144-68-3 / 玉米黃質(zhì)的生物學(xué)特性

【概述】^[1]

類胡蘿卜素是一類存在于水果和蔬菜中的天然色素，除了植物，許多光合細(xì)菌和真菌也可以合成類胡蘿卜素，它們是萜類衍生物，并且在其結(jié)構(gòu)中存在很多共軛雙鍵。

天然生成的類胡蘿卜素主要有兩大類：（1）α-胡蘿卜素和 β-胡蘿卜素，屬于類胡蘿卜素類；（2）玉米黃質(zhì)、 新黃質(zhì)、 紫黃質(zhì)，屬于類胡蘿卜素的氧化衍生物。玉米黃質(zhì)是黃玉米的主要色素，它的分子式為 C40H56O2，分子量為 568.88 道爾頓，其 CAS 登記號為 144-68-3。玉米黃質(zhì)廣泛的分布于黃色玉米、 蛋黃、 橙色和黃色的一些蔬菜和水果當(dāng)中。玉米黃質(zhì)本身不具有維生素 A 的活性，但是它與其同分異構(gòu)體葉黃質(zhì)在預(yù)防老年性黃斑變性（AMD）中發(fā)揮了重要的作用。玉米黃質(zhì)被廣泛的用于食品添加劑，并且在食品工業(yè)中，常用在給肉類食品的著色上。

【生物學(xué)特性】^[1]

1 g 玉米黃質(zhì)可以溶于 1.5 L 沸騰的甲醇中，幾乎不溶于石油醚和己烷，在乙醚、 氯仿、 二硫化碳、 和吡啶中有較好的溶解性能。玉米黃質(zhì)溶于硫酸，可以形成相當(dāng)穩(wěn)定的深藍(lán)色化合物。玉米黃質(zhì)是一種多烯化合物，含有 9 個交替出現(xiàn)的共軛雙鍵，在其碳骨架的兩個末端，各有一個含有羥基的紫羅酮環(huán)。玉米黃質(zhì)與葉黃質(zhì)是一對同分異構(gòu)體，唯一的不同點(diǎn)在于紫羅酮環(huán)中雙鍵位置分布的不同。

玉米黃質(zhì)與葉黃質(zhì)廣泛存在與人體當(dāng)中，在眼、 胰臟、 肝臟、 脾臟、 腎臟、 卵巢等組織器官中具有較高濃度，對人類身體健康起著重要的作用。人類血液中存在多種類胡蘿卜素，但是只有玉米黃質(zhì)和葉黃質(zhì)集中出現(xiàn)在人眼睛內(nèi)部視網(wǎng)膜的中央位置，在臨床上被稱為黃斑。人體自身無法合成玉米黃質(zhì)，必須通過膳食攝入。綠色蔬菜是葉黃質(zhì)的主要來源，但是其中的玉米黃質(zhì)含量較少，玉米黃質(zhì)主要來源于黃色玉米、 柑橘、 藍(lán)莓、 枸杞和雞蛋黃。在 1962 年，Jungalwala 等發(fā)現(xiàn)在金鳳花的花藥中，玉米黃質(zhì)含量占了其總類胡蘿卜素含量的 90 %左右。枸杞（ Lycium chinense）屬于雙子葉植物綱的茄科落葉灌木植物，是一種廣泛使用的中藥材，其果實(shí)中蘊(yùn)含豐富的類胡蘿卜素，這主要與枸杞類胡蘿卜素生物合成途徑在其果實(shí)成熟期間的特異性表達(dá)有很密切的聯(lián)系， 它的玉米黃質(zhì)二棕櫚酸酯含量達(dá)到1 000 mg/kg 濕重。很少有微生物合成玉米黃質(zhì)，但是黃桿菌卻可以合成大量玉米黃質(zhì)，占其總色素的 95 %以上。很多海洋微生物和藻類則是以合成蝦青素為主，蝦青素為玉米黃質(zhì)的下游代謝產(chǎn)物。

【合成途徑】^[1]

玉米黃質(zhì)屬于含氧類胡蘿卜素，是在類胡蘿卜素的末端環(huán)狀結(jié)構(gòu)引入功能多樣的含氧基團(tuán)而產(chǎn)生的，這樣的類胡蘿卜素被稱為葉黃素。類胡蘿卜素的氧化反應(yīng)受到很許多種類的酶的催化作用，例如羥化酶、酮基化酶和環(huán)氧酶等。通過這些酶的催化作用形成了種類繁多的含氧類胡蘿卜素，例如葉黃質(zhì)、 新黃質(zhì)、 紫黃質(zhì)等。 最常見的類胡蘿卜素氧化反應(yīng)是 β-胡蘿卜素和 α-胡蘿卜素的羥化反應(yīng)，前者形成了玉米黃質(zhì)，后者形成了葉黃質(zhì)。 β-胡蘿卜素羥化酶和 ε-環(huán)羥化酶共同催化 α-胡蘿卜素發(fā)生反應(yīng)生成了葉黃質(zhì)， 葉黃質(zhì)是植物光合作用器官中重要的組成成分。β-胡蘿卜素在連續(xù)的兩步由 β-胡蘿卜素羥化酶催化的反應(yīng)中，形成了玉米黃質(zhì)。玉米黃質(zhì)隨后在玉米黃質(zhì)環(huán)氧酶（ZEP）的催化下生成花藥黃質(zhì)，進(jìn)一步在 ZEP 的催化下生成紫黃質(zhì)。在植物葉片細(xì)胞中，還存在一種與 ZEP 的催化功能正好相反的紫黃質(zhì)脫環(huán)氧酶（VDE），它催化上述反應(yīng)的逆反應(yīng)過程。玉米黃質(zhì)和花藥黃質(zhì)與紫黃質(zhì)在 ZEP 與 VDE 的催化下發(fā)生可逆的相互轉(zhuǎn)化反應(yīng)，這一過程被稱為葉黃素循環(huán)（ xanthophyll cycle）(圖一)。ZEP和 VDE 是在植物中最早被發(fā)現(xiàn)的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。在新黃質(zhì)合成酶的催化作用下，紫黃質(zhì)被轉(zhuǎn)化為新黃質(zhì)。新黃質(zhì)合成酶已經(jīng)從馬鈴薯和蕃茄中克隆出來，并且研究表明它們有很高的同源性。紫黃質(zhì)與新黃質(zhì)都是植物脫落酸（ ABA）生物合成的前體物質(zhì)。

圖一葉黃素循環(huán)

【應(yīng)用及發(fā)展前景】^[1]

玉米黃質(zhì)在預(yù)防 AMD、 白內(nèi)障、 低密度脂蛋白的過氧化方面具有重要的保護(hù)作用，所以在膳食中增加玉米黃質(zhì)的攝入量，對于人體健康是非常有益的。目前，已有很多報道使用微生物發(fā)酵的方法生產(chǎn)玉米黃質(zhì)，隨著高產(chǎn)玉米黃質(zhì)菌種的選育和玉米黃質(zhì)分離純化條件的研究，將使玉米黃質(zhì)成為一種重要的功能性食品添加劑。

【參考資料】

[1]陳垚,羅蘭,吳疆.玉米黃質(zhì)的生物學(xué)功能及其應(yīng)用[J].食品研究與開發(fā),2016,37(16):210-212.