番茄中番茄紅素提取工藝的優化

摘要：采用浸提法從番茄（Lycopersicon esculentum）中提取番茄紅素，建立番茄紅素含量測定的方法，并在單因素試驗的基礎上采用正交試驗優化提取溶劑、料液比、提取時間和提取溫度等提取條件。結果表明，以蘇丹Ⅰ色素代替番茄紅素標準品繪制標準曲線準確度高、重復性好，適合實驗室常規定量測定番茄紅素含量。優化的提取工藝條件為氯仿作提取溶劑、料液比1∶7（m番茄漿∶V提取溶劑，g/mL）、提取時間2.0 h、提取溫度35 ℃，此條件下番茄紅素提取率為0.483%。

關鍵詞：番茄紅素；番茄（Lycopersicon esculentum）；提取；優化

中圖分類號：S641.2；R284.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）15-3642-05

番茄紅素是植物和微生物合成的一種天然色素，具有極強的抗氧化活性。經流行病學研究證明，番茄紅素具有預防癌癥、延緩衰老、保護心血管、防止和減輕紫外線照射、保護皮膚、預防白內障等功用[1]。當前從番茄（Lycopersicon esculentum）果實中提取番茄紅素和測定番茄紅素含量的方法很多，本研究旨在建立一種簡便易行、適合農業種植中心使用、常規實驗室可行、具有一定穩定性的番茄紅素含量測定方法，并優化提取工藝條件，為進一步研究番茄紅素提供科學根據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

提取番茄紅素的原料為取自南寧市廣西現代農業技術展示中心內塑料大棚溫室種植的金丹Ⅰ番茄。主要試劑包括蘇丹Ⅰ、乙醇、丙酮、氯仿等，均為國產分析純。

主要儀器包括800B型臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；CR-10小型色差計，杭州匯爾儀器設備有限公司；VIS-7220型可見分光光度計，北京瑞利分析儀器公司；AL204型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；多功能食品攪拌機，任發電器實業有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 番茄中番茄紅素的提取流程 番茄→水洗后打漿→準確稱取番茄漿3 g→無水乙醇預處理→加入有機溶劑在一定溫度下避光浸提→測定提取液體積→取提取液1 mL定容至10 mL→測定番茄紅素提取率。

1.2.2 番茄紅素的吸收光譜 取堅熟期金丹Ⅰ番茄樣品8個，洗凈打漿，準確稱取3 g番茄漿，用2 mL無水乙醇處理后3 000 r/min離心10 min，棄上清，沉淀中加入20 mL丙酮—石油醚提取2 h，水洗除去丙酮，取上層有機相1 mL用石油醚定容至10 mL，在波長400～700 nm范圍內進行吸收光譜掃描。

1.2.3 番茄紅素標準曲線的繪制 純番茄紅素標準品極不穩定，且價格極其昂貴[2]，而蘇丹Ⅰ色素穩定，價格便宜，其乙醇溶液與番茄紅素提取液的最大吸收波長相似，因此本試驗參照文獻[3]、[4]的測定方法，采用蘇丹Ⅰ代替純番茄紅素繪制標準曲線，計算番茄紅素提取率。稱取0.025 0 g精制蘇丹Ⅰ，用適量無水乙醇溶解后定容至50 mL，得蘇丹Ⅰ標準液。準確吸取0.26、0.52、0.78、1.04、1.30 mL蘇丹Ⅰ標準液，用無水乙醇稀釋并定容至50 mL，所得蘇丹Ⅰ系列工作液分別相當于0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 μg/mL的番茄紅素標準液。以蒸餾水為對照，用分光光度計測定蘇丹Ⅰ系列工作液在“1.2.2”測得的番茄紅素最大吸收波長處的吸光度，以吸光度y為縱坐標、蘇丹Ⅰ工作液所相當的番茄紅素濃度x為橫坐標繪制標準曲線。同法測定番茄紅素提取液的吸光度，計算提取液中番茄紅素濃度和番茄紅素的提取率。

番茄紅素提取率=提取液中番茄紅素的濃度×提取液體積/番茄漿質量×100%

1.2.4 番茄紅素提取工藝條件的優化 設置單因素試驗和正交試驗考察提取溶劑、料液比、提取時間和提取溫度對番茄紅素提取率的影響，優化番茄紅素提取工藝條件。①提取溶劑對番茄紅素提取率的影響。準確稱取3 g番茄漿5份于小燒杯中，用2 mL乙醇處理后于3 000 r/min離心脫水10 min，棄去上清液，分別加入20 mL氯仿、丙酮、石油醚、丙酮—石油醚（體積比1∶1，下同）、無水乙醇作為提取溶劑，于35 ℃下避光提取2 h，其中以丙酮—石油醚為提取溶劑時先水洗除去丙酮，測定番茄紅素提取率。②料液比對番茄紅素提取率的影響。準確稱取3 g番茄漿5份，用2 mL乙醇處理后于3 000 r/min離心脫水10 min，棄去上清液，分別加入12、15、18、21、24 mL丙酮—石油醚，即料液比（m番茄漿∶V提取溶劑，g/mL，下同）分別為1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8，于35 ℃下避光提取2 h，測定番茄紅素提取率。③提取時間對番茄紅素提取率的影響。準確稱取3 g番茄漿5份，加入20 mL丙酮—石油醚，于35 ℃下避光提取，提取時間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，測定番茄紅素提取率。④提取溫度對番茄紅素提取率的影響。準確稱取3 g番茄漿5份，加入20 mL丙酮—石油醚，分別于25、35、45、55、65 ℃下避光提取2 h，測定番茄紅素提取率。⑤正交試驗。選取提取溶劑、料液比、提取時間和提取溫度4個因素，以番茄紅素提取率為指標，設計四因素三水平正交試驗優化番茄紅素提取工藝條件，正交試驗因素與水平見表1。

1.2.5 精密度和重復性試驗 ①精密度試驗。準確稱取3 g金丹Ⅰ番茄漿，按優化的提取方法提取番茄紅素，精確吸取2 份提取液各1 mL，分別用石油醚定容至10 mL；分別精確吸取蘇丹Ⅰ標準溶液0.78、1.04 mL，用無水乙醇定容至50mL（相當于番茄紅素標準溶液1.5、2.0 μg/mL），分別測定上述4份溶液的吸光度，重復5次。計算RSD，評價試驗方法的精密度。②重復性試驗。準確稱取5份金丹Ⅰ番茄漿，按優化的提取方法提取番茄紅素，分別測定提取液的吸光度，計算番茄紅素提取率，并計算RSD，評價試驗方法的重復性。③加樣回收率試驗。準確稱取已測定番茄紅素含量的番茄漿1.5 g 5份，各加入1 mL無水乙醇預處理后再準確加入0.58 mL蘇丹Ⅰ標準溶液（相當于55.77 μg番茄紅素標準品），再次測定番茄紅素含量，計算回收率及RSD，評價試驗方法的準確度。

1.2.6 番茄紅素的穩定性 準確稱取3 g金丹Ⅰ番茄漿，按最佳提取工藝提取番茄紅素，精確吸取提取液1 mL，用石油醚定容至10 mL，加蓋后于自然光條件下放置0、1、2、4、6 h后測定溶液吸光度，考察番茄紅素的穩定性。

2 結果與分析

2.1 番茄紅素的吸收光譜

金丹Ⅰ番茄紅素提取液稀釋后在400～700 nm波長范圍內進行吸收光譜掃描，結果見圖1。從圖1可以看出，樣品提取液在444、472、502 nm處各有一個吸收峰，其中最大吸收波長為472 nm，與文獻報道的番茄紅素標準品的吸收特性[2]完全一致，說明提取液中含有番茄紅素。經分析，番茄紅素提取液在502 nm處的吸光度為472 nm處吸光度的84.40%，此時β-胡蘿卜素等雜質的干擾較小[4]，因此本試驗選擇測定波長為502 nm。

2.2 番茄紅素標準曲線

以價格便宜、性質穩定的蘇丹Ⅰ色素代替番茄紅素作為標準品，測定系列標準液在502 nm處的吸光度，得到番茄紅素濃度x對吸光度y的標準曲線見圖2，回歸方程為y=0.266x+0.005，R2=0.999，線性關系較好，適用于實驗室常規定量測定番茄紅素含量。

2.3 單因素試驗結果

2.3.1 提取溶劑對番茄紅素提取率的影響 分別以氯仿、丙酮、石油醚、丙酮—石油醚、無水乙醇作提取溶劑提取番茄紅素，所得番茄紅素提取率結果見圖3。由圖3可知，不同提取溶劑對番茄紅素的提取效果不同，其中氯仿作提取溶劑番茄紅素提取率最高，其次是丙酮—石油醚，番茄紅素提取率為以氯仿作提取溶劑時的93.1%；石油醚與無水乙醇的提取效果最差，與沈連清等[5]、俞健等[6]的研究結果一致。試驗過程中發現加入石油醚或無水乙醇后，經脫水的番茄漿以團狀存在，不能分散，與溶劑不能充分接觸，導致提取效果差，而加入其他3種提取溶劑后番茄漿能均勻分散在溶劑中，因此提取效果較好。考慮到氯仿毒性較大，后續試驗選擇丙酮—石油醚作提取溶劑。

2.3.2 料液比對番茄紅素提取率的影響 以丙酮—石油醚為提取溶劑，分別在料液比1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8的條件下提取番茄漿中的番茄紅素，所得番茄紅素提取率結果見圖4。由圖4可知，番茄紅素的提取率先隨提取溶劑用量的增加而升高較快，料液比達1∶6后，再增加提取溶劑用量，提取率升高的幅度很小，提取效果基本穩定。

2.3.3 提取時間對番茄紅素提取率的影響 提取時間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，所得番茄紅素提取率結果見圖5。從圖5可以看出，番茄紅素提取率隨提取時間的延長先迅速升高，提取時間超過1.0 h后升高速度較慢，提取時間為2.0 h時的提取率是提取時間為2.5 h時提取率的99.3%，說明2.0 h時番茄紅素的提取已基本完成。

2.3.4 提取溫度對番茄紅素提取率的影響 提取溫度對番茄紅素提取率的影響結果見圖6。從圖6可以看出，提取溫度由25 ℃升高到35 ℃，番茄紅素的提取率略有升高，提取溫度進一步升高，番茄紅素提取率逐漸降低，表明番茄紅素對熱不穩定，長時間處在較高溫度條件下容易分解，從而造成提取率降低。

2.4 正交試驗結果

根據單因素試驗結果，提取溶劑、料液比、提取時間和提取溫度等因素均對番茄紅素的提取率有一定影響，選取這4個因素及其對應的3個較優水平進行四因素三水平正交試驗，結果見表2。由極差分析可知，各因素中對番茄紅素提取率影響最大的是提取溶劑，其次是提取溫度，再次是料液比，提取時間的影響最小。最佳工藝組合為A1B2C3D2，即氯仿作提取溶劑、料液比1∶7、提取時間2.5 h、提取溫度35 ℃。由于提取時間對番茄紅素提取率的影響很小，提取時間為2.0 h或2.5 h時提取率相差不大，從簡化操作、節約成本的角度考慮，提取時間選擇2.0 h，此條件下番茄紅素的提取率為0.483%，高于其他正交試驗組合的結果。考慮到氯仿與丙酮—石油醚作提取溶劑提取率相差不大，且氯仿有毒，在實際操作中還是建議采用丙酮—石油醚作提取溶劑。

2.5 精密度和重復性試驗結果

2.5.1 精密度試驗結果 分別取番茄紅素提取液和蘇丹Ⅰ標準溶液各2份，測定其在502 nm處的吸光度，用于表征番茄紅素的含量，重復5次，進行精密度試驗，結果見表3。由表3可知，使用本測定方法精密度較高，RSD均小于1.60%。

2.5.2 重復性試驗結果 取5份番茄紅素提取液，分別測定各提取液吸光度A502 nm，計算番茄紅素提取率，結果見表4。由表4可知，采用優化的方法提取番茄紅素，重復性較好，平均提取率為0.782%，RSD為2.22%。

2.5.3 加樣回收率試驗結果 準確稱取已測定番茄紅素含量的提取液，進行加樣回收率試驗，結果見表5，測得平均回收率為96.43%，RSD為3.57%，方法準確度較好。

2.6 番茄紅素穩定性試驗結果

將番茄紅素提取液用石油醚定容后加蓋，在自然光條件下放置0、1、2、4、6 h，測定溶液的吸光度，結果見圖7。從圖7可以看出，提取液中番茄紅素的吸光度在6 h內隨測定時間延長而升高，可能是由于石油醚溶液揮發而導致提取液濃度增大。但2 h內吸光度變化較小，比0 h僅增加了0.02倍。因此在試驗過程中提取液中番茄紅素含量的測定應在2 h內完成。

3 小結與討論

本研究以金丹Ⅰ為原料采用熱浸提法提取番茄紅素，在單因素試驗的基礎上采用正交試驗對影響番茄紅素提取率的因素提取溶劑、料液比、提取時間和提取溫度等進行探討，優化提取條件。并建立簡化的分光光度法測定提取液中番茄紅素的含量。結果表明，提取番茄紅素的最優工藝條件為氯仿作提取溶劑、料液比1∶7、提取時間2.0 h、提取溫度35 ℃，番茄紅素提取率為0.483%。考慮到氯仿有毒，在實際生產中建議以丙酮—石油醚作提取溶劑。該方法操作簡便易行、精密度高、準確度好，具有一定的穩定性，適合農業種植中心使用。

此外，在提取條件相同時，番茄紅素的提取率還與番茄原料的成熟度有關，番茄果實成熟度越高，番茄紅素提取率越高[7]。因此，為了提高番茄紅素提取率，應盡量采用成熟度高的番茄果實作原料。

參考文獻：

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