蛋白的过氧化方面具有重要的保护作用,所以在膳食中增加玉米黄质的摄入量,对于人体健康是非常有益的。目前,已有很多报道使用微生物发酵的方法生产玉米黄质,随着高产玉米黄质菌种的选育和玉米黄质分离纯化条件的研究,将使玉米黄质成为一种重要的功能性食品添加剂。

【参考资料

  [1]陈垚,罗兰,吴疆.玉米黄质的生物学功能及其应用[J].食品研究与开发,2016,37(16):210-212.