正交實驗法優化西瓜番茄紅素的提取工藝

劉義慶

（1.華中農業大學食品科學技術學院，湖北武漢430070；2.江漢大學化學與環境工程學院，湖北武漢430056）

正交實驗法優化西瓜番茄紅素的提取工藝

劉義慶1，2

（1.華中農業大學食品科學技術學院，湖北武漢430070；2.江漢大學化學與環境工程學院，湖北武漢430056）

采用了體積比為7∶1的乙酸乙酯-丙酮混合溶劑，提取新鮮西瓜中的番茄紅素，考察了提取溶劑、提取時間、提取溫度、料液比、pH等因索對提取液吸光度的影響，最后用正交試驗確定了最佳工藝條件，分析結果表明：料液比為1∶4，溫度為45℃，時間為50min，pH=6時提取效果最好。

西瓜；番茄紅素；提取；正交試驗

西瓜（Watermelon）屬葫蘆科，為一年生蔓性草本植物。原產于非洲，在漢代從西域引入，故稱“西瓜”。西瓜味道甘味多汁，清爽解渴，是盛夏佳果，西瓜對治療腎炎、糖尿病及膀胱炎等疾病有輔助療效。西瓜含有豐富的礦物鹽，維生素和糖類等營養成分。近年來，利用西瓜制備番茄紅素已引起人們的關注[1-9]。番茄紅素是一種開鏈類胡蘿卜素，具有多種生理功能，有很好的應用前景[10-12]。天然番茄紅素的提取見諸報道的有溶劑浸提法[13]、超聲波輔助萃取法[14]、微波輔助萃取法[15]、酶反應法[16]、超臨界流體萃取法[17]超高壓提取法[18]、高壓脈沖電場輔助提取[19]等。在諸多番茄紅素的提取方法中，有機溶劑浸提法是各種提取方法的基礎。以西瓜為原料提取番茄紅素所采用的溶劑見諸報道的有乙酸乙酯[1-2]，體積比為1∶2丙酮-氯仿混合溶劑[3-4]，體積比為9∶1和甲1∶6的石油醚-丙酮混合溶劑[5-6]和含2%的二氯烷的正己烷[7-8]等。本文通過對比實驗選擇提取效果更好的體積比為7∶1的乙酸乙酯-丙酮的混合溶劑為提取溶劑，提取西瓜的番茄紅素。通過單因素試驗和正交試驗，確定了最佳提取工藝。為進一步提取應用西瓜番茄紅素創造了條件。

1 材料與方法

1.1 主要儀器設備

SP-721型可見分光光度計：上海光譜儀器有限公司；YP202N型電子天平：上海精密科學儀器有限公司；HH-2型數顯恒溫水浴鍋：上海國華儀器有限公司；PHS-3C型臺式酸度計：北京華科儀電力儀表研究所；101-1A型電熱恒溫鼓風干燥箱：上海雷韻試驗儀器制造有限公司。

1.2 主要實驗試劑

石油醚（分析純）、正己烷（分析純）、乙酸乙酯（分析純）、甲醇（分析純）：天津市福晨化學試劑廠；丙酮（分析純）：天津市大茂化學試劑廠；氫氧化鈉；鹽酸。

1.3 方法

1.3.1 西瓜預處理

西瓜去皮取瓤，去籽，在研缽中研磨，抽濾。將西瓜果肉倒入干凈的大燒杯中，加入一定量甲醇浸泡脫水，避光靜置4 h后再抽濾，將抽濾后的西瓜果肉置于干燥箱內，在60℃低溫干燥4 h后，取出備用。

1.3.2 西瓜中番茄紅素最大吸收波長的確定

稱取5.0g西瓜果肉樣品帶塞錐形瓶中，加入50mL石油醚，在室溫下浸提2 h。取1.0mL提取液于10mL比色管中用石油醚稀釋定容，用721分光光度計于室溫下測定其不同波長下的吸光度，繪制番茄紅素的吸收光譜圖。番茄紅素的吸收光譜如圖1所示。

圖1 西瓜番茄紅素的吸收光譜Fig.1 Absorption spectra of lycopene from watermelon

由圖1可知，番茄紅素在450、480 nm處各有一個吸收峰，而在480 nm處吸光度值較大，測定的靈敏度較高。因此，選擇480 nm為檢測波長，測定不同溶劑對番茄紅素提取效果的影響。

1.3.3 溶劑對西瓜番茄紅素提取效率的影響

通過預實驗發現單一溶劑中以石油醚、正己烷、乙酸乙酯為提取溶劑時提取效果較好，西瓜果肉在丙酮溶劑中分散性較好。所以采用以提取效果較好而毒性較小的石油醚、乙酸乙酯、正己烷為主，輔以能增強西瓜果肉分散性的丙酮，分別組成乙酸乙酯-丙酮、石油醚-丙酮、正己烷-丙酮、石油醚-乙酸乙酯二元混合溶劑，分別試驗它們對西瓜番茄紅素的提取效果。

稱取西瓜果肉樣品于比色管內，每份2.0 g，改變上述各混合溶劑的比例，加混合溶劑6.0mL，室溫下浸提1 h。取1.0mL提取液于比色管中，稀釋定容至5mL，在480 nm波長下測吸光度。分別試驗上述各混合溶劑的最佳體積比。采用同樣方法比較石油醚、正己烷、乙酸乙酯和最佳體積比各二元溶劑對西瓜番茄紅素提取液吸光度的影響。

1.3.4 溫度對西瓜番茄紅素提取效率的影響

稱取5份西瓜果肉樣品于比色管內，每份2.0 g，各加入6.0mL體積比為7∶1的乙酸乙酯：丙酮混合溶劑，水浴加熱，加熱溫度分別為，20、30、40、50、60℃，浸提1 h。取1.0mL提取液于比色管中用乙酸乙酯：丙酮混合溶劑稀釋定容至5.0mL，在480 nm波長下測吸光度。

1.3.5 時間對西瓜番茄紅素提取效率的影響

稱取6份西瓜果肉樣品于比色管內，每份2.0 g，各加入6.0mL體積比為7∶1的乙酸乙酯：丙酮混合溶劑，40℃水浴加熱浸提。改變浸提時間使之分別為20、40、60、80、100、120min，冷卻至室溫，取1.0mL提取液于比色管中用乙酸乙酯：丙酮混合溶劑稀釋定容至5.0mL，在480 nm波長下測吸光度。

1.3.6 料液比對西瓜番茄紅素提取效率的影響

稱取5份西瓜果肉樣品于刻度離心試管內，每份2.0 g，分別加入體積比為7∶1的乙酸乙酯：丙酮混合溶劑2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0mL，即其料液比分別為1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6，40℃水浴加熱浸提1 h。冷卻至室溫，離心，將提取液轉移至比色管中，用乙酸乙酯：丙酮混合溶劑定容至30.0mL，在480 nm波長下測吸光度。

1.3.7 pH對西瓜番茄紅素提取效率的影響

稱取5份西瓜果肉樣品于比色管內，每份2.0 g，各加入8.0mL體積比為7∶1的乙酸乙酯：丙酮混合溶劑，調節使溶液pH分別為4、5、6、7、8、40℃水浴加熱浸提1 h。冷卻至室溫，取1.3mL提取液于比色管中稀釋定容至5.0mL，在480 nm波長下測吸光度。

1.3.8 正交試驗

在前面單因素實驗中我們已經確定了提取西瓜番茄紅素最佳溶劑，浸提時影響番茄紅素提取的4個主要因素，即提取劑用量、pH、浸提時間和浸提溫度，據此設計正交實驗優化西瓜番茄紅素提取工藝。

2 結果與討論

2.1 溶劑對西瓜番茄紅素提取效率的影響

試驗了體積比不同的乙酸乙酯-丙酮、石油醚-丙酮、正己烷-丙酮、石油醚-乙酸乙酯等二元混合溶劑對西瓜番茄紅素提取的效率，實驗發現乙酸乙酯-丙酮混合溶劑的最佳體積比為7∶1，石油醚-丙酮混合溶劑的最佳體積比為8∶1，正己烷-丙酮混合溶劑的最佳體積比為6∶1，乙酸乙酯-石油醚混合溶劑的最佳體積比為4∶1。

試驗并比較了提取效果較好的石油醚、正己烷、乙酸乙酯、體積比為7∶1的乙酸乙酯-丙酮、體積比為8∶1的石油醚-丙酮，體積比為6∶1的正己烷-丙酮、體積比為4∶1的乙酸乙酯-石油醚提取液溶液的吸光度。實驗結果如圖2所示。

圖2 溶劑對提取西瓜番茄紅素的影響Fig.2 Effectof solventon extraction of lycopene from watermelon

結果表明：以體積比為7∶1的乙酸乙酯-丙酮混合溶劑提取西瓜番茄紅素的提取效果最好。所以以體積比為7∶1的乙酸乙酯-丙酮作為西瓜番茄紅素的提取溶劑。

2.2 溫度對西瓜番茄紅素提取效率的影響

溫度對西瓜番茄紅素提取效率的影響如圖3所示。

圖3 溫度對西瓜番茄紅素浸提效果的影響Fig.3 Effectof temperatureon extraction ofwatermelon lycopene

結果表明：番茄紅素的提取液吸光度隨溫度的升高而增大，到達40℃時提取吸光度達到最大，40℃后番茄紅素的吸光度明顯下降。

2.3 時間對西瓜番茄紅素提取效率的影響

時間對西瓜番茄紅素提取效率的影響如圖4所示。

結果表明：番茄紅素的提取率隨時間的增加而升高，當時間為60min時提取率達到最大，而60min過后吸光度有微小的下降，且趨勢趨于平穩。

2.4 料液比對西瓜番茄紅素提取效率的影響

料液比對西瓜番茄紅素提取效率的影響如圖5所示。

圖4 提取時間對西瓜番茄紅素浸提效果的影響Fig.4 Effectof timeon extraction ofwaterm elon lycopene

圖5 料液比對西瓜番茄紅素浸提效果的影響Fig.5 Effectof solid-liquid ratio on extraction ofwaterm elon lycopene

結果表明：番茄紅素的提取液吸光度隨提取溶劑用量的增加而增大，當料液比到達1∶4 g/mL時番茄紅素提取率達到最大，料液比繼續增加溶液吸光度變化不大，所以選定料液比為1∶4 g/mL。

2.5 pH對西瓜番茄紅素提取效率的影響

pH對西瓜番茄紅素提取效率的影響見圖6。

圖6 溶液pH對西瓜番茄紅素浸提效果的影響Fig.6 Effectof pH on extraction ofwatermelon lycopene

結果表明：在酸性條件下，番茄紅素的提取率隨、pH的增大而增大，當pH為6時番茄紅素提取率達到最大，而當pH超過6時，番茄紅素的提取率又隨pH的增大而大幅減小。

2.6 正交試驗

正交試驗見表1、表2。

表1 L19（33）正交試驗因素及水平列表Table1 Levelsand factorsof orthogonalexperiment

表2 正交試驗結果Tab le2 Resultsof orthogonalexperim ents

實驗結果表明：由正交試驗結果表可知，用乙酸乙酯：丙酮（7∶1）作為溶劑提取西瓜中番茄紅素時，因素影響順序為D＞A＞C＞B，由極差分析得最優西瓜番茄紅素提取方案為pH=6，料液比為1∶4，浸提溫度為45℃，浸提時間為50min。

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The Orthogonal Experiment M ethod Extracting Lycopene in W atermelon

LIUYi-qing1，2

（1.College of Food Science&Technology，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，Hubei，China；2.Chemical and environmental engineering institute of Jianghan University，Wuhan 430056，Hubei，China）

In thispaper，lycopenewasextracted from watermelonwith the componentsolventofethylacetateand acetone，the volume ratiowas7∶1.Effectofextraction time，extraction temperature，solid-liquid ratio，pH on extraction ofwatermelon lycopenewerestudied.The lastorthogonalexperimentsshowed theoptimum conditions：solid-liquid ratiowas1∶4，the temperaturewas45℃，the timewas50min，pH=6.

watermelon；lycopene；extract；orthogonal

2013-06-20

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.23.013

劉義慶（1964—），男（漢），副教授，在職博士研究生，主要從事農產品加工與藥物分析研究。