西瓜番茄红素的超声波辅助提取研究

吴秋波

（内蒙古化工职业学院，内蒙古呼和浩特010010）

西瓜（Watermelon）在全世界广泛种植，尤其我国是西瓜栽培面积最大的国家[1]。但西瓜种植的季节性强，集中上市难以储存，每年损失严重。将西瓜进行深加工从而增加附加值是今后发展必然趋势[2]。食用天然色素来源于天然植物的根、茎、叶、花、果实和动物、微生物等，资源非常丰富而且最大的优点就是安全性高。食用全天然原料的产品必将成为今后食品消费的主流[3]。西瓜中富含番茄红素，西瓜果实中番茄红素鲜重平均含量为4.87 mg/100 g，而鲜食番茄果实中的番茄红素鲜重平均含量为3.1 mg/100 g，可见西瓜果实中番茄红素的含量超过番茄[4-5]。常规的提取法存在实验设备复杂、不便操作、提取时间长、产率低、需加热等缺点。与常规的提取法相比，超声辅助提取法具有实验设备简单、操作方便、提取时间短、产率高、无需加热等优点，极大的节省了时间，节省了溶剂，避免了温度过高使有效成分受热分解或改变结构和性质。本试验采用超声波震荡方法进行西瓜中番茄红素的提取工艺研究[6-7]。

1 材料与方法

1.1 仪器

超声波清洗器（SE-600）；打浆机：飞利浦公司；真空干燥机：美国奥立龙公司；紫外分光光度计（UV-240Graphtcor）：日本日立公司；高速冷冻离心机（CR20B2型）：日本日立公司。

试剂：乙酸乙酯。

1.2 材料

西瓜（京欣一号）：北京市农林科学院蔬菜研究中心。

2 方法

2.1 原理

将植物材料和提取溶剂放入超声波发生器中，在超声波的作用下，原料细胞部分被破坏，有效成分可很容易地扩散到提取液中，加之超声波振荡也可使原料颗粒不停运动，并使浸提温度升高，有利于扩散，提高浸提效率。

番茄红素在不同的有机溶剂里均有类似的吸收峰，番茄红素最大吸收峰的波长均为472 nm～484 nm，虽然在较短波区和较长波区的吸收也很强，但比最高峰弱，所以人们经常将样品溶解在有机溶剂中，在最大吸收波长下，用分光光度计测定溶液的吸光度，以此来表征番茄红素的浓度，用摩尔消光系数来计算番茄红素含量，此法不需要昂贵的番茄红素标准品，而且操作简便，适宜番茄红素粗提阶段的浓度测定。

将提取样品稀释至一定容积后，在350 nm～570 nm下，进行扫描，测472 nm处的吸收值。

番茄红素含量/（mg/100 g）=A×B×V×10÷3 450M

式中：A为吸光值；B为稀释倍数；V为稀释后容积，mL；M 为样品质量，g。

选用的西瓜品种为京欣一号，以1∶10（g/mL）的固液比在35℃提取20 min，472 nm处测定吸收值，得出京欣一号品种的西瓜番茄红素平均含量为3.75mg/100g。

2.2 提取工艺流程

西瓜去籽取瓤→果肉打浆→纱布过滤→4 000 r/min离心15 min→沉淀真空干燥→添加溶剂（乙酸乙酯）[8-9]→超声波清洗仪中浸提→提取液

2.3 超声强度的选择

由于仪器本身限制，选用的超声强度最大为3W/cm2。因此超声强度选择 2、2.5、3 W/cm2。

2.4 固液比的选择

理论上随着提取溶液量的加大，提取率也逐渐升高。但考虑到产品的经济效益及溶剂回收问题，正交试验选用固液比为 1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7（g/mL）3 个水平。

2.5 提取时间的选择

最初起始温度为室温20℃，过程中测得每5 min后仪器内温度会自动上升5℃，所以20 min后即达到40℃。番茄红素在高温下会降解，所以温度控制在40℃以下。试验温度设为35℃以内，即提取时间设定为5、10、15 min。

2.6 正交试验设计

根据单因素试验确定的条件范围，设计三因素三水平正交试验。

3 结果与讨论

3.1 单因素弹度试验

单因素弹度试验见表1、表2、表3。

超声为 2W/cm2时，固液比分别为 1∶5、1∶6、1∶7（g/mL）时，提取率较高的为提取时间为15min的79.62%。

超声强度为2.5W/cm2时，固液比分别为1∶5、1∶6、1∶7（g/mL）时，提取率较高的为提取时间为15 min的95.70%。

超声强度为3 W/cm2时，固液比分别为1∶5、1∶6、1∶7（g/mL）时，提取率较高的为提取时间为15 min的98.23%。

表1 超声为2 W/cm2时各提取率Table 1 Ratio of extraction on ultrasonic intensity of 2 W/cm2

表2 超声为2.5 W/cm2时各提取率Table 2 Ratio of extraction on ultrasonic intensity of 2.5 W/cm2

表3 超声为3W/cm2时各提取率Table 3 Ratio of extraction on ultrasonic intensity of 3 W/cm2

3.2 超声提取的正交试验

超声强度、固液比、超声时间均对番茄红素的提取有一定影响。根据单因素试验结果，选择合理的因素水平进行正交试验，以确定最佳的提取条件，正交试验因素水平见表4。试验结果见表5。

表4 超声提取西瓜番茄红素L9（33）正交试验因素水平Table 4 Ultrasonic extraction of watermelon lycopene L9（33）orthogonal experiment factors level

表5 正交试验结果Table 5 Results of orthogonal experiments

续表5 正交试验结果Continue table 5 Results of orthogonal experiments

通过正交设计法对超声波辅助提取西瓜中番茄红素的最优条件进行了分析，由极差分析可知，各因素对番茄红素提取率的影响，主次顺序依次为为C＞A＞B，即时间＞超声强度＞固液比。最佳水平的组合为A3B3C3，即超声强度为 3 W/cm2、固液比为 1 ∶7（g/mL）、提取时间为15 min。按此最佳的条件进行验证试验，测得番茄红素相对提取率为98.23%，由此可确定A3B3C3为最优组合。

4 结论

采用超声辅助提取法进行西瓜中的番茄红素提取，对各因素采用正交试验进行了优化，结果表明，时间是影响提取率的一个重要影响因素，其次为超声强度和固液比。但超声时间过长，仪器自动升温会影响番茄红素的稳定性，因此提取时间控制为15 min以内。超声提取西瓜中番茄红素的最佳条件为：超声强度3W/cm2、固液比为 1 ∶7（g/mL）、提取时间为 15 min。在最佳条件下，超声提取法提取番茄红素的相对提取率为98.23%。

[1] 蔡俊.番茄红素提取工艺的研究[J].食品与发酵工业,2000(2):81-84

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[5] 凌关庭.可供开发食品添加剂(Ⅳ):番茄红素及其生理功能[J].粮食与油脂,2003(1):31-35

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[8] 沈海涛,王爱英.响应面分析法优化乙酸乙酯萃取番茄红素条件的研究[J].生物技术通报,2014(1):24-27

[9] HUANG W,LI Z S,NIU H,et al.Optimization of operating parameters for supercritical carbon dioxide extraction of lycopene by response surface methodology[J].J Food Eng,2008,89(3):298-302