番茄加工副產物利用研究進展

高　歌，王永濤，連運河，安曉東，廖小軍，*，孫志健（.中國農業大學食品科學與營養工程學院，農業部果蔬加工重點實驗室，國家果蔬加工工程技術研究中心，北京00083；.晨光生物科技集團股份有限公司，河北邯鄲05750）

番茄加工副產物利用研究進展

高歌1，王永濤1，連運河2，安曉東2，廖小軍1，*，孫志健1
（1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，農業部果蔬加工重點實驗室，國家果蔬加工工程技術研究中心，北京100083；2.晨光生物科技集團股份有限公司，河北邯鄲057250）

番茄是國際上廣泛種植的蔬菜，可以加工成番茄醬、番茄罐頭、番茄粉等產品，加工過程中產生3%～8%的副產物，這些副產物不利用會造成環境污染和資源浪費。本文主要對目前國內外有關番茄副產物的食品化利用情況進行了綜述，包括作為食品配料直接添加和提取副產物中的番茄紅素、膳食纖維、蛋白質、籽油等有效成分，深入分析了番茄副產物利用中面臨的問題，以期為番茄加工副產物的綜合利用研究提供新思路。

番茄，副產物，利用，研究進展

番茄（Lycopersionesculentum）是世界上大部分地區種植的大宗蔬菜，最早種植于16世紀的南美洲［1］。據FAO統計［2］，2012年全球番茄產量約1.62億噸種植面積達480萬公頃，加工量近0.4億噸［3］，近1/4番茄加工成番茄醬、番茄罐頭、番茄粉等產品。番茄加工后產生3%～8%的副產物［4-5］，按這個數據推算全球每年產生近120～320萬噸副產物。番茄副產物干燥后主要為皮渣（包括皮和籽），其中皮占42%～45%、籽占55%，其他組分不到3%［6］。番茄皮渣含有碳水化合物、蛋白質、脂肪、纖維和礦物質等，還含豐富的維生素E、維生素C、類胡蘿卜素、類黃酮和酚類等抗氧化物質，具有較好的開發潛力［7］。

目前，番茄加工副產物主要作為飼料使用，在食品中作為配料以及進行深加工的應用較少［8］。因此，根據番茄加工副產物的成分特性，對其進行利用具有重要意義。根據現有研究，番茄加工副產物可以進行食品化、飼料化、肥料化以及能源化等方面的應用，本文僅從食品化的角度，綜述番茄加工副產物如何作為食品配料進行直接利用以及從副產物提取番茄紅素、膳食纖維、蛋白質和籽油等的情況，并針對相關問題進行了討論。

1　作為食品配料的研究

番茄皮渣可以直接添加到肉制品，用以改善產品的感官、硬度、質構等品質以及提高產品色澤和番茄紅素含量［9-11］。García等報道漢堡牛肉餅中添加4.5%的干番茄皮渣，提高了肉餅35.6%紅色度和3.5%硬度值，降低38.8%亮度，番茄紅素含量達到49 μg/g［10］。Calvo等報道熱發酵香腸中添加1.2%的干番茄皮渣經21 d發酵，紅色度提高12%、亮度下降4.2%、硬度提高17.3%，番茄紅素含量達到2.6～5.8 μg/g，氣味、質構、口感和整體接受度等無影響［12］。可見，番茄皮渣作為食品配料添加到肉制品中，主要作用是增加紅色度、提高番茄紅素含量，一定程度上會提高硬度，但添加會降低產品亮度，這是由于番茄皮渣的添加一定程度上改變了肉制品的色澤。因此，在肉制品的研發中，番茄皮渣可以考慮用來作為提高紅色色度和強化番茄紅素的添加劑，但也要考慮其對產品亮度、硬度的影響。

面類制品中，番茄皮渣可以用來提高產品色澤以及蛋白質、膳食纖維和賴氨酸含量，而感官質量、整體接受度和質構指標會因產品不同而產生不同影響。大麥面粉添加2%和10%的番茄皮渣時，在溫度為160℃以及螺桿轉速為200 r/min的條件下擠出，色澤、質構、整體接受度分別提高29.1%、39.6%、36.1%和34.5%、23.1%、32.7%，對口感無影響，沒有產生異味［9］，但添加量過多會降低面粉的質構和整體接受度。Carlson等報道小麥面粉中番茄皮渣添加量為10%和20%時，面包中賴氨酸含量分別提高40.2%和69%［13］。徐桂花等報道小麥面粉中添加5%番茄皮渣、10%白砂糖以及3%活性干酵母，經2.5 h發酵后，面包比普通面包比容下降13.4%、失重率下降31.9%，是由于面包發酵過程中，番茄皮渣中粗纖維在一定程度上束縛面筋的拉伸，導致面包體積下降、結構更加致密、持水性增強，利于延長貨架期［14］。小麥面粉中添加7%番茄皮渣粉末生產粗面包時，色澤、口感和總接受度顯著下降，但對質構無明顯影響［15］。面條中添加10%的脫脂番茄籽時，黃色度增加3倍、蛋白質提高24%、膳食纖維提高1.55倍、賴氨酸提高1倍，并且面條煮后重量增加12.6%，顯著提高了蛋白質、賴氨酸等營養物質含量，但感官、異味、平滑度和整體接受度等顯著下降，對嚼勁和彈性等無影響［16］。可見，在面制品中添加番茄皮渣可以提高蛋白質、纖維、賴氨酸等含量，但其對色澤、口感、總體接受度、質構的影響與番茄皮渣添加量和產品類型密切相關，因此番茄皮渣作為食品配料直接添加到食品中時需要優化工藝，篩選出適宜的添加量以提高食品質量。

2　提取副產物中的主要組分

2.1番茄紅素

番茄紅素（C40H56）是11個共軛雙鍵和2個非共軛雙鍵組成的直鏈型碳氫化合物，是番茄中主要的類胡蘿卜素，在成熟的番茄中含量較高［17-18］。番茄紅素具有較強的抗氧化性，清除單線態氧的能力是維生素E的100倍、β-胡蘿卜素的2倍，具有抗氧化、調節細胞代謝、減少心血管疾病及預防癌癥等生理功能［19-22］。不同地區、不同品種番茄的番茄紅素含量不同，含量為30～350 μg/g［23］，主要存在于番茄皮細胞中［24］。目前，番茄紅素提取方法主要包括有機溶劑提取和超臨界二氧化碳提取（SC-CO2）。近年來，為提高番茄紅素提取率，果膠酶、纖維素酶等生物酶提取方法以及超聲波、微波、高壓等物理方法作為輔助手段被開發應用于番茄紅素的提取中［25-28］。

2.1.1有機溶劑有機溶劑提取主要利用丙酮、乙醇、己烷及其混合液，以及乙酸乙酯、乳酸乙酯等溶劑［29］，而乙醇多作為促進番茄紅素從細胞中溶出的前處理溶劑［24］。在單一有機溶劑的提取中，乳酸乙酯比丙酮、乙醇和己烷具有更強的提取番茄紅素能力。Periago等［29］以丙酮、乙醇、己烷、乳酸乙酯為溶劑，在溫度70℃、時間30 min的條件下，番茄紅素得率分別為52、17、34和243 μg/g，發現乳酸乙酯具有最高的提取率。Kaur等［27］利用己烷、丙酮、乙醇（2∶1∶1）作為溶劑，優化得到番茄紅素提取條件為溫度45℃、時間8 min、料液比1∶30（w/v）、粒度0.15 mm，得率為19.8 μg/g。梁智慧［30］用95%乙醇作為溶劑、料液比1∶3（w/v），經過20 min預處理后，再以乙酸乙酯作為溶劑，在溫度60℃、時間30 min、料液比1∶4（w/v）的條件下，番茄紅素提取率為85%。因此，需要綜合考慮原料粒度、溫度、料液比、單一或混合溶劑、提取次數等因素以提高番茄紅素的提取率。

2.1.2生物酶輔助生物酶輔助是一種高效提取番茄紅素的新方法，主要采用纖維素酶和果膠酶對皮渣進行預處理，再用有機溶劑進行提取，具有處理溫度低、得率高的優點，提取率受酶量、pH、表面活性物質等因素影響［31-32］。

Lavecchia等報道，番茄皮渣經果膠酶處理1 h后，以己烷、丙酮、乙醇（2∶1∶1）為溶劑在溫度40℃、時間3 h條件下提取得到44 μg/g的番茄紅素［34］。Zuorro等報道，番茄皮渣經果膠酶、纖維素酶（1∶1，加酶量：0.16%），在溫度30℃、時間3.18 h處理后，再用己烷提取，番茄紅素提取率比非酶處理組高18倍［35］。Renveer等報道了番茄中不同部位番茄紅素提取率，經2%果膠酶和1.5%纖維素酶處理4 h后，利用己烷、丙酮、乙醇（2∶1∶1）為溶劑進行提取，番茄皮中番茄紅素得率為418 μg/g，比非酶處理組提高4倍［7］。可見果膠酶和纖維素酶輔助提取可提高番茄紅素提取率。

Cuccolini等［32］研究了pH對果膠酶和纖維素酶處理番茄皮渣的作用，pH降低到2.2時，以甲醇、四氫呋喃（1∶1）為溶劑進行提取，番茄紅素提取率比對照提高10倍，因為酸結合酶處理使番茄皮細胞破損更充分，有利于溶劑的滲入和番茄紅素的浸出。Papaioannon等在提取液中加入Span 20后，皮渣中番茄紅素提取率分別比單獨酶處理和對照提高4倍和10倍［31］，表明表面活性物質與酶輔助提取結合也可提高番茄紅素提取率。綜上所述，酶處理可以提高番茄紅素提取率，相比單一果膠酶，果膠酶和纖維素酶結合具有更好提取效果。但酶量、pH和表面活性物質等均會影響番茄紅素的提取率。

2.1.3物理輔助近年來，超聲波、微波、高壓等物理方法被用于輔助提取番茄紅素，與單純有機溶劑提取相比，具有能耗低、時間短、提取率高的優點［32-36］。

蔡基智等［37］以乙酸乙酯、丙酮（2∶1）為溶劑，在超聲功率80 W、溫度40℃、時間20 min、料液比1∶5（w/v）和pH6條件下，番茄紅素得率62.52 μg/g。Kumcuaglu等［33］利用己烷、丙酮、乙醇（2∶1∶1）為溶劑，用超聲頻率90 W、時間30 min、料液比1∶35（w/v）的條件替代單純有機溶劑（溫度60℃、時間40 min、料液比1∶51）的條件，番茄紅素提取率均可達到80%。可見，超聲輔助萃取實現了與單純有機溶劑提取相同的提取率，但溶劑使用量減少三分之一；而與酶輔助提取相比，處理時間從3～6 h降為20～60 min；超聲頻率代替了溫度條件，是較為節能環保的物理處理方式。

張曉敏等在微波頻率360 W、時間60 s、料液比1∶11（w/v）條件下提取4次，番茄紅素提取率達到92%［38］。蘇亞洲研究了超聲和微波提取番茄皮渣中番茄紅素的工藝條件，以乙酸乙酯為溶劑，經超聲頻率60 W、時間30 min、料液比1∶10（w/v）條件與微波頻率720 W、時間60 s、料液比1∶8（w/v）條件均處理三次，番茄紅素提取率均達90%以上［39］。微波輔助提取番茄紅素可以達到與超聲處理相同的效果，幾十秒的處理時間遠低于超聲20～60 min的作用時間。

Xi以75%乙醇為溶劑，在壓力500 MPa、時間1 min、料液比1∶6（w/v）條件下，番茄紅素提取率45%，與單純有機溶劑提取30 min的效果相同［40］。超高壓會破壞細胞壁，利于番茄紅素的提取，超高壓在番茄紅素提取中的應用需要進一步研究。

總之，超聲波、微波、高壓等物理方法在輔助提取番茄紅素中，比單純有機溶劑提取時間短，溶劑使用量少，能耗更少，是較為綠色的提取方式，但有關工藝優化及作用機理需進一步研究。

2.1.4SC-CO2SC-CO2具有安全性好、滲透性強、溶解性高和處理溫度低等特點，廣泛應用于天然產物的分離與提取［41］。Konar等對SC-CO2提取番茄紅素進行了綜述，提取效果主要受溫度、壓力、助溶劑和CO2流速等影響［42］。提取溫度一般為50～110℃，但有研究報道溫度在60℃上時會導致番茄紅素的異構化，影響其氧化性和穩定性［43-47］。提取壓力為30～40 MPa，在壓力40 MPa、溫度57℃、時間1.8 h條件下，番茄紅素提取率最高達到93%，與30 MPa相比相同提取率所需時間縮短1.78倍［46-48］。另外，SC-CO2提取番茄紅素多數使用乙醇作為助溶劑［24-28，48-49］，其他助溶劑還有四氫呋喃［50］、丙酮［51］、橄欖油［49］等，助溶劑可以提高提取率。提取時間范圍較大為0.5～3 h，具體提取條件根據設備類型以及CO2流速的不同而略有差異。

2.2膳食纖維

番茄膳食纖維具有較好的復水性和持水性，具有維持血糖水平、降低血脂、促進腸胃蠕動等作用，添加到食品中可以提高食品質量以及保健功效［52-53］。干燥的番茄皮渣中膳食纖維含量為31%～69%，其中不溶性膳食纖維約為80%［54-55］。4%～8%的番茄膳食纖維添加到酥性餅干中，能提高餅干的口感、色澤、脆度和疏松度［56］，還可以添加到掛面、面包、豆奶、巧克力、酸奶、飲料等食品中改善食品品質［57］。

淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶和糖化酶等被用于分解番茄皮渣中淀粉、蛋白質等物質，提高膳食纖維得率。對淀粉酶酶解能力影響因素為：溫度＞時間＞酶量＞pH，對蛋白酶酶解能力影響因素為：溫度＞酶量＞pH＞時間［58］。劉紹鵬等利用10%纖維素酶在溫度55℃、時間6 h、pH4.0條件下處理番茄皮渣，可溶性膳食纖維提取率為31%［54］。林文庭利用1%淀粉酶在溫度70℃、時間3 h、pH6處理后，經0.3%蛋白酶在溫度60℃、時間2 h、pH6.5再次處理，最后在1%糖化酶溫度40℃、時間1 h、pH4.6條件下處理，膳食纖維提取率為46%［59］。酶解是提取膳食纖維的主要方法，一般處理條件較為溫和，溫度為50～70℃，但時間較長，需數小時。

2.3籽蛋白

番茄籽蛋白主要由球蛋白、清蛋白、醇溶蛋白和麥谷蛋白等組成，其中球蛋白含量達到70%［60］。番茄籽蛋白中必需氨基酸賴氨酸含量占11.38%、蘇氨酸含量占6.25%，均大于小麥蛋白的氨基酸含量，可作為氨基酸強化劑［61-64］。Carlon等報道，加入10%和20%番茄籽蛋白，小麥面包中賴氨酸含量分別提高40%和69%［13］。番茄籽蛋白是高品質蛋白質，其總膳食、去脂肪膳食、蛋白精料的蛋白質功效比值分別是1.8、1.9和2.0，蛋白質凈利用率分別是2.7、2.5和2.5［5］。

干燥的番茄籽中蛋白質含量為22.2%～33.9%，主要提取方法有酸、堿、鹽提取以及冷、熱處理提取等［65-70］。高pH和低pH均有利于番茄籽蛋白的提取，但提取的蛋白質的性質略有不同［65-66］。高pH提取的蛋白質具有更好的乳化性、乳化穩定性、起泡性和起泡穩定性，而低pH提取的蛋白質具有更高的體積密度和較低的黏膜彈性［66-70］。Liadakis報道在溫度50℃、時間20 min、料液比1∶30（w/v）和pH11.5條件下，番茄籽蛋白提取率為66%［67］，但pH降到3.5時，提取的蛋白含量和賴氨酸以外的其他必須氨基酸含量都會減少［65］。不同鹽溶液對番茄籽蛋白提取率也有影響，在pH7.5條件下，0.5%（w/v）Na2SO3的番茄籽蛋白提取率為77%；5%（w/v）NaCl的提取率為93%［68］。

熱破碎處理后脫脂番茄籽蛋白提取率（9%～26%）比冷破碎脫脂番茄籽蛋白（25%～33%）提取率低，但熱破碎提取的蛋白乳化性、乳化穩定性、起泡性、起泡穩定性、油吸收能力和水吸收能力更強［70］。因此，在提取番茄籽蛋白過程中，要考慮到所需蛋白特性選擇不同的提取方式和條件。

2.4番茄籽油

番茄籽油中脂肪酸主要是以C16和C18兩種形式存在，其脂肪酸組成和大豆油類似，密度、十六烷值、低溫流動性與其他植物油類似，但粘度較高，揮發性、硫含量和灰分含量相對較低［71］。干燥番茄籽中脂肪含量為20.5%～29.6%，其中不飽和脂肪酸含量約為81%，飽和脂肪酸含量約為19%［71-72］；不飽和脂肪酸中主要是亞油酸（含量約為48%～59%）和油酸（含量約為20%），飽和脂肪酸中主要是軟脂酸（含量約為12%～20%）和硬脂酸（含量＜5%）［71-76］。較高的不飽和脂肪酸含量使得番茄籽油可以抑制胞內氧自由基產生并中和氧化應激信號，在一定程度上具有降低體內生理生化反應的功能［77-78］。未進行皮籽分離處理的皮渣提取得到的番茄籽油富含番茄紅素等類胡蘿卜素功能成分，可以用來強化橄欖油、葵花籽油、大豆油等食用油的營養價值［79］。

番茄籽油主要通過乙醇、己烷等有機溶劑以及SC-CO2等方法進行提取。溫度對番茄籽油的主要成分和生理活性無顯著影響，但不同提取方式對籽油提取率以及功能成分的含量會產生顯著影響［72-80］。Eller等以番茄籽油得率為指標，研究發現乙醇、己烷和SC-CO2的提取率分別為23.1%、20%和17.3%［80］；以籽油中總植物甾醇為指標，SC-CO2的植物甾醇提取率最高，為1.23%，大于己烷提取的1.08%和乙醇提取的1.05%；并且含有最高的單植物甾醇含量，如豆甾醇、谷甾醇、環木菠蘿烷醇等。

SC-CO2提取番茄籽油主要影響因素是提取壓力，其次是時間和溫度，在30 MPa、50℃、2 h條件下番茄籽油提取率為96%［75］。由于溶劑密度會引起番茄籽油的溶解度改變，在壓力11～25 MPa和溫度40～70℃范圍內，番茄籽油提取率隨壓力升高而增加、隨溫度升高而降低［76］。

3　討論與展望

目前，針對番茄加工副產物的利用已經開展了一些研究，但是這些研究更多地關注副產物利用的必要性和有關技術的開發研究，而利用中可能面臨和需要突破的瓶頸問題還沒有系統的思考，正是這些問題的存在使得副產物的利用技術難以得到應用和推廣。

3.1番茄副產物收集與貯藏研究

番茄加工后的副產物含有大量水分，可達到60%～80%，高水分含量容易導致皮渣的腐爛，同時一些主要組分也會發生降解。現有的文獻研究主要集中在番茄皮渣的應用和組分的提取，而皮渣的收集、預處理和貯藏非常重要。一般來講，皮渣要及時進行干燥脫水，并貯藏在通風干燥的場所。目前對于原料的干燥、貯藏等預處理技術的研究尚無報道，因此干燥、貯藏等預處理技術與參數的優化需要進行系統而深入的研究。

3.2作為食品配料直接利用進一步研究

番茄皮渣作為食品配料直接添加到食品，可以提高產品中蛋白質、膳食纖維、賴氨酸等含量，并利于改善色澤。但是現有的研究表明添加過多會給食品的口感和整體接受度帶來不利影響，關于添加的優化研究尚未見報道；同時，除添加到肉制品和面制品外，還沒有在其他食品的應用研究。因此，要進一步優化添加量，還要擴大其應用研究范圍，結合生產中的實際情況，提高食品質量。

3.3高效提取技術的開發與應用

番茄加工后副產物具有很好的深加工利用價值，通過化學、生物和物理等方法以及這些方法的結合已實現了皮渣中番茄紅素、蛋白質、油脂等成分的有效提取，這些研究側重在研究方面，有關其產業開發的可行性和經濟性研究還很缺乏。減少有機溶劑的使用、提高產品安全性、節能降耗以及降低生產成本等方面，需要進一步開發提取技術及優化副產物提取工藝，提高其應用的可行性。

3.4番茄加工副產物的全效利用

對番茄加工副產物的利用應遵循梯度開發、綜合利用的原則，應通過對副產物的組分含量、衛生程度、技術成熟性、經濟性能等方面的系統評估后采用不同的開發方案，從食品化、飼料化、肥料化以及能源化等多方面進行考慮，實現一物多用、全效利用，避免副產物利用后產生的二次副產物問題，徹底實現零排放零污染。

總之，如何實現番茄副產物開發過程中的安全高效、綠色環保、節能降耗以及經濟可行，仍然是副產物利用過程中面臨的重要研究課題。

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Utilization of by-products from tomato processing

GAO Ge1，WANG Yong-tao1，LIAN Yun-he2，AN Xiao-dong2，LIAO Xiao-jun1，*，SUN Zhi-jian1
（1.College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，National Engineering Research Centre for Fruit and Vegetable Processing，Key Laboratory of Fruit and Vegetable Processing，Ministry of Agriculture，Beijing 100083，China；2.Chenguang Biotech Group Co，Ltd，Handan 057250，China）

Tomato，which is widely planted as an vegetable in the world，can be processed into tomato paste，canned tomato，tomato powder and other products.About 3%～8%of the by-products are produced from tomato processing，its waste will pollute the environment.This paper mainly reviewed the utilization of byproducts from tomato processing，including direct application in foods as food ingredients and extraction of functional constituents，such as lycopene，dietary fiber，seed protein and seed oil.Moreover，the issues concerning the use of the tomato by-products were discussed and analyzed.

tomato；by-products；utilization；development

TS255.36

A

1002-0306（2015）18-0385-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.18.070

2014－12－01

高歌（1990－），女，博士研究生，主要從事農產品加工及貯藏方面的研究，E-mail：ireneggg@126.com。

廖小軍（1966－），男，博士，教授，主要從事農產品加工及貯藏方面的研究，E-mail：liaoxjun@hotmail.com。

公益性行業（農業）科研專項（201403079）。