超聲波法提取番茄紅素的研究*

朱曉玲，劉瑞云，劉 意，黃 坤，余軍霞，池汝安，郭 嘉

超聲波法提取番茄紅素的研究*

朱曉玲，劉瑞云，劉 意，黃 坤，余軍霞，池汝安，郭 嘉

（武漢工程大學化工與制藥學院，綠色化工過程省部共建教育部重點實驗室，湖北武漢430073）

研究了采用超聲波法從番茄中提取番茄紅素，探討了溫度、時間、超聲波功率、固液比和提取級數等因素對番茄紅素提取率的影響。通過正交試驗，確定了最佳工藝條件。實驗結果表明，超聲波法提取番茄紅素的最佳工藝條件為：A3B2C3D2，即溫度為55℃，時間為40 min，超聲波功率為800 W，固液比為1︰30，其提取量可達到72.4 mg/（100 g）番茄。為進一步開發高效提取與純化番茄紅素提供了基礎數據。

番茄紅素；提取；超聲波；正交設計

番茄紅素（lycopene）是類胡蘿卜素的一種，是由11個共軛碳-碳雙鍵和2個非共軛雙鍵碳-碳雙鍵組成的直鏈碳氫化合物。自然界中，番茄紅素在主要存在于西瓜、番茄、番石榴、木瓜，南瓜等食物中[1]。人體中，番茄紅素主要存在于睪丸、腎上腺、前列腺、胰腺、乳房、卵巢、肝、肺、結腸、皮膚以及各種粘膜組織[2-3]。成熟番茄中的含量最高，可以達3～14 mg，我國新疆番茄中的番茄紅素可高達40 mg/（100 g）以上[4]。

近年來，隨著保健意識的增強和人們對番茄紅素的深入了解，對番茄紅素的研究逐漸增強。最新的研究表明番茄紅素具有優越的生理功能、很強的抗氧化性和活化免疫細胞的功能，可以預防前列腺癌、肺癌、胃癌、乳腺癌、結腸癌、子宮癌等疾病，也可以保護心血管，抗紫外線，延緩衰老、增強免疫力[5-8]。因此從保障人們健康的角度出發，番茄紅素具有非常廣闊的應用前景。

目前已報道的提取番茄紅素的方法主要包括有機溶劑浸提法[9]、超臨界萃取法[10]、酶法[11]、微波法[12]、化學合成法等。其中有機溶劑浸提法報道較為廣泛，但由于有機溶劑浸提法，耗時長，并且有少量化學有機溶劑殘留于提取物中，致使產品不符合食用和藥用標準。超聲波提取則是近年應用于中草藥有效成分提取分離的一種新而成熟的手段。研究表明，超聲波的熱效應，空化效應、強烈震動、攪拌作用等都可以加速藥物有效成分的溶出，提高提取效率，節約溶劑，免除高溫度提取成分的破壞作用[13]。本實驗采用超聲波法提取，選用易揮發的乙酸乙酯作為提取溶劑，研究新鮮番茄中提取番茄紅素的提取工藝，通過單因素實驗和正交試驗確定工藝條件。

1 實驗部分

1.1 試驗材料與設備

新鮮番茄（市售）；乙酸乙酯（分析純，天津市博迪化工有限公司）；無水乙醇（分析純，天津市博迪化工有限公司），蘇丹紅I號（中國計量科學研究院）。

SHZ-D（III）循環水式真空泵；FA1004 電子天平；DHG-9023鼓風干燥箱，T6新世紀紫外分光光度計，JYL-B050型九陽料理機，BCD-170電冰箱，KQ-A型玻璃儀器氣流烘干器，XH-2008D型電腦智能溫控低溫超聲合成萃取儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 番茄的前處理

把新鮮番茄洗干凈，放入冰箱冷凍室中，在-10～-15℃的溫度下冷凍24 h，番茄凍實后取出，在室溫中避光處放置融化。待番茄融化，大量的水分從番茄中滲出后，將融化的番茄攪碎成泥，平鋪放置在瓷盤中，放入鼓風干燥箱中干燥，干燥溫度設置為45～50℃。用高速粉碎機把干燥后的番茄粉碎成番茄粉末，放入棕色的廣口瓶中待用。

1.3.2 超聲波提取法

稱取5 g的已干燥的番茄粉末于三口燒瓶，加入提取液乙酸乙酯，于電腦智能溫控低溫超聲合成萃取儀中提取，分別進行溫度、時間、提取級數、微波功率和固液比單因素實驗，并根據單因素實驗結果選擇較優水平進行正交試驗，對每次提取液稀釋相同倍數測吸光度。

1.4 分析方法

1.4.1 最大吸收波長確定

取1mL微波提取液于10mL棕色容量瓶中稀釋10倍，選用1cm的比色皿在波長為400～600nm范圍內測定吸光度[14]，得到番茄紅素吸收光譜，如圖1所示。

圖1 番茄紅素吸收光譜特性圖譜Fig.1 Pattern of light absorption character for lycopene

1.4.2 標準曲線制作

精確稱取蘇丹紅I號0.025 g，用少量無水乙醇溶解，再用無水乙醇定容至50 mL，分別吸取0.26，0.52，0.78，1.04，1.30 mL于 50 mL 的容量瓶中，用無水乙醇定容，相當于 0.5，1.0，1.5，2.0，2.5μg/mL 的番茄標準溶液，在番茄最大吸收波長下（472 nm），用無水乙醇做為空白溶[15]。得到線性吸收回歸方程為：

1.5 番茄紅素提取率計算

把不同工藝條件下提取相同質量番茄粉末得到的提取液定容到相同的體積后，用乙酸乙酯做為參比液，于番茄紅素的最大吸收波長下測定吸光度值A。

式中：X－番茄紅素的含量，mg/（100 g）；

C－提取液濃度，g/mL；

V－提取液體積，mL；

W－試樣質量，g。

2 結果與討論

2.1 超聲波提取溫度的影響

由圖2可知，在較低溫度下，番茄紅素的提取率隨著溫度的升高而增大。但是，當溫度超過了45℃時，由于番茄紅素的熱穩定性較差，出現一些分解，所以導致提取率略微下降。

圖2 溫度對番茄紅素提取率的影響Fig.2 Effect of temperature on extraction yield of lycopene

2.2 超聲波提取時間的影響

試驗開始，番茄紅素的提取率隨著提取時間的延長增大；當時間超過40 min時，番茄紅素的提取率開始下降，可能是時間過長，溫度上升，導致不穩定的番茄紅素分解，見圖3。

圖3 時間對番茄紅素提取率的影響Fig.3 Effect of time on extraction yield of lycopene

2.3 超聲波提取功率的影響

在1 200 W前，番茄紅素的提取率隨著超聲波功率增大而增大。當超聲波的功率超過了1 200 W時，番茄紅素的提取率開始下降，說明功率過大，提取溫度會升高，導致番茄紅素的分解，見圖4。

圖4 超聲波功率對番茄紅素提取率的影響Fig.4 Effect of ultrasonic power on extraction yield of lycopene

2.4 固液比的影響

固液比為1︰20到1︰40，番茄紅素的提取率隨著固液比的減小而增大，當固液比＜1︰40后，番茄紅素的提取率急劇下降，見圖5。這可能是由于溶劑量增加，番茄紅素在短時間內溶出，又受到超聲波的破壞作用。

圖5 固液比對番茄紅素提取率的影響Fig.5 Effect of solid to liquid ratio on extraction yield of lycopene

2.5 超聲波提取級數的影響

番茄紅素的提取總量隨著提取級數的增加而稍有增加，但第2次和第3次的提取量較低，見圖6。考慮到能耗和提取時間等問題，建議將一次作為提取級數。

圖6 提取級數對番茄紅素提取率的影響Fig.6 Effect of extraction times on extraction yield of lycopene

2.6 超聲波提取最佳條件的選擇

通過以上單因素實驗分別選取溫度、時間、功率、液固比這4個因素以及它們對應的4個較優水平進行正交試驗，并進行方差分析，因素水平、正交試驗結果和方差分析如表1。

表1 超聲波法正交試驗的因素水平Table 1 The factor level of orthogonal design of ultrasonic extraction

由表2可以看到：超聲波法提取番茄紅素時，影響因素順序為A>B>D>C（溫度>時間>固液比>超聲波功率），溫度是影響番茄紅素提取率的主要因素，超聲波功率影響最小，最佳表現組合為A3B4C2D1。

表2 超聲波法提取番茄紅素工藝正交試驗結果Table 2 Orthogonal design result of ultrasonic extraction of lycopene

極差分析得到最佳組合為A3B2C3D2，即溫度為55℃，時間為40 min，超聲波功率為800 W，固液比為1︰30。對極差分析得到的組合條件進行提取實驗，得到其提取率為72.4 mg/100 g。結果表明，提取結果大于正交試驗中的提取結果，實驗結果正確。

3 結論

由上述溫度、時間、超聲波功率、固液比和提取級數的單因素實驗，以及正交試驗可以得到：諸影響因素順序為A>B>D>C（溫度>時間>固液比>超聲波功率）。超聲波法提取的最佳工藝為溫度為55℃，時間為40 min，超聲波功率為800 W，固液比為1︰30，此時的提取率為72.4 mg/100 g。

[1]孫慶杰，丁霄霖.番茄紅素的保健作用與開發[J].食品與發酵工業，1999，23（2）：45-48.

[2]李京東,傅善江.番茄紅素的保健作用及發展前景[J].中國食物與營養，2005（4）：49-51.

[3]成堅，曾慶孝.番茄紅素的性質及生理功能研究進展[J].食品與發酵工業，2000，26（2）：75-76.

[4]羅平.飲料分析與檢驗[M].北京：中國輕工業出版社，1987：8-10.

[5]Shama S K.Lycopene in tomatoes and tomatoes pulp fractions[J].Italian J of Food，1996，8（2）：107-113.

[6]潘洪志，常東，吳偉慎，等.食品級番茄紅素對小鼠的免疫調節功能[J].中國臨床營養雜志，2006，14（5）：308-310.

[7]Yun W，Tianyou Z，Guoqing X，et al.Application of analytical and preparative high-spread counter-current chromatography for separa tion of lycopene from crude tomato paste[J].Journal of Chromato graphy A，2001，929：169-173.

[8]Shi J，Le Maguer M.Lycopene in tomatoes：chemical and physical properties affected by food processing[J].Critical Reviews in Biotechnology，2000，20（4）：293-334.

[9]胡文忠，姜愛麗，田蜜霞.番茄紅素的提取分離及純化的研究[J].食品與機械，2008，24（1）：67-71.

[10]孫慶杰,丁霄霖.超臨界CO2萃取番茄紅素的初步研究[J].食品與發酵工業，2004（4）：34-34.

[11]趙功玲,婁天軍.提高粗制品番茄紅素提取率的工藝[J].食品工業，2003，3：32-33.

[12]鄧宇，張衛強.番茄紅素提取方法的研究[J].現代化工，2002，22（2）：25-28.

[13]完水昌,王志祥,樂龍.超聲提取技術在中藥及天然產物提取中的應用[J].西北藥學雜志，2008，23（1）：60-62.

[14]徐懷德.天然產物的提取工藝學[M].北京：中國輕工業出版社，2006.

[15]GB/T 14215-1993番茄醬罐頭標準[S].

Study on Ultrasonic Extraction of Lycopene From Tomato

ZHU Xiao-ling，LIU Rui-yun，LIU Yi，HUANG Kun，YV Jun-xia，CHI Ru-an，GUO Jia
（Key Laboratory for Green Chemical Process of Ministry of Education，School of Chemical Engineering and Pharmacy，Wuhan Institute of Technology，Hubei Wuhan 430073，China）

Ultrasonic extraction of lycopene from tomato was studied.The effects of temperature，time，ultrasonic power，solid to liquid ratio and extraction time on extraction of lycopene were investigated.By an orthogonal design，the optimum operation condition was obtained.The results show that the optimum conditions of ultrasonic extraction of lycopene are as follows:A3B2C3D2，temperature 55 ℃，time 40 min，ultrasonic power 800 W，and the solid-liquid ratio 1︰30.Under above conditions，extraction amount can reach 72.4 mg/（100 g）tomato.This can provide fundamental data for further study on extraction and purification of lycopene from tomato.

Lycopene；Extraction；Ultrasonic；Orthogonal design

TQ941 TS201

A

1671-0460（2010）05-0497-04

湖北省高等學校優秀中青年科技創新團隊計劃（T200909）和國家級實驗教學示范中心“武漢工程大學環境與化工清潔生產實驗教學中心”研究創新型實驗項目。*

2010-08-10

朱曉玲（1984-），女，湖北襄樊人，2008級碩士研究生，從事天然產物有效成分提取與分離的研究，師從郭嘉教授。

郭 嘉，電話：027-87194883，E-mail：guojia@mail.wit.edu.cn。