番茄紅素提取工藝的研究

◎ 譚敏捷

（清遠市食品檢驗中心，廣東 清遠 511500）

番茄紅素（C40H56）是一種非常重要的天然類胡蘿卜素，與β-胡蘿卜素是同分異構體。其最早從番茄中分離制得，故稱番茄紅素。其分子中有11個共軛雙鍵和2個非共軛雙鍵，因此穩定性很差，容易發生順反異構和氧化降解。天然存在的番茄紅素全為反式構型，人體組織中則大部分為順式構型，長時間加熱或者紫外線照射可使其異構化，產生部分順式構型[1]。它在自然界中分布廣泛，主要存在于番茄、胡蘿卜、西瓜、葡萄、芒果、草莓等成熟的紅色水果和蔬菜中。番茄紅素是脂溶性色素，可溶于其他脂類和非極性溶劑中，易溶于氯仿、苯、二硫化碳，可溶于乙醚、石油醚、丙酮、乙酸乙酯等，難溶于甲醇、乙醇，不溶于水[2-3]。

番茄紅素的提取及測定是目前國內外的一個研究熱點，主要有有機溶劑提取法、酶反應法、色譜分離法和超臨界流體萃取等方法，其中酶試劑較貴，色譜分離法和超臨界流體法設備昂貴，故常用操作簡單、可行性強的有機溶劑提取法，如采用氯仿、丙酮、乙醚、乙酸乙酯等為提取溶劑的提取法，其中乙酸乙酯是常用的工業溶劑，對番茄紅素的提取率較高，并且成本低，常壓下沸點低，易于回收，因此本試驗選擇乙酸乙酯作為提取溶劑，研究各種因素對提取效果的影響，從而為番茄紅素的開發利用提供理論依據[4]。

1 材料與方法

1.1 試驗原材料

新鮮番茄購買于百加肉菜市場

1.2 試驗試劑

乙酸乙酯（分析純），廣州化學試劑廠；乙醇（分析純），廣州化學試劑廠；

氫氧化鈉（分析純），廣州化學試劑廠；鹽酸（分析純），廉江市愛廉化學試劑有限公司。

1.3 主要試驗儀器與設備

723N可見分光光度計（上海精密科學儀器有限公司）；HH-601超級恒溫水浴鍋（江蘇金壇市億通電子有限公司）；AUY120分析天平（SHIMADZU）；pHS-3C+酸度計（成都世紀方舟科技有限公司）；TH-300A梯度混合器（上海青浦瀘西儀器廠）；家用搗碎機（金威馬）；LXJ-IIB飛鴿牌離心機（上海革安亭科學儀器廠）。

1.4 試驗方法

1.4.1 樣品的制備

將新鮮番茄用清水沖洗干凈后，用小刀切成小塊，放進搗碎機打碎成漿，先離心脫水1次（4 000 r·min-1,20 min），得到紅色的膏狀番茄糊，用95%乙醇預處理，按番茄糊∶95%乙醇=1∶3處理，每次20 min，處理兩次，然后離心去上清液后，裝入棕色玻璃瓶備用。乙醇處理的目的是脫水，除去一些雜質及黃色素等。

1.4.2 番茄紅素最大吸收波長的確定

用分析天平稱取5.0 g已制備好的番茄泥于50.0 mL離心管，加入25.0 mL乙酸乙酯，調節pH=7，在50 ℃水浴恒溫回流1.5 h后，離心取2.000 mL上清液稀釋5倍于10.0 mL比色管，用乙酸乙酯定容，搖勻后迅速用可見分光光度計測定番茄紅素提取液在不同波長下的吸光值。

1.4.3 番茄紅素提取工藝流程

番茄紅素提取工藝流程為：新鮮番茄前處理→切碎→搗碎機破碎→離心機脫水→95%乙醇預處理（兩次，每次20 min）→離心→稱重→乙酸乙酯水浴恒溫回流→離心→取上清液定容→測吸光值。

1.4.4 番茄紅素的測定及分析方法

對粗提液的測定采用吸光度法，用移液器從粗提液中取2 mL于10 mL比色管，用乙酸乙酯定容，搖勻后迅速在502 nm波長下測定溶液的吸光值（用乙酸乙酯做參比）。不同提取工藝條件下提取相同量番茄糊得到的提取液定容到相同的體積后，在502 nm波長下測定提取液的吸光值。吸光度用A表示。A=abc，其中a為吸光系數，單位L/(g·cm)；b為液層厚度（通常為比色皿的厚度），單位cm；c為溶液濃度，單位g·L-1，番茄紅素的含量c可通過吸光值得到，因此由吸光值可知番茄紅素含量的高低，本試驗番茄紅素的提取率采用吸光值來表示。

1.4.5 番茄紅素提取的單因素試驗

對番茄紅素提取過程中的提取溫度、提取時間、pH、料液比、提取級數逐個進行單因素試驗。

（1）pH對番茄紅素提取率的影響。稱取5份已預處理的番茄糊5.000 g，分別置于50.0 mL離心管，均加入25.0 mL乙酸乙酯，再用5%的NaOH調pH值分別為4、5、6、7和8，在50 ℃水浴恒溫回流1.5 h，離心，取上清液2.000 mL稀釋5倍于10.0 mL比色管，用乙酸乙酯定容，搖勻后迅速在502 nm處測吸光值。每組3個平行。

（2）提取溫度對番茄紅素提取率的影響。稱取5份已預處理的番茄糊5.000 g，分別置于50.0 mL離心管，均加入25.0 mL乙酸乙酯，再用5%的NaOH調pH值為7，分別在40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃和80 ℃水浴恒溫回流1.5 h，離心，取上清液2.000 mL稀釋5倍于10.0 mL比色管，用乙酸乙酯定容，搖勻后迅速在502 nm處測吸光值。每組3個平行。

（3）提取時間對番茄紅素提取率的影響。稱取5份已預處理的番茄糊5.000 g，分別置于50.0 mL離心管，均加入25.0 mL乙酸乙酯，再用5%的NaOH均調pH值為7，在50 ℃水浴恒溫分別回流0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h和2.5 h，離心，取上清液2.000 mL稀釋5倍于10.0 mL比色管，用乙酸乙酯定容，搖勻后迅速在502 nm處測吸光值。每組3個平行。

（4）料液比對番茄紅素提取率的影響。稱取5份已預處理的番茄糊5.000 g，分別置于50.0 mL離心管，分別加入按料液比1∶4、1∶5、1∶6、1∶7和1∶8，再用5%的NaOH均調pH值為7，在50 ℃水浴恒溫分別回流1.5 h，離心，取上清液2.000 mL稀釋5倍于10.0 mL比色管，用乙酸乙酯定容，搖勻后迅速在502 nm處測吸光值。每組3個平行。

（5）提取級數對番茄紅素提取率的影響。稱取5份番茄糊5.000 g，分別置于50.0 mL離心管，均加入25.0 mL乙酸乙酯，再用5%的NaOH均調pH值為7，在50 ℃水浴恒溫分別回流1.5 h離心，取上清液2 mL稀釋5倍于10.0 mL比色管，用乙酸乙酯定容，搖勻后迅速在502 nm處測吸光值。再用25.0 mL乙酸乙酯對去上清后的番茄糊提取1.5 h，經上述同樣的操作在502 nm下測吸光值，接著再用25.0 mL乙酸乙酯進行第3次提取，1.5 h后去上清定容，測吸光值，再接著用25.0 mL乙酸乙酯進行第4次提取，測吸光值。每組3個平行。

1.4.6 番茄紅素提取的正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選擇浸提時間、浸提溫度、料液比以及提取級數為4個影響因素，每個因素3個水平進行正交試驗，用極差分析法確定最佳提取工藝條件。正交試驗因素水平設計見表1。

表1 正交試驗因素水平表

2 結果與分析

2.1 番茄紅素最大吸收波長的確定

由圖1可知，番茄紅素在波長440～510 nm處出現3個吸收峰，分別為444 nm、472 nm、502 nm，這與相關文獻描述的基本相符。在最大吸收波長下，用可見分光光度計測定溶液的吸光度，以此來表示番茄紅素的濃度，用朗伯-比爾定律計算番茄紅素的含量，此法不需要昂貴的番茄紅素標準品，而且操作簡便，適宜番茄紅素粗提取階段的濃度測定[5-6]。由于與番茄紅素共存的其他類胡蘿卜素如β-胡蘿卜素，在472 nm處也有1個較強的吸收峰，這會對測定造成干擾，張連富、丁霄霖等人建立了一種番茄紅素的簡便測定方法，即選擇502 nm作為測定波長，避免了其他類胡蘿卜素的影響。因此本試驗的后續工作中，均在該波長下測定各次試驗提取液的吸光度，比較吸光值的大小，根據朗伯-比爾定律計算番茄紅素的提取率[7-10]。

圖1 番茄紅素的吸收光譜圖

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 pH對番茄紅素提取率的影響

由圖2可知，在其他條件相同的情況下，不同pH下番茄紅素的吸光值不同，酸性越大，番茄紅素的穩定性越差，當pH=7時番茄紅素提取率最高。pH＞7時，番茄紅素提取率有所下降。由試驗可知，番茄紅素的最佳提取pH為7。

圖2 pH對番茄紅素提取率的影響圖

2.2.2 提取溫度對番茄紅素提取率的影響

由圖3可知，在其他條件相同的情況下，番茄紅素吸光度與溫度關系近似線性關系，在所選范圍內，當提取溫度為60 ℃時，番茄紅素提取率達到最佳值。這是因為隨著溫度的上升，分子運動速度加快，有利于番茄紅素的滲出。但溫度達到70 ℃以上，番茄紅素氧化被破壞，提取液變渾濁，從而使番茄紅素提取率下降。同時考慮到提取劑的沸點及揮發性，以減少溶劑損失。由試驗可知，番茄紅素的最佳提取溫度約為60 ℃，這時番茄紅素的質量達到最好，過濾后能得到澄清的溶液。

圖3 提取溫度對番茄紅素得率的影響圖

2.2.3 提取時間對番茄紅素提取率的影響

由圖4可知，在其他條件相同的條件下，不同的浸提時間吸光值不同，當浸提時間為1.5 h時，提取效果最好；提取時間小于1.5 h，提取率隨提取時間的增加而增加，而當浸提時間超過1.5 h，隨著浸提時間的進一步增加，番茄紅素的提取率反而逐漸減小。這可能是超過一定的時間后，因為溫度等其他因素的影響，番茄紅素被氧化損失，提取率反而下降。因此確定最佳提取時間為1.5 h。

圖4 提取時間對番茄得率的影響圖

2.2.4 料液比對番茄紅素提取率的影響

由圖5可知，在其他條件相同的情況下，隨著料液比的增大，吸光值增大，番茄紅素的提取率也隨之增大，但在料液比達到1∶6后，番茄紅素的提取率增長緩慢，幾乎趨于平緩，原因是溶劑與番茄糊已充分混合。當料液比為1∶6提取率最大，考慮到試驗的成本及效率，確定最佳料液比為1∶6。

圖5 料液比對番茄紅素得率的影響圖

2.2.5 提取級數對番茄紅素提取率的影響

用提取劑提取目標產物時，提取次數越多，目標產物總提取量也越多，這是試驗提取所需的結果，但同時提取劑消耗量也越多，不利于后蒸發溶劑進行濃縮的操作。由圖6可知，當提取級數達到3級時，番茄紅素提取液的所測吸光值已小于0.05，這時番茄紅素已基本提取完全，故應選擇提取級數為3。

圖6 提取級數對番茄紅素得率的影響圖

2.3 正交試驗結果

為了進一步確定番茄紅素提取工藝的最優條件，在單因素試驗的基礎上，選擇浸提時間、浸提溫度、料液比和提取級數為影響因素，進行4因素3水平的L9（34）正交試驗。正交試驗結果，如表2所示。

由表2可知：R值由大到小依次為C＞B＞D＞A因素，即對番茄紅素提取影響最大的為料液比，然后依次為提取級數、提取溫度和提取時間。根據kA2＞kA3＞kA1,得A2為最優水平；kB3＞kB2＞kB1,得B3為最優水平；kC3＞kC2＞kC1,得C3為最優水平；kD1＞kD3＞kD2,得D1為最優水平。因素主次關系為C（料液比）＞B（提取級數）＞D（提取溫度）＞A（提取時間），則正交試驗得到的最優組合為A2B3C3D1，即提取時間1.5 h，提取級數為3，料液比1∶7，提取溫度50 ℃。

表2 番茄紅素提取條件優化方案及正交試驗結果表

2.4 驗證試驗

在最佳提取條件下，進行驗證試驗，得到番茄紅素的吸光值為0.906，與正交試驗結果相符。

3 結論

若采用新鮮番茄，打碎離心脫水后進行95%乙醇預處理兩次，使一些醇溶性的黃色素和一些水溶性雜質除去，然后將番茄糊與乙酸乙酯按1∶7的料液比混合，調節pH=7，50 ℃水浴恒溫回流1.5 h以提取番茄紅素，提取效果最佳。50 ℃減壓旋轉蒸發濃縮回收乙酸乙酯，番茄紅素經冷卻結晶，此時的番茄紅素可進行進一步純化。乙酸乙酯低毒性，成本較低，易回收，故用此方法提取番茄紅素適合工業生產，但應用于工業生產需進一步研究。