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吴兴壮，张 华，王小鹤，鲁 明，张晓黎
(辽宁省农业科学院，食品与加工研究所，辽宁沈阳 110161)
摘 要:由于叶黄素(lutein)是自然界广泛存在的二羟基类胡萝卜素，也是人眼视网膜黄斑色素主要组成部分。叶黄
素可有效预防并辅助治疗老年性黄斑退化病和白内障等眼部疾病，其在生物活性物质利用领域有广泛的应用前景。
万寿菊是工业上提取分离叶黄素的理想工业原料。本文从万寿菊叶黄素提取专用品种、叶黄素分子结构及叶黄素稳
定性等 6 个方面综述了近年来国内外有关万寿菊叶黄素的研究工作，并进行了前景展望。
关键词:叶黄素，万寿菊，制备
Research progress of preparation technology
of lutein extract from marigold
WU Xing－zhuang，ZHANG Hua，WANG Xiao－he，LU Ming，ZHANG Xiao－ li
(Food and Processing Research Institute，Liaoning Academy of Agricultural Sciences，Shenyang 110161，China)
Abstract:As the lutein is widespread in nature dihydroxy carotenoids，and it also is a human eye retina main
component of macular pigment.Lutein could be an effective adjuvant therapy to prevent and age－related macular
disease and cataract and other degenerative eye diseases，and its used in the field of bioactive substances have a
wide application prospect.Marigold is the industrial extraction and separation on the ideal of industrial raw materials
lutein.In this paper，lutein extracted from marigold exclusive varieties，the molecular structure of lutein and lutein
stability at home and abroad in recent years，six aspects of the relevant research work of marigold lutein and the
prospect were reviewed.
Key words:lutein;marigold;preparation
中图分类号:TS201.2 文献标识码:A 文 章 编 号:1002－0306(2012)06－0456－05
收稿日期:2011－04－12
作者简介:吴兴壮(1975－) ，男，副研究员，主要从事微生物发酵与天
然食品添加剂方面的研究。
万寿菊(Tagets erecta L)是菊科万寿菊属一年生
草本植物，原产墨西哥及美洲地区，18 世纪后期传入
我国。其具有适应性强、对土壤要求不严格、耐移
植、开花多、花期长、植株矮壮、稍耐早霜、喜温暖、花
色因品种不同而呈现鲜艳的黄色至橙红色等特点，
作为观赏、美化、净化环境的花卉，其体内含有驱虫
化学成分［1－4］，为杀虫剂、除虫菊蚊香提供了原料。
近几年来，由于对天然产物的研究日益重视，人们开
始关注万寿菊的开发利用。万寿菊花中的叶黄素又
称“植物黄素体”，属于一种含氧无维生素 A 活性的
类胡萝卜天然色素，色泽鲜艳、无毒无害。主要着色
成分是全反式叶黄素(3R，3R，6R－β，ε－胡萝卜素
－3，3－二醇)［5－8］。橙色品种万寿菊干花朵类胡萝卜
素含量为 0.6% ～2.5%，其中叶黄素酯约占总类胡萝
卜素 88% ～92%［9］。叶黄素酯通过水解形成叶黄素
单体［10］，可作为食品及饲料着色剂使用［11］。叶黄素
的生物利用率与其存在形式、食品基质、生物个体特
征、营养状况及遗传背景等密切相关，食物中叶黄素
的利用率与食品加工状态、细胞结构的破坏与否密
切相关，叶黄素脂肪酸酯的生物利用率与膳食中的
脂肪量有着密切的关系，适量的膳食脂肪有利于叶
黄素脂肪酸酯在肠道的吸收。早在上世纪 80 年代
中期，西方医学研究人员发现:叶黄素在抗氧化、预
防视网膜黄复病和肌肉退化所导致的盲眼病、预防
癌症、心血管疾病、冠心病及增强机体免疫力等方面
有着广泛的生物活性［12－13］。叶黄素既有着色又有生
理功效双重作用，广泛应用于饲料添加剂、食品添加
剂、医药、工业染料、水产品等行业。从万寿菊中提
取的黄色素，在美洲、欧洲等许多国家已形成了规模
化生产，我国自 20 世纪 90 年代中期开始种植万寿
菊［14］。现从高产专用色素万寿菊品种筛选及万寿菊
叶黄素的结构组成以及叶黄素提取、纯化及稳定性
等方面进行阐述，以促进万寿菊叶黄素资源的进一
步研究及开发利用。
1 万寿菊提取叶黄素专用品种筛选及配套
技术
国外对万寿菊栽培方法、色素种类及含量的研
究较多，Yadav、Chanda 及 Mohanty 等人先后对万寿
菊的栽植密度、种植时间和生长环境进行研究，提出
了各自的栽植密度和栽培方法，Piccaglia 研究了收获
期及环境条件与花瓣色素含量的关系，国内外有关
万寿菊育种的报道很少，我国的姚振明等、王平等以
雄性不育两用系作母本，同品种可育系作父本配制
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2012.06.043
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万寿菊杂交种，并结合当地的自然条件分别总结出
了万寿菊杂交一代制种生产技术［1，4］。曾丽等［1］、周
叶林［15］对提取色素用万寿菊品种筛选及配套栽培技
术进行研究。近些年来，王平等人选育的色素万寿
菊专用品种色素 1 号，遗传性状稳定，整齐一致，抗
性强，耐高温，耐雨湿，管理方便，于 2005 年在辽宁
省农业科学院，2006 年在赤峰宏瑞园艺有限公司、法
库县农业推广中心种植，色素含量平均为 24‰，都显
著地高于对照(对照为法库县种植的 F1) ，比对照增
加了 2.5 个色点。在辽宁省农业科学院小区平均产
量为 190kg，折合 667m2 产 5632kg，比对照增产
38.7%;在赤峰 667m2 产 4242kg，显著地高于对照
20.9%;在法库县 667m2 产量为 4064kg，极显著地高于
对照 31.8%［16］。我国一些研究单位在引种的同时也选
育了一些品种，如中国农业科学院蔬菜花卉研究所选
育的“气象万寿菊”、内蒙赤峰喀旗选育的“科丰万寿
菊”等，不过色素万寿菊的育种研究工作还相对薄弱。
2 叶黄素的发现及万寿菊叶黄素的分子结构
叶黄素(lutein)1831 年首次由 Heinrich wihelm
和 Ferdinand Wackenroder 从胡萝卜根中提取出来。
它是一种含羟基的类胡萝卜素，分子式为 C40 H56 O2，
分子质量为 568.88［17］。万寿菊叶黄素是由万寿菊属
植物金盏花(亦称万寿菊，Tagetse erecta)在常温下浸
提而得的叶黄素类(Xanthophylls)混合物，包括叶黄
素(lutein)、叶黄素的二棕榈酸酯(helenien)以及其
他胡萝素的羟基化衍生物和环氧化衍生物［12］。其分
子结构的碳骨架由中央多聚烯链和位于两侧的芳香
环组成，并在每个芳香环上各有一个羟基(－OH)。在
许多自然资源(如高等植物的花瓣)中叶黄素是以酯
的形式存在的，大部分存在于自然界中的叶黄素及
其酯为全反式异构体。游离叶黄素可以被人体直接
吸收利用，而叶黄素酯则必须在体内水解成叶黄素
后才能被吸收。叶黄素是一种人体不能制造的营养
元素，有 8 种异构体，较难采用化学合成，只能从天
然植物中提取［2，18］。
3 万寿菊鲜花提取叶黄素前发酵技术
万寿菊鲜花在加工成颗粒前必须经乳酸菌发酵
处理过程。一方面起到对原料贮藏保鲜作用，另一
方面通过发酵促使细胞破壁，提高叶黄素的提取率。
目前，我国万寿菊加工企业多数采取鲜花自然发酵
法，存在着发酵周期长、染杂菌多而腐烂变质、造成
原料浪费和环境污染等问题。少数万寿菊加工企业
利用国外进口青贮饲料发酵剂，人工接种发酵，但存
在着叶黄素因酶解受到损失，影响万寿菊叶黄素出
率和质量，且成本较高等问题。笔者通过查阅大量
国内外以颗粒为原料提取叶黄素的文献，但就发酵
技术专门的研究未见报道，张华等人就此项实验开
展研究工作，已筛选并复配出高效乳酸菌发酵剂，确
定发酵工艺流程和技术参数，并在 2 家万寿菊加工
企业应用，效果理想。因此，开展万寿菊鲜花乳酸菌
发酵技术研究，通过人工接种高效复合乳酸菌发酵
剂和完善发酵工艺技术，提高万寿菊乳酸菌发酵效
率和产品质量，十分必要。
4 万寿菊叶黄素浸膏的提取方法
目前提取天然叶黄素的方法有:有机溶剂萃取、
CO2 超临界萃取、生物技术萃取、微波萃取、超声波萃
取等方法。
4.1 有机溶剂或二元混合溶剂提取
溶剂提取法是传统生产方法，而且国内绝大多
数浸膏生产企业都在采用此方法。崔震海等通过改
变溶剂种类、提取时间等条件对叶黄素提取率的影
响进行了研究，发现采用氯仿－乙醇 3∶2 的混合溶液，
浸提次数 2 次，物料比 1∶10，浸提时间 2h /次，提取效
果最佳［19］。牛桂玲等对寿菊叶黄素的提取条件进行
研究，发现最佳提取条件是以正己烷为溶剂，料液比
1∶15，浸提 2 次，每次 4h［11］。秦清研究了利用正己烷
和乙醇混合溶剂，或石油醚溶剂，从万寿菊花粉中提
取叶黄素的方法，发现正己烷(为提取剂)和 95%乙
醇(体积比 3∶2) ，提取温度 60℃，提取时间 4～5h，提
取次数 5～6 次，液料比 15∶1［20］提取效果最佳。宋昊
等研究了万寿菊花中的叶黄素在几种有机纯溶剂以
及这些溶剂和乙醇的二元混合溶剂中的溶解规律，
发现用含乙醇 40% 的石油醚、乙醇混合溶剂(石油
醚沸程为30～60℃)提取叶黄素效果较好，适当的二
组分混合溶剂对叶黄素的浸取效果比纯溶剂好，超
声波振荡、提高浸取温度可使叶黄素浸取速率提高
3～6倍［21］。刘洪海等采用甲醇处理万寿菊鲜花后直
接用正己烷提取叶黄素酯，采用甲醇处理万寿菊鲜
花后直接用正己烷提取叶黄素酯，并通过 L9(3
4)正
交实验确定了叶黄素酯皂化的最佳条件，即 KOH /甲
醇质量分数为 20%、KOH为 4∶1、时间为 40min、温度
为 50℃时，叶黄素酯皂化进行的比较完全［18］。赵文
恩等也用乙醇和正己烷提取万寿菊发酵干花粒中叶
黄素［22］，但是这些加工过程都引起类胡萝卜素大量
损失。在青贮阶段，鲜花在无太多保护条件下贮存
2～3 月，通过自然发酵，此过程促使细胞破壁，提高叶
黄素的提取率。然而，由于自然发酵条件无法控制，
大量类胡萝卜素被氧化损失掉。同时，由于青贮阶
段多种微生物的活动，大量的组织细胞水变为高生
物需氧量的污水。干燥过程中，鲜花中类胡萝卜素
易被氧化，也有较多损失。因此，从经济和环境的角
度考虑，都要最大限度地减少类胡萝卜素在加工过
程中的损失，研究高效乳酸菌发酵剂促使细胞破壁，
以利于叶黄素提取和提高出率是非常必要的。
4.2 CO2 超临界萃取、生物技术萃取、超声波辅助
萃取
超临界流体萃取法是从天然动植物中提取功能
活性成分的另一种常见方法，它安全、无毒、不破坏
活性成分［23－25］。马清香等采用超临界 CO2 萃取技
术，研究了从万寿菊花中萃取叶黄素的工艺条件，得
出原料含水率 10.92%，粒径 40 目，萃取温度 6℃，压
力 30MPa，CO2 流速 15L /h，分离釜Ⅰ温度 40℃，压力
6MPa，分离釜Ⅱ温度 20℃，时间为 6h 时萃取效果
好［26］。惠伯棣等也做了此项研究［10］。侯相林研究发
酵干燥鲜花的超临界 CO2 生产工艺，在 20～40MPa，
30～60℃，超临界萃取 1～10h，减压分离得提取液，皂
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化后制得产品纯度为 18%～ 22%，色价为 212 ～
321［27］。目前，国内已有色素生产企业用此种方法提
取叶黄素浸膏。李大倩等对生物技术萃取已作了详
细论述，得出此方法明显优于单纯的有机溶剂
法［28－29］。天然植物成分大多为细胞内产物，提取时往
往需要将细胞破碎，而现有的机械或化学破碎方法
有时难于取得理想的破碎效果。超声波协助法在植
物有效成分地提取中已显示出了明显的优势。超声
波能产生并传递强大的能量，由于高能量的超声波
作用在液体里，当液体处于稀疏状态下时，液体会被
撕裂成很多小的空穴，这些空穴一瞬间就闭合，闭合
时产生瞬间高压，即产生空化效应。超声波的空化
效应产生极大的压力造成被粉碎物细胞壁及整个生
物体的破碎，而且整个破碎过程在瞬间完成。同时，
超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩
散及溶解，有利于胞内有效成分的提取。在超声波
辅助提取万寿菊中叶黄素的过程中，超声波将细胞
破碎，使叶黄素能够快速、高效地进入提取溶剂，从
而缩短提取时间，增加提取效率。李大倩等研究超
声波强化有机溶剂提取万寿菊花粉中叶黄素的工艺
过程，考察了萃取率的影响因素，结果表明，正己烷
和石油醚作提取溶剂效果较好。以 1.000g 万寿菊花
粉为原料，超声波强化正己烷的较优提取条件为:料
液比 1∶20 (g∶mL，以下同) ，超声波功率 3130W，超声
波作用时间 30min，叶黄素提取率 93.65%;强化石油
醚的较优条件为:料液比 1∶20，超声波功率 400W，超
声波作用时间 30min，叶黄素提取率 98.77%［30］。孟
丽等研究了超声提取万寿菊干花中叶黄素酯的工艺
条件，分别考察了不同溶剂、料液比、超声功率和超
声时间对叶黄素酯含量的影响。结果表明:采用正
己烷为溶剂，料液比 1∶30，超声功率 500W，超声时间
40min 为最佳条件，此时叶黄素酯的含量达到
15.5mg /g［31］。杨云裳等究采用 L9(3
4)正交实验，以
叶黄素含量(g)为评价指标，用反高效液相色谱法测
定，研究了超声温度、超声时间、抗坏血酸用量、超声
频率对叶黄素超声提取的最佳工艺条件。实验表
明:叶黄素标准曲线的回归方程为 Y = 1.86 × 108X－
1.74 × 105，相关系数 R =0.9969，提取温度 40℃，提取
时间 60min，抗坏血酸用量为 7.5%，超声频率为
100kHz。该工艺合理、简单、可靠、有效成分提取率
高［32］。徐元梅等以料液比、溶剂种类及浓度、固体粒
度、超声次数作为因素，分析其对万寿菊叶黄素得率
的影响，结果为:用 THF－乙醇(50) ，料液比为 1 ∶40
的条件下，300W，40min，30℃，600 转，提取一次时，
提取率最高可达 90%以上［33］。总体上讲，在几种方
法的比较中，超声波辅助提取方法应用于工业生产，
对于充分利用资源，降低成本具有重要意义，将超
声、加热、搅拌、循环提取集于一体的超声循环提取
具有更广阔的价值和前景。
5 万寿菊叶黄素分离及检测技术
国内张嫦等研究了用柱层析法分离和测定万毒
菊及其粗、精加工产品中的叶黄素含量。以硅胶为
固定相，正己烷－丙酮、正己烷－丙酮、乙醇分别作为
胡萝卜素及叶黄素的洗脱剂。其测定波长为 474nm，
标准偏差低于 0.012，RSD 低于 1.89%［34］。赵文恩等
通过薄层层析对产品进行了分析，得出在溶解的色
素中全一反式叶黄素含量为 70% ～87%，结晶中全一
反式叶黄素含量为 6% ～7%，其中的其他物质是提取
过程未滤净的万寿菊或未洗净的杂质［22］。彭密军等
对硅胶柱层析纯化的梯度洗脱条件进行摸索，采用
薄层色谱扫描法进行测定，通过硅胶柱层析纯化后，
游离叶黄素的含量可提高到 93.55%［35］。杜桂彩等
研究了金盏菊中叶黄素的液相色谱测定方法，流动
相为 V(CH2Cl)∶V(CH3OH)∶V(CH3CN)∶V(H2O)=
32∶38∶29∶1，得到了叶黄素和 15 种叶黄素酯的色谱
峰，叶黄素的保留时间为 3.681min［36］。国外一般采
用 AOAC法［37］或 HPLC 法分析万寿菊中叶黄素。一
般用 HPLC分析类胡萝卜萃取物先皂化除去三酰甘
油酯和其他干扰成分［38］。国外对酶法提取万寿菊中
叶黄素研究的较多，对叶黄素和叶黄素酯的分析方
法研究的较为透彻，一些微量成分和异构成分也被
检测出，而我国在利用新方法制备叶黄素方面研究
的较少，对叶黄素的定性定量分析方法还不是很成
熟。诸多研究表明叶黄素对老年性黄斑退化、白内
障、癌症、心血管疾病等慢性疾病有延缓和抑制作
用，尤其在保护眼睛方面作用独特。由于万寿菊叶
黄素对有人体重要的生理功能，在生物活性物质利
用领域具有广阔的开发前景，在世界范围内已成为
研究的新热点。尽管我国已经工业化生产叶黄素，
但产品以粗制品为主，出口供进一步加工或作为饲
料着色剂使用。所以，我国在叶黄素的提取分离及
分析检测方面还需进一步深入系统研究，为叶黄素
工业化生产奠定基础。
6 叶黄素稳定性研究
目前针对叶黄素稳定性研究报道也很多，笔者
查阅大量文献，其中史先磊等用聚乙二醇 2000 和聚
乙二醇 4000 包裹的叶黄素对光和温度的稳定性能
明显加强，10d内保存率仍在 90%以上［6］。牛桂玲等
人万寿菊叶黄素的稳定性研究，得出万寿菊叶黄素
溶液对光极为敏感，对热亦不稳定［11］。仇厚援等系
统研究了食品添加剂对万寿菊叶黄素稳定性影响，
得出防腐剂、酸味剂、护色剂、甜味剂等小分子有机
化合物和分子量较大的络合剂对万寿菊黄色素的稳
定性影响不大;亚硫酸钠对万寿菊黄色素有较好的
稳定作用，能提高黄色素的保存率;氧化剂对黄色素
的稳定性具有极大的破坏性，但是具有较强抗氧化
作用的酚类抗氧化剂对黄色素却表现出显著的稳定
性。另外还发现，氧化活性较弱的抗坏血酸对稳定
黄色素的效果也很理想［39］。陈利梅等研究了万寿菊
黄色素的稳定性结果表明:万寿菊黄色素对热较稳
定，但要尽可能地避免高温长时间加热;光照对万寿
菊黄色素有极大的破坏性;pH 对万寿菊黄色素的稳
定性影响较小;Fe3 +、Cu2 +、Al3 +、Fe2 +对万寿菊黄色素
有破坏作用;蔗糖、防腐剂对其稳定性影响不明显;
叔丁基对苯二酚(TBHQ)、2，6－二叔丁基甲酚(BHT)
对色素有显著的稳定作用［40］。彭子模等从光、热、
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pH、还原介质、氧化介质、蔗糖、防腐剂、金属离子等
对色素稳定性的影响方面进行了研究，结果表明:万
寿菊色素耐光、耐热、耐还原性较差;对氧化剂有一
定耐受性;适用 pH范围广;蔗糖以及金属离子 Na +、
K +对色度基本上无影响，而 Fe2 +、Sn2 +、Zn2 +对色素
溶液颜色的稳定性只有微弱影响;而 Fe3 +、Cu2 +、Ca2 +
的加入则改变了色素溶液的颜色，对色度有一定的
影响［41］。这些文献绝大多数都是从色素的耐光性、
耐酸碱、耐金属离子、耐氧化剂、还原剂等方面考虑，
真正从叶黄素改性技术方面研究的报道太少，相关
单位应加大研发力度，利用包埋等先进技术提高叶
黄素稳定性和扩大应用领域，为叶黄素更好的应用
打下坚实基础。
7 展望
近年来，我国叶黄素产量逐年上升，但都为粗
品，主要用于动物饲料添加剂或粗品出口，主要产品
有万寿菊颗粒、叶黄素浸膏和叶黄素粉末。叶黄素
含量低，一些高校和科研院所也正在开展高纯度、高
品质晶体叶黄素研究工作，取得了一定进展。叶黄
素是一种着色能力强、有营养和保健双重功效的天
然色素，其资源充足、产业化程度高、有研究基础、应
用开发潜力大，是一种前途广阔的重要的食品着色
剂，随着叶黄素在食品、医药、水产品加工和饲料工
业中应用的日益扩大以及人们对其功能的深入了
解，叶黄素作为一种功能因子在多领域应用拓展将
是今后重点，可以预测，叶黄素将在我国及世界发挥
重要的作用，有广阔的市场前景。
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