胡蘿卜素性質(zhì)、用途與生產(chǎn)工藝
β-胡蘿卜素（β-carotene）屬于類胡蘿卜素，它是自然界中普遍存在的并且是最穩(wěn)定的天然色素，是一種呈橘黃色的脂溶性化合物，有光澤的斜方六面體或結(jié)晶粉末，主要來源于綠色植物和黃色、橘黃色的水果等天然食物。β-胡蘿卜素的稀溶液呈橙黃色至黃色，濃度增大時(shí)帶橙色，并因溶劑極性不同可能會稍帶紅色。
β-胡蘿卜素最豐富的來源是綠葉蔬菜和黃色或橘色的水果，如胡蘿卜、菠菜、生菜、馬鈴薯、番薯、西蘭花、哈密瓜等。β-胡蘿卜素是脂溶性，其強(qiáng)化劑型通常是膠囊和膠狀物形式。
β-胡蘿卜素的抗氧化性主要表現(xiàn)在它具有清除自由基的能力。β-胡蘿卜素分子中含有多個(gè)雙鍵，在光、熱、氧氣及活潑性較強(qiáng)的自由基離子的存在下，易被氧化，從而保護(hù)機(jī)體不被破壞。生物體中存在大量的脂質(zhì)過氧化和自由基反應(yīng)，從而導(dǎo)致細(xì)胞功能的下降，機(jī)體的衰老以及疾病的發(fā)生，β-胡蘿卜素的存在可減少脂質(zhì)過氧化。因此，類胡蘿卜素可以清除自由基以及淬滅單線態(tài)氧的活性受到了普遍的關(guān)注。
1對視覺系統(tǒng)的保健。
視網(wǎng)膜上的視桿細(xì)胞含有視紫質(zhì)而具有暗視覺的功能。適量的β-胡羅卜能促進(jìn)視紫質(zhì)達(dá)到正常含量，從而避免了缺少維生素A所致的暗視野適應(yīng)遲鈍，也避免暗視野之后出現(xiàn)強(qiáng)光對眼睛所造成的損害。此外，還可以預(yù)防夜盲癥、干眼癥、角膜潰瘍癥以及角膜軟化癥；
2.對皮膚組織的保健。
VA是維持一切上皮組織完整所必需的，而β-胡羅卜能在人體內(nèi)轉(zhuǎn)化成VA。所以，攝入一定量的β-胡羅卜素，對維持正常的體表、消化道、呼吸道、生殖泌尿道、內(nèi)分泌道商品有重要意義，可避免皮膚多屑、角質(zhì)化、表皮細(xì)胞硬鱗狀、多角質(zhì)血疹性皮膚干燥癥等皮膚疾病。β-胡蘿卜素對細(xì)胞膜的穩(wěn)定性也具有良好的作用。還可以用于治療由于日光暴曬引起的炎癥“日光炎”。
3.延緩衰老。
β-胡蘿卜素能提高紅細(xì)胞的活性。過氧化自由基可加速人體衰老，人們形象地稱之為身體的“垃圾”。而β-胡蘿卜素可以中和體內(nèi)的過氧化自由基，這樣便起到了延緩衰老的作用；
4.抵抗不良環(huán)境。
經(jīng)常在暗室、強(qiáng)光、高溫或深水環(huán)境工作的，以及放射線作業(yè)者，還有經(jīng)?？措娨暤娜耍紤?yīng)額外再補(bǔ)充β-胡羅卜素，以抵抗不良環(huán)境。
β-胡蘿卜素是自然界中最普遍存在和最穩(wěn)定的天然色素，因其大量的農(nóng)產(chǎn)品來源、獨(dú)特的生理學(xué)和營養(yǎng)學(xué)功效，已于1985年被編入“美國藥典”，作為食品添加劑和營養(yǎng)補(bǔ)充劑，更以“A類優(yōu)秀營養(yǎng)色素”的身份被聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）食品添加劑聯(lián)合專家委員會推薦，在世界52個(gè)國家和地區(qū)獲準(zhǔn)應(yīng)用。在我國，β-胡蘿卜素目前主要作為天然色素和營養(yǎng)強(qiáng)化劑使用。
超臨界CO2萃取技術(shù)已廣泛用于各種類胡蘿卜素的分離提取應(yīng)用中。Maclas等以微藻(Scenedesmusalmeriensis)為原料，提取了β-胡蘿卜素，其工藝條件如下：萃取壓力40MPa，萃取溫度60℃，CO2：流速 1g／min，萃取 5h，β-胡蘿卜素得率為1.5ms／g干基。β-胡蘿素在CO2中溶解的量有限，所以要尋找適當(dāng)?shù)膴A帶劑，經(jīng)過了預(yù)處理之后便能有效提高收率。
另外還有超聲波輔助萃取法、微波輔助萃取法、酶解輔助萃取法這幾種新型的萃取方法。
(1)超聲波輔助萃取法是利用石油醚一丙酮、甲醇一丙酮或者四氫呋喃等對微藻反復(fù)萃取，超聲波輔助條件下提取全反式的β-胡蘿卜素。
(2)微波輔助萃取則是在微波條件下用適當(dāng)?shù)娜軇ξ⒃寤蛘咂渌线M(jìn)行萃取，萃取得率和萃取所需時(shí)間都優(yōu)于索氏提取法，但這種方法有微波加熱速度快這個(gè)缺點(diǎn)，可能會影響產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與得率。
(3)酶解輔助萃取法是利用果膠酶纖維素酶來破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，可以起到減少有機(jī)溶劑的用量，節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間，提高萃取效率的效果，但是要考慮到有關(guān)酶在有機(jī)溶劑中活性的限制問題。
精確稱取試樣0．08g，按OT-15中方法-(分光光度法中方法二)測定其吸光度，(α)一2500，最大吸收波長約為477nm?；虬碐B 12389—90，胡蘿卜素紙層析法測定。
ADI尚未規(guī)定(FAO/WHO，2001)。
ADI 0～5mg/kg(FAO/WHO，2001)。
LD
50＞8000mg/kg(油溶液，狗，經(jīng)口)。
LD50 21.5g/kg(小鼠，經(jīng)口)。
GRAS(FDA，§182.5245，2000)。
Ames試驗(yàn)、微核試驗(yàn)、小鼠精子畸形試驗(yàn)、原噬菌體誘導(dǎo)試驗(yàn)，均陰性(得自鹽藻)。
GB 2760-1996(g/kg；作為著色劑)：風(fēng)味酸奶0.50g/kg；固體飲料3～5mg/kg；強(qiáng)化β-胡蘿卜素飲料20～40mg/kg；奶油、膨化食品，0.2；人造奶油0.1；起酥油、餅干，0.05；寶寶樂10.0；植脂性粉末0.05；面包、冰激凌、蛋糕、飲料、果凍、糖果、雪糕、冰棍，均GMP。
FAO/WHO，1984：各種食用油脂、人造奶油、加工干酪等，GMP；青豆罐頭、冷飲，100mg/kg；酸黃瓜，300mg/kg；特殊干酪600mg/kg。
EEC，1990：限作維生素A源，不得用于嬰幼兒食品作為色素。
GB 14880-94(μg/kg；作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑限量；以視黃醇當(dāng)量為準(zhǔn)，1μg/β-胡蘿卜素=0.167視黃醇當(dāng)量)：同“01040，維生素A油”。芝麻油、色拉油、人造奶油，4000～8000；乳制品、嬰幼兒食品，3000 9000；乳及乳飲料600 1000；液體奶780。
按日本(1998)規(guī)定，不得用于海帶類、食肉，鮮魚貝、鯨肉，茶及紫菜類、豆類、蔬菜及嫩芽類。
FDA，§73．95，2000：以GMP為限。
添加劑中文名稱
允許使用該種添加劑的食品中文名稱
添加劑功能
最大允許使用量（g/kg）
最大允許殘留量（g/kg）
天然胡蘿卜素
各類食品
著色劑
按生產(chǎn)需要適量使用
化學(xué)性質(zhì)
紅紫色至暗紅色結(jié)晶性粉末，略有特異臭味?？扇苡诒⒙确?、石油醚、苯和植物油，不溶于水、丙二醇和甘油，難溶于甲醇和乙醇。在橄欖油和苯中的溶解度均為0.1g/mL，在氯仿中的溶解度為4.3g/100mL，高濃度時(shí)呈橙紅色，低濃度時(shí)呈橙色至黃色。在pH值2～7的范圍內(nèi)較穩(wěn)定，且不受還原性物質(zhì)的影響，但對光和氧均不穩(wěn)定，鐵離子會促使其褪色。狗經(jīng)口LD^ {50}^8g/kg，ADI 0~5mg/kg(合成品，F(xiàn)AO/WHO，1994)。
用途
β-胡蘿卜素用作營養(yǎng)強(qiáng)化劑、食用橙色色素和食品著色劑。我國規(guī)定可用于各類食品，按生產(chǎn)需要適量使用。主要用于人造奶油、面條、糕點(diǎn)、飲料和保健食品等。
用途
營養(yǎng)增補(bǔ)劑和色素。按我國衛(wèi)生部頒布的“食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（1993）”規(guī)定，可用于奶油及膨化食品，最大使用量0.2g/kg。該品0.6μg的生理作用相當(dāng)于1國際單位（I·U·）的維生素A。現(xiàn)廣泛用作黃色色素代替油溶性焦油系色素，如用于原為就含有胡蘿卜素的奶油、干酪、蛋黃醬等，并廣泛應(yīng)用于其他食用油脂、人造奶油、起酥油、糕點(diǎn)、面包等。用于油性食品時(shí)，常溶解于棉籽油之類的食用油或懸濁制劑（含量30%）。經(jīng)稀釋后即便于使用，也可防止β-胡蘿卜素氧化。一般添加α-生育酚、硬脂?？箟难狨?、BHA等的抗氧化劑。用作色素添加量較少，如用于人造奶油為1.37mg/kg。在果汁中與維生素C合用，可提高穩(wěn)定性。
用途
一種抗氧化劑，由于其抑制自由基引發(fā)的體外過氧化作用，可以作為一種促氧化劑或抗氧化劑。小鼠的膳食補(bǔ)充劑，減少聽力損失和毛細(xì)胞損傷。
生產(chǎn)方法
1.從天然物萃取 天然β-胡蘿卜素通常有植物萃取、鹽藻萃取和發(fā)酵法三種方法生產(chǎn)。中國主要采用鹽藻萃取方法和發(fā)酵法，植物提取方法國內(nèi)已經(jīng)淘汰。2.合成法 合成法的中間體3,8-二甲基-3,5,7-十三烯-1,9-二炔苯基鋰及4-（2,6,6-三甲基-1-環(huán)己烯-1-基）-2-甲基-2-丁烯-1-醛的制備方法載于美國專利2917539。工業(yè)品一般制成β-胡蘿卜素的食用油脂溶液或懸浮液、乳化液以及可分散于水的粉末。為提高其穩(wěn)定性，可添加抗氧劑、乳化劑、分散劑，并可含有不同的比例的反式/順式異構(gòu)體。
生產(chǎn)方法
1 從植物中提取
可用石油醚等有機(jī)溶劑從胡蘿卜、辣椒或蠶砂中提取。提取葉紅素時(shí)的汽油層不皂物，用等量的1%氯化鈉溶液簡板洗滌一次，以除去可溶行類脂化合物，靜置分層去下層水相。汽油層經(jīng)減壓蒸餾回收汽油得黃色蠟狀殘?jiān)?，用石油醚溶解，迅速過濾。濾液通過活性氧化鋁層析柱，用石油醚：丙酮=8：2（體積比）的混合液洗脫，減壓蒸餾回收溶劑后得油狀β-胡蘿卜素粗品。再用蒽-乙醇進(jìn)行重新結(jié)晶得成品結(jié)晶。
此法受資源的限制，不可能大規(guī)模生產(chǎn)。
2 化學(xué)合成法
化學(xué)合成法是瑞典Roche公司的Grignard反應(yīng)法和德國Base公司的Witting反應(yīng)合成法。Grignard反應(yīng)合成法是以β-紫羅蘭酮為原料，先后得β-C14、β-C16、β-C19醛，再由Grignard使兩分子β-C19醛縮合成β-C40二酚，再經(jīng)脫水、加氫而得。以β-紫羅蘭酮計(jì)，總收率為21%。Wittig 反應(yīng)合成法也以β-紫羅蘭酮為原料，經(jīng)乙烯基-β-紫羅蘭，C15+C10+C15方式合成β-胡蘿卜素，以C15烯醇計(jì)，收率達(dá)25%。有關(guān)反應(yīng)式詳見文獻(xiàn)。
合成法雖然路線較長，但比較經(jīng)濟(jì)，營養(yǎng)價(jià)值及色調(diào)的穩(wěn)定性等均好。
3 從鹽藻中提取
鹽藻是生長于鹽田的海洋浮游生物，系單細(xì)胞藻，在人工控制的條件下可大量繁殖。我國有漫長的海岸線，潛在資源豐富，有較好的開發(fā)前景，在國家“七五”公關(guān)項(xiàng)目中提出了以下兩條工藝路線。
（1）石油醚提取工藝。用6號溶劑油于50℃下攪拌萃取濕鹽藻粉約20min，過濾后濾渣再萃取兩次。濾液經(jīng)薄膜蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、過濾、真空干燥得成品，提取率80%左右。
（2）植物油提取工藝。用2倍于干鹽藻粉的植物油于75℃下攪拌萃取30-60min。經(jīng)三足式離心機(jī)離心分離，再經(jīng)碟片離心機(jī)離心沉降得β-胡蘿卜素的油溶液。
4 發(fā)酵法制備
用發(fā)酵法培養(yǎng)含有β-胡蘿卜素的紅酵母細(xì)胞。以相對密度為1.06-1.07的麥芽汁為培養(yǎng)基，經(jīng)高溫滅菌有接種2%-3%的紅酵母，于26℃和PH5-6的條件下通風(fēng)培養(yǎng)48h，發(fā)酵液經(jīng)高速離心分離15min，蒸餾水洗滌，并于50℃下干燥得干酵母細(xì)胞。先用2-3mol/L的鹽酸處理干細(xì)胞，然后于沸水中煮2-3min。經(jīng)高速離心分離，水洗兩次得細(xì)胞碎片。用丙酮浸泡干細(xì)胞碎片，高速離心分離去細(xì)胞碎片得β-胡蘿卜素提取液。經(jīng)旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器減壓濃縮，并用氯仿萃取得β-胡蘿卜素濃縮液。最后減壓濃縮、噴霧干燥得成品。
生產(chǎn)方法
包括以下各種。
由胡蘿卜(Daucus carota)的肉質(zhì)直根干燥品，用熱的油脂或微溫的已烷、丙酮或二氧化碳提取而得的胡蘿卜類胡蘿卜素(Carrot eatrtenes)。
由藻類(鹽藻，Dunaliella salina和Dunaliella naliella bardawil)用二氧化碳、油脂或有機(jī)溶劑提取而得的藻類胡蘿卜素(Algel carotenes)或稱鹽藻類胡蘿卜素。
由油椰(Elaeis guineensis)的棕櫚油經(jīng)硅膠吸附后用己烷分離所得不皂化物，再用熱的含水乙醇提取而得的棕櫚油胡蘿卜素(Palm oil carotenes)。
一般食用級植物油制成油脂的乳化制品或懸浮液，其中可含有乳化劑、乳化穩(wěn)定劑甚至抗氧化劑(生育酚)。加于油脂中時(shí)，宜加熱以提高其溶解性；固體則為可分散于水中的粉狀賦型劑。
胡蘿卜素
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