144-68-3 / 玉米黃質的生物學特性

【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，并且在其結構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、 新黃質、 紫黃質，屬于類胡蘿卜素的氧化衍生物。玉米黃質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中。玉米黃質本身不具有維生素 A 的活性，但是它與其同分異構體葉黃質在預防老年性黃斑變性（AMD）中發揮了重要的作用。玉米黃質被廣泛的用于食品添加劑，并且在食品工業中，常用在給肉類食品的著色上。

【生物學特性】^[1]

1 g 玉米黃質可以溶于 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。玉米黃質溶于硫酸，可以形成相當穩定的深藍色化合物。玉米黃質是一種多烯化合物，含有 9 個交替出現的共軛雙鍵，在其碳骨架的兩個末端，各有一個含有羥基的紫羅酮環。玉米黃質與葉黃質是一對同分異構體，唯一的不同點在于紫羅酮環中雙鍵位置分布的不同。

玉米黃質與葉黃質廣泛存在與人體當中，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，但是只有玉米黃質和葉黃質集中出現在人眼睛內部視網膜的中央位置，在臨床上被稱為黃斑。人體自身無法合成玉米黃質，必須通過膳食攝入。綠色蔬菜是葉黃質的主要來源，但是其中的玉米黃質含量較少，玉米黃質主要來源于黃色玉米、 柑橘、 藍莓、 枸杞和雞蛋黃。在 1962 年，Jungalwala 等發現在金鳳花的花藥中，玉米黃質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，其果實中蘊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成熟期間的特異性表達有很密切的聯系， 它的玉米黃質二棕櫚酸酯含量達到1 000 mg/kg 濕重。很少有微生物合成玉米黃質，但是黃桿菌卻可以合成大量玉米黃質，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，蝦青素為玉米黃質的下游代謝產物。

【合成途徑】^[1]

玉米黃質屬于含氧類胡蘿卜素，是在類胡蘿卜素的末端環狀結構引入功能多樣的含氧基團而產生的，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、 新黃質、 紫黃質等。 最常見的類胡蘿卜素氧化反應是 β-胡蘿卜素和 α-胡蘿卜素的羥化反應，前者形成了玉米黃質，后者形成了葉黃質。 β-胡蘿卜素羥化酶和 ε-環羥化酶共同催化 α-胡蘿卜素發生反應生成了葉黃質， 葉黃質是植物光合作用器官中重要的組成成分。β-胡蘿卜素在連續的兩步由 β-胡蘿卜素羥化酶催化的反應中，形成了玉米黃質。玉米黃質隨后在玉米黃質環氧酶（ZEP）的催化下生成花藥黃質，進一步在 ZEP 的催化下生成紫黃質。在植物葉片細胞中，還存在一種與 ZEP 的催化功能正好相反的紫黃質脫環氧酶（VDE），它催化上述反應的逆反應過程。玉米黃質和花藥黃質與紫黃質在 ZEP 與 VDE 的催化下發生可逆的相互轉化反應，這一過程被稱為葉黃素循環（ xanthophyll cycle）(圖一)。ZEP和 VDE 是在植物中最早被發現的脂質轉運蛋白。在新黃質合成酶的催化作用下，紫黃質被轉化為新黃質。新黃質合成酶已經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。紫黃質與新黃質都是植物脫落酸（ ABA）生物合成的前體物質。

圖一葉黃素循環

【應用及發展前景】^[1]

玉米黃質在預防 AMD、 白內障、 低密度脂蛋白的過氧化方面具有重要的保護作用，所以在膳食中增加玉米黃質的攝入量，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酵的方法生產玉米黃質，隨著高產玉米黃質菌種的選育和玉米黃質分離純化條件的研究，將使玉米黃質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.玉米黃質的生物學功能及其應用[J].食品研究與開發,2016,37(16):210-212.