胡蘿卜中番茄紅素的提取、測定和應用研究

李長濱，王釗

(河南牧業經濟學院 食品與生物工程學院，鄭州 450046)

番茄紅素又稱茄紅素，是類胡蘿卜素的一種，廣泛存在于番茄、木瓜、葡萄柚等水果中，屬于脂溶性色素，不溶于水，難溶于強極性溶劑(甲醇、乙醇)，易溶于氯仿和苯，是一種脂溶性不飽和碳氫化合物[1]。番茄紅素的抗氧化能力極強，具有極強的抗紫外線作用，可有效緩解紫外線過敏患者的癥狀，番茄紅素還有抗炎、抗腫瘤、降血壓、降血脂的作用，在食品、化妝品、醫藥、保健品等方面得到廣泛應用[2-3]。

番茄紅素的提取方法主要有超臨界CO2萃取、有機溶劑提取、超聲波輔助提取、超聲-微波輔助提取、酶反應提取等[4-8]；番茄紅素的檢測方法主要有分光光度法、薄層色譜法、液相色譜法等[9-11]。紫外可見分光光度法相對簡單，但系統誤差較大，需要消除樣品中其余類胡蘿卜素的影響；薄層色譜法具有較好的專一性，但容易導致人為誤差，影響結果的準確性；高效液相色譜法簡單方便，干擾因素少，適用于番茄紅素的提取和定性定量分析。本試驗擬對比水浴加熱提取、超聲波提取和微波提取3種提取方法的優劣，建立番茄紅素的高效液相檢測方法，并以酸價和過氧化值為指標來評價番茄紅素的應用效果。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

胡蘿卜、綠茶飲料：購于鄭州丹尼斯超市；番茄紅素標準物質(標準品)：國家標準物質中心；甲醇、乙腈、二氯甲烷(色譜純)、乙酸乙酯、無水硫酸鈉、石油醚、無水乙醇、2,6-二叔丁基對甲苯酚、冰乙酸、異辛烷、碘化鉀、淀粉、硫代硫酸鈉(分析純)：國藥集團化學試劑有限責任公司。

1.2 主要儀器與設備

HC-331電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；AL-MUC1型微波儀 北京一葉藍天科技有限公司；HH-1超聲水浴鍋 江蘇盛藍儀器制造有限公司；MZQ 500型超聲波清洗儀 昆山市超聲儀器設備有限公司；HC-1016高速離心機 浙江納德科學儀器有限公司；1260高效液相色譜儀 美國安捷倫科技公司；T960自動電位滴定儀 濟南海能儀器設備有限公司；T1901紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司。

1.3 色譜條件

色譜柱：安捷倫C18色譜柱(250 mm×4.6 mm×5 μm)；流動相：甲醇∶乙腈∶二氯甲烷為20∶75∶5(體積比)；流速：1 mL/min；檢測波長：475 nm；進樣量：20 μL；柱溫：25 ℃。

1.4 方法

1.4.1 提取溶劑的選擇

將胡蘿卜洗凈、切塊，放入粉碎機內處理成糊狀，裝入試驗用自封袋中，避光保存，待用。稱取5.00 g樣品后加入30 mL不同的提取劑，置于振蕩器上振蕩10 min后，300 W超聲30 min，再次于振蕩器上振蕩5 min，以3500 r/min離心5 min后過膜，測定吸光度。

1.4.2 提取工藝的研究

考察水浴加熱提取、超聲波提取和微波提取3種提取工藝的參數，水浴加熱提取法從提取時間、提取溫度、料液比方面進行分析，采用正交試驗優化水浴加熱法提取番茄紅素的工藝，水浴加熱提取法正交試驗因素與水平設計見表1。

表1 水浴加熱提取正交試驗因素水平Table 1 The factors and levels of orthogonal test of water bath heating extraction

超聲波提取法從超聲時間、超聲功率、超聲溫度和料液比幾個方面進行分析以得到最優的工藝，超聲波提取法正交試驗因素與水平設計見表2。

表2 超聲提取正交試驗因素水平Table 2 The factors and levels of orthogonal test of ultrasound extraction

微波提取法從微波功率、微波時間、料液比幾個方面進行分析，微波提取法正交試驗因素與水平設計見表3。

表3 微波提取正交試驗因素水平Table 3 The factors and levels of orthogonal test of microwave extraction

1.4.3 酸價的測定[12]

取一個250 mL錐形瓶，稱量20.00 mL左右混合均勻的供試品，加入50 mL石油醚(30～60 ℃)，放入磁力攪拌子，然后在磁力攪拌器上攪拌20 s以上，直至試樣完全溶解形成溶液，采用自動電位滴定儀進行滴定，根據滴定體積計算。

1.4.4 過氧化值的測定[13]

取5.00 g樣品于滴定儀的滴定杯中，將50 mL乙酸異辛烷溶液加入滴定杯中，蓋上蓋子搖動至樣品溶解。將0.50 mL飽和碘化鉀溶液加入，蓋上蓋子反應1 min，在此期間搖動滴定杯3次以上，而后立刻將30 mL蒸餾水倒入。采用電位滴定法用硫代硫酸鈉溶液自動滴定到終點，滴定過程中增加0.5 mL左右的淀粉溶液，根據所耗費的硫代硫酸鈉溶液體積計算。

2 結果與分析

2.1 不同溶劑對提取的影響

根據番茄紅素的溶解性特點以及有機溶劑的特性，選擇石油醚、正己烷、乙酸乙酯、丙酮、環己烷5種試劑作為提取溶劑[14]，不同提取溶劑對番茄紅素提取的影響見圖1。

圖1 不同提取溶劑對番茄紅素提取率的影響Fig.1 Effect of different extraction solvents on the extraction rate of lycopene注：1，2，3，4，5分別表示石油醚、正己烷、乙酸乙酯、丙酮和環己烷。

由圖1可知，乙酸乙酯對番茄紅素提取率的影響最大，其次為丙酮。乙酸乙酯相比價格低且毒性小，所以試驗選擇乙酸乙酯為提取溶劑。

2.2 不同提取工藝研究

2.2.1 水浴加熱法工藝研究

根據單因素試驗結果選取溫度、時間、料液比3個因素及其對應的3個水平進行正交試驗，正交試驗結果見表4。

表4 水浴加熱提取正交試驗結果Table 4 The orthogonal experimental results of water bath heating extraction

由表1和表4可知，當使用乙酸乙酯提取番茄紅素時，3個因素的影響大小順序為C>A>B，C因素即料液比對胡蘿卜中番茄紅素提取率的影響較大，由表4可知最佳組合為A3B2C1，用乙酸乙酯采用水浴加熱法提取胡蘿卜中番茄紅素的最佳條件為：提取時間80 min，提取溫度45 ℃，料液比1∶3，提取率為0.196 mg/g。

2.2.2 超聲波提取工藝研究

為了加快提取速度，實驗室常用超聲波提取法輔助提取番茄紅素。超聲波可以加快番茄紅素在提取劑中的溶解，從而減少番茄紅素暴露在日光和空氣中的時間，避免番茄紅素的氧化，超聲波提取從超聲時間、超聲功率、超聲溫度和料液比幾個方面進行正交試驗，正交試驗結果見表5。

表5 超聲提取正交試驗結果Table 5 The orthogonal experimental results of ultrasound extraction

由表5可知，超聲波輔助法提取番茄紅素時，影響提取效果的因素順序為:超聲功率>料液比>超聲溫度>超聲時間，最優化工藝為 A2B2C1D1，即超聲時間15 min、超聲功率200 W、超聲溫度40 ℃、料液比1∶4(g/mL)時番茄紅素的提取率最高，提取率為0.362 mg/g。

2.2.3 微波提取工藝研究

微波提取法以其提取速度快、成本低、提取效率高等優點，也被廣泛用于輔助提取。微波提取從微波功率、微波時間、料液比幾個方面進行分析，微波提取正交試驗結果見表6。

表6 微波提取正交試驗結果Table 6 The orthogonal experimental results of microwave extraction

由表6可知，采用微波法提取番茄紅素，影響提取效果的因素順序為：微波功率>微波時間>料液比，最優工藝為A1B2C2，即微波時間50 s、微波功率400 W、料液比1∶4(g/mL)時番茄紅素的提取率為0.310 mg/g。

對比3種提取方法，超聲波輔助提取和微波輔助提取兩種方法提取率接近，超聲波輔助法的提取率略高于微波輔助法的提取率，水浴加熱法的提取率最低且提取時間最長。可能原因為超聲波的空化效應和微波提取的高頻性增加了分子運動的速度和頻率，能夠使細胞內部溶解的番茄紅素提取出來，而采用水浴加熱方法，提取劑不能很好地穿透細胞壁，無法提取內部番茄紅素[15-16]。

2.3 番茄紅素測定方法的建立

2.3.1 番茄紅素標準曲線的繪制

準確稱取10.00 mg番茄紅素標準品，用乙酸乙酯溶解，定容至100 mL，得100 μg/mL儲備液。精密吸取0.50，1.00，1.50，2.00，2.50 mL儲備液于100 mL容量瓶中，用乙酸乙酯稀釋至刻度，獲得0.50，1.00，1.50，2.00，2.50 μg/mL的標準品溶液。以標準品吸光度對濃度作線性曲線。標準曲線回歸方程為：y=0.1442x-0.0179，相關系數R2為0.9994，番茄紅素標準溶液濃度與吸光度值存在良好的線性關系，樣品在0.2～5.0 μg/mL范圍內呈良好的線性關系，最低檢出限為0.2 μg/mL。

2.3.2 胡蘿卜中番茄紅素的測定

取胡蘿卜樣品，用超聲波輔助提取最優方案進行提取，采用高效液相色譜法進行測定并進行加標回收試驗，加標濃度分別為0.2，0.4 mg/g，每個水平平行測定6次，測定結果RSD在1.08%～3.07%之間，加標回收率范圍在96.5%～105%，試驗結果見表7。

表7 胡蘿卜中番茄紅素測定結果Table 7 The determination results of lycopene in carrot

2.3.3 番茄紅素的氧化性研究

為了評價番茄紅素對食品的抗氧化性能，以綠茶為分析對象，在第7天、第14天和第21天用自動電位滴定法測定未添加番茄紅素和添加番茄紅素的酸價和過氧化值，從而判斷番茄紅素對飲料的影響，具體結果見表8。

表8 綠茶中番茄紅素添加前后酸價和過氧化值測定結果Table 8 The determination results of acid value and peroxide value of green tea before and after adding lycopene

由表8可知，添加番茄紅素的飲料相對未添加番茄紅素的飲料，酸價和過氧化值均有所減小，特別是過氧化值降低幅度在70%左右，說明在相同條件下番茄紅素對飲料具備一定減緩氧化的功能。酸價測定平均相對標準偏差為0.46%，過氧化值測定平均相對標準偏差為0.71%。

3 結論

試驗以胡蘿卜為分析對象，考察了不同溶劑對胡蘿卜中番茄紅素提取效果的影響，得出了乙酸乙酯作為提取劑提取效率最高的結論；評價了不同條件下水浴加熱、超聲波輔助提取、微波輔助提取對胡蘿卜中番茄紅素的影響，發現超聲波提取效果最好，其次為微波提取，水浴加熱提取效果最差，且得到了每種提取方法的最優工藝，為番茄紅素的提取和加工提供了有力的支撐；建立了高效液相色譜法測定番茄紅素的方法并對該方法進行了評價，結果表明，番茄紅素在0.2～5.0 μg/mL濃度范圍內線性良好，R2為0.9994，儀器檢出限為0.2 μg/mL。最后將提取的番茄紅素添加到飲料中，通過測定不同時期飲料的酸價和過氧化值來評價番茄紅素的抗氧化作用。結果顯示：添加番茄紅素的飲料的酸價和過氧化值都比未添加的低，且測定結果均符合國家標準，為番茄紅素的應用提供了參考依據。