圣女果中番茄紅素的提取工藝研究*

干建松 余九霞

1（江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院糧食與食品藥品學(xué)院，江蘇淮安 223003）

2（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇徐州 221116）

3（淮安市糧油質(zhì)量監(jiān)測(cè)所，江蘇淮安 223001）

圣女果（Cherry Tomato）又叫小西紅柿，素有珍珠番茄之稱。因其色澤鮮紅，果實(shí)小巧，口感清甜，營(yíng)養(yǎng)豐富而受到消費(fèi)者的青睞。圣女果是茄科番茄屬，與普通番茄相比，圣女果營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高，其中含較多的番茄紅素（Lycopene）和胡蘿卜素（Renieratene），以及谷胱甘肽、可溶性糖類、蛋白質(zhì)、果酸和維生素PP，具有增強(qiáng)人體免疫力、促進(jìn)人體骨骼生長(zhǎng)發(fā)育、延緩衰老、美容、防曬等作用。

番茄紅素是一種天然的脂溶性色素，廣泛分布在圣女果、柿子、云莓、紅色葡萄柚、番木瓜等水果的成熟果實(shí)中，是目前所發(fā)現(xiàn)的抗氧化能力最強(qiáng)的天然活性物質(zhì)之一，已被逐漸應(yīng)用于醫(yī)藥品、保健品之中。番茄紅素分子式中含有13個(gè)雙鍵，由于含有不飽和結(jié)構(gòu)，使其具有較強(qiáng)的抗氧化能力，并且具有調(diào)節(jié)血脂、保護(hù)心血管、調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)代謝、降低膽固醇、保護(hù)皮膚、降低核酸損傷等生理功能。因此，番茄紅素在醫(yī)療和保健品領(lǐng)域有著廣闊的前景，番茄紅素的提取技術(shù)研究及產(chǎn)品開發(fā)已經(jīng)成為國(guó)際上討論的熱點(diǎn)并受到來自世界各國(guó)專家的重視。

1 材料與方法

1.1 材料

丙酮、乙酸乙酯、石油醚、無水乙醇、乙醚等均為分析純；番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)品，購(gòu)自上海伊卡生物技術(shù)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 番茄紅素提取方法

稱取5 g干燥圣女果粉，立即置于50 mL三頸燒瓶中，加入適量有機(jī)溶劑，磁力攪拌，控制轉(zhuǎn)速不變，改變液料比、提取溫度、提取時(shí)間這3 個(gè)條件進(jìn)行提取。首先采用丙酮、乙酸乙酯、石油醚、無水乙醚、乙醚這5 種常用試劑作為浸取劑對(duì)圣女果粉中的番茄紅素進(jìn)行提取，選擇最優(yōu)溶劑。然后進(jìn)行單因素試驗(yàn)，探究浸提溫度、提取時(shí)間、液料比、提取級(jí)數(shù)對(duì)提取效果的影響，提取完成后過濾可得番茄紅素粗提液，測(cè)定番茄紅素的吸光度值。

1.2.2.番茄紅素提取工藝的單因素研究

1.2.2.1 溶劑對(duì)番茄紅素提取的影響

精確稱取5 g 干燥的圣女果粉，共5 份，置于50 mL 三頸燒瓶中，各加入30 mL 無水乙醇、乙醚、丙酮、石油醚、乙酸乙酯將其溶解，在40 ℃溫度下避光浸提120 min，過濾，取500μL 濾液加入25 mL容量瓶中，用各自的浸提劑定容，用可見分光光度計(jì)在472 nm處測(cè)量其吸光度值。

1.2.2.2 液料比對(duì)番茄紅素提取的影響

精確稱取5 g 干燥的圣女果粉，共5 份，置于50 mL 三頸燒瓶中，加入丙酮，將丙酮與圣女果粉的質(zhì)量比設(shè)定為3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1，在40 ℃溫度下避光提取120 min 后，過濾，取500μL濾液加入25 mL 容量瓶中，用丙酮定容，在472 nm處測(cè)吸光度值。

1.2.2.3 提取時(shí)間對(duì)番茄紅素提取的影響

精確稱取5 g 干燥的圣女果粉，共5 份，置于50 mL三頸燒瓶中，各加入30 mL丙酮將其溶解，分別在40 ℃溫度下避光提取60 min、90 min、120 min、150 min、180 min 后，過濾，取500μL濾液加入25 mL 容量瓶中，用丙酮定容，在472 nm 處測(cè)吸光度值。

1.2.2.4 溫度對(duì)番茄紅素提取的影響

精確稱取5 g 干燥的圣女果粉，共5 份，置于50 mL 三頸燒瓶中，各加入30 mL 丙酮將其溶解，分別在30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃下避光提取120 min后，過濾，取500μL濾液加入25 mL容量瓶中，用丙酮定容，在472 nm處測(cè)吸光度值。

1.2.2.5 提取次數(shù)對(duì)番茄紅素提取的影響

精確稱取5 g 圣女果粉溶于30 mL 丙酮中，在45 ℃溫度條件下提取120 min，過濾，取500μL 濾液加入25 mL 容量瓶中，用浸提劑定容，用可見分光光度計(jì)在472 nm 處測(cè)定其吸光度值。重復(fù)3 次，測(cè)濾液吸光度值。

1.2.3 番茄紅素提取工藝的優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選用液料比、浸提溫度、提取時(shí)間3 個(gè)影響因素，每個(gè)影響因素選用3 個(gè)較優(yōu)的水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定從圣女果中提取番茄紅素的最佳工藝條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄紅素提取工藝單因素研究

2.1.1 溶劑對(duì)番茄紅素提取的影響

提取溶劑對(duì)番茄紅素提取效果的影響結(jié)果見圖1。

圖1 提取溶劑與吸光度值的關(guān)系

由圖1 可知，番茄紅素在不同有機(jī)溶劑中的提取效果有所差異。以上5 種溶劑中，提取效果最好的是丙酮，其次是乙酸乙酯，石油醚和乙醚的提取效果也比較好，而無水乙醇的提取效果最差。這是由于番茄紅素的溶解度性質(zhì)，易溶于極性小的親脂性溶劑中，難溶于極性較大的溶劑中。因?yàn)楸奶崛⌒Ч罴眩⑶叶拘孕。瑑r(jià)格便宜，故后續(xù)試驗(yàn)選取丙酮作為圣女果番茄紅素的提取劑。

2.1.2 液料比對(duì)番茄紅素提取的影響

液料比對(duì)番茄紅素的提取效果見圖2。

圖2 液料比與吸光度值的關(guān)系

由圖2 可知，隨著液料比增加，番茄紅素溶液的吸光度值逐漸升高。當(dāng)液料比由5∶1 增大到7∶1 時(shí)，吸光度值增加幅度不大，曲線趨于平穩(wěn)，提取效果無明顯改變。這主要由于液料比增大即有機(jī)溶劑增加可使圣女果粉在提取劑中更均勻的分布，擴(kuò)散速度加快；但當(dāng)分布空間足夠大的時(shí)候，繼續(xù)增加溶劑量對(duì)提取率效果影響不大。因此，選擇最佳料液比為7∶1。

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)番茄紅素提取的影響

提取時(shí)間對(duì)番茄紅素提取效果的影響見圖3。

圖3 提取時(shí)間與吸光度的關(guān)系

由圖3 可知，提取時(shí)間在60 min～120 min 時(shí)，隨著提取時(shí)間的增加，提取溶液的吸光度值不斷上升，提取率升高；但提取時(shí)間超過120 min后，吸光度值相比之前有所降低，提取率也隨之減小。這是由于隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，溶解在溶劑中的番茄紅素增加，提取率提高；當(dāng)提取時(shí)間接近120 min 時(shí)，番茄紅素在固液之間趨于平衡狀態(tài)，此時(shí)吸光度值最高，提取效果最好；但當(dāng)提取時(shí)間超過120 min后，吸光度下降，提取效果不佳，其原因可能是番茄紅素長(zhǎng)時(shí)間處于溫度較高的環(huán)境下，色素被氧化分解所致。考慮到番茄紅素的穩(wěn)定性，節(jié)約能源并提高提取效率，故選擇最佳提取時(shí)間為120 min。

2.1.4 提取溫度對(duì)番茄紅素提取的影響

提取溫度對(duì)番茄紅素提取效果的影響結(jié)果見圖4。

圖4 提取溫度與吸光度值的關(guān)系

由圖4 可知，不同溫度下番茄紅素的提取效果具有明顯差異。當(dāng)提取溫度低于45 ℃時(shí)，隨著溶液溫度的提升，待測(cè)溶液的吸光度值逐漸加大，提取效果顯著提高。這是因?yàn)闇囟鹊奶嵘龝?huì)使番茄紅素分子擴(kuò)散速率增加，所以在相同提取時(shí)間內(nèi)，溫度在一定范圍內(nèi)升高，溶解在提取劑中的番茄紅素就會(huì)越多，提取率增加。但是當(dāng)提取溫度高于45℃時(shí)，由于番茄紅素的雙鍵性質(zhì)，其穩(wěn)定性差易發(fā)生氧化，在高溫條件下番茄紅素易被氧化和降解，所以吸光度逐漸下降，從而導(dǎo)致提取效率也隨之降低。

對(duì)于番茄紅素這類熱穩(wěn)定性較差的物質(zhì)，溫度對(duì)其提取率有一定程度的影響。同時(shí)還要考慮到提取溶劑的沸點(diǎn)及揮發(fā)性等因素，避免在溫度較高的情況下出現(xiàn)部分溶劑損失的現(xiàn)象。因此，選擇適當(dāng)?shù)慕釡囟仍诜鸭t素的提取工藝研究中至關(guān)重要。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)浸提溫度為45 ℃時(shí)，吸光度達(dá)到頂峰，提取效率最高。又因?yàn)楸姆悬c(diǎn)在58 ℃左右，在此條件下提取番茄紅素不僅不會(huì)使其結(jié)構(gòu)破壞，而且不會(huì)使丙酮揮發(fā)，造成溶劑的浪費(fèi)。因此，選擇最佳提取溫度為45 ℃。

2.1.5 提取次數(shù)對(duì)番茄紅素提取的影響

提取次數(shù)越多，圣女果粉中番茄紅素的提取量也逐漸增多。提取次數(shù)對(duì)番茄紅素提取效果的影響見圖5。

圖5 提取次數(shù)與吸光度值的關(guān)系

由圖5可知，第1次番茄紅素的提取量大約占3次提取總量的87.7%，第2 次提取量大約占提取總量的9.09%，而第3 次提取量?jī)H僅占提取總量的3.21%。雖然番茄紅素的提取總量變多了，但與此同時(shí)提取劑的使用量也隨之增加。由數(shù)據(jù)可知，第1 次的提取量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后2 次的提取量，說明本試驗(yàn)中提取1 次即可，這樣既保證了提取率，又可以減少溶劑的使用，節(jié)約成本。

2.2 番茄紅素提取工藝正交試驗(yàn)

番茄紅素提取正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

由表2 可知，液料比、提取時(shí)間、浸提溫度3個(gè)因素都會(huì)影響圣女果中番茄紅素的提取效果。根據(jù)極差R可以得出，各因素影響番茄紅素提取率的大小次序?yàn)镃>A>B，即浸提溫度對(duì)番茄紅素提取率影響最為顯著，提取時(shí)間是次要因素，液料比為非主要因素。圣女果中番茄紅素的最佳提取工藝條件為：A2B3C2，即提取時(shí)間120 min，提取溫度45 ℃，液料比7∶1。但由于液料比對(duì)番茄紅素提取效果影響不大，為了節(jié)約有機(jī)溶劑的使用，降低試驗(yàn)成本，選擇A2B2B2，即提取時(shí)間120 min，液料比6∶1，提取溫度45 ℃。在該條件下測(cè)得番茄紅素粗提液的吸光度為0.928，提取效果比其他正交試驗(yàn)所得的結(jié)果都好，在此條件下圣女果中番茄紅素粗提物的含量為57.2 mg/kg。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

本研究采用單因素試驗(yàn)確定提取圣女果中番茄紅素的最佳有機(jī)溶劑為丙酮，最適宜液料比7∶1，最適宜提取時(shí)間120 min，最適宜提取溫度45 ℃。通過正交試驗(yàn)，確定了浸提溫度是影響番茄紅素提取的最主要因素，且圣女果中番茄紅素的最優(yōu)提取工藝為：提取時(shí)間120 min，液料比6∶1，提取溫度45 ℃，此時(shí)提取效果最好，圣女果中番茄紅素粗提物含量為57.2 mg/kg。