秋橄榄番茄红素超临界CO2萃取工艺研究

成建红，刘惠斌，于喜涛（中国农业大学（烟台），山东烟台264670）



秋橄榄番茄红素超临界CO2萃取工艺研究

成建红，刘惠斌，于喜涛
（中国农业大学（烟台），山东烟台264670）

以野生秋橄榄为原料，采用三因素三水平正交试验设计对果实番茄红素无助提剂条件下的超临界CO2提取（SFE）工艺进行了研究。结果表明，在检测的3个因素中萃取压力对秋橄榄果实番茄红素的提取效率影响最大，其次为温度和提取时间。在CO2流速约为60L/h的条件下，果实番茄红素提取的最佳工艺参数为45℃，30MPa，每次1.5h。

秋橄榄；超临界CO2萃取；番茄红素；提取工艺

秋橄榄（Elaeagnus umbellata Thunb.）为胡颓子科胡颓子属多年生落叶灌木，学名秋胡颓子，俗称麦粒子、牛奶子等，主要分布于东亚、中亚以及欧洲南部的部分地区［1］，植株多做药用或观赏树木栽培。秋橄榄果实为红色多肉小型核果，经检测其番茄红素含量约为普通番茄含量的17倍［2-3］。番茄红素（Lycopene）是一种天然食用色素，具有防癌、抗癌、抗衰老等多方面的生物学功能，目前天然番茄红素的主要来源是从番茄中制取，高番茄红素含量使得秋橄榄果实成为了一种极具开发潜力的自然资源。天然色素的提取方法很多，超临界CO2萃取技术（SFE）利用临界压力和临界温度所形成的介于气体和液体之间的超临界高密度的CO2流体，从目标物中萃取分离沸点或热不稳定物而成为一项被广泛使用于天然产物的分离提取的新技术。前人使用超临界CO2萃取天然番茄红素多用助提剂，本研究以秋橄榄果实为原料，以种子中天然的脂类物质为伴同的助提剂，通过正交实验设计研究超临界流体萃取秋橄榄果实番茄红素的最佳工艺，以期为秋橄榄果实天然番茄红素的制取及开发利用提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

秋橄榄：秋季果熟期于野生群落采集成熟果实；番茄：市购。

二氯甲烷：分析纯。

1.2仪器与设备

WKX高速粉碎机：上海新诺仪器设备有限公司；HA220-50-07超临界萃取装置：江苏南通市华安超临界萃取有限公司；T6新世纪紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限公司；BS223S电子天平：德国Sartorious公司；微量移液器：上海荣泰生化工程有限公司。

1.3方法

1.3.1溶剂法提取秋橄榄、番茄果实番茄红素

参照李京方法［4］略有改动：剥取果肉1 g，加石英砂、Na2CO3适量，于研钵中研磨，先加5 mL丙酮，再用10 mL二氯甲烷提取3次～4次，直至无色，合并上清，4 000 r/min离心5 min，上清转移至分液漏斗，加适量水，静置片刻，分流下相，重复3次，合并收集下相，定容后低温避光保存。

1.3.2超临界CO2萃取秋橄榄果实番茄红素

1.3.2.1提取工艺

秋橄榄果实→自然晾干→粉碎→称量（每次进样200 g）→超临界萃取→收集萃取物→分光光度计检测

1.3.2.2正交试验设计

李京［5］、宋钰兴［6］、廖益强［7］、王宪青［8］、左爱仁［9］等曾分别以秋橄榄、番茄等为材料研究了超临界萃取番茄红素的单因素试验，其研究的单因素影响因子涉及萃取温度、压力、时间、CO2流速、助提剂等，得出的最佳参数见表1。

表1　不同材料番茄红素提取各因素最佳参数Table 1　The optimal parameter of lycopene extraction on different materials

参考表1中各文献研究结果，确定本研究正交试验设计超临界萃取影响因素为3个，即萃取温度、萃取压力、萃取时间，每因素设计3个水平，萃取温度为40、45、50℃，萃取压力为20、25、30 MPa（本设备最高压力值），萃取时间为1、1.5、2 h，设计L9（33）正交试验各因素及水平见表2。

表2　L9（33）正交试验设计因素与水平Table 2　Factors and levels of orthogonal experiment L9（33）

由于本研究所用超临界萃取装置的CO2流量不可控，设备正常运行时流速基本恒定在60 L/h，因此单因素试验不做流量影响设计。本研究萃取的番茄红素主要考虑食用，前期试验发现秋橄榄种子中含有较多的脂类物质，内含物包括大量不饱和脂肪酸，具有一定的保健功效，因此本试验将种子天然含有的油料成分做助提剂，研究未选择丙酮等可能有化学残留物的试剂做助提剂。

1.3.2.3番茄红素含量的测定

取0.1 g萃取物，二氯甲烷溶解稀释，分光光度计检测其在481 nm波长的吸光值，依据以下公式计算番茄红素含量（参照李京方法［4-5］）：

X=A×y/（A1%1cm×100）

式中：X为样品中番茄红素的含量，g；y为样品溶液体积，mL；A为样品在检测区间最大吸收波长的吸光值；A1%1cm为吸光系数，定义为在1 cm光程长的比色杯中1%浓度溶质的理论吸光值。在此采用ε=3500。

1.3.2.4番茄红素萃取率计算

番茄干物质量按果实重量的80%扣除含水量计算，秋橄榄溶剂法干物质量按果实重量及含水量有关数据进行计算［3］；

萃取物中番茄红素的纯度/%=（番茄红素萃取量/萃取物总量）×100。

2　结果与分析

2.1正交试验结果

正交试验结果见表3。

表3　L9（33）正交试验方案及结果Table 3　L9（33）orthogonal test scheme and results

分析结果表明，超临界CO2萃取技术中影响秋橄榄果实番茄红素提取效果的因素由主要到次要依次为B＞A＞C，即萃取压力对秋橄榄果实番茄红素的提取效果影响最大，其次为萃取温度，萃取时间对试验结果的影响最小。结果同时表明A2、B3、C2分别为A、B、C 3个因素的优水平，其组合A2B3C2为秋橄榄果实番茄红素超临界萃取的的最佳工艺参数，即以果实种子脂类物质为天然助提剂条件下，超临界CO2流速约为60 L/h，最佳提取工艺参数为45℃温度，30 MPa的萃取压力，提取1.5 h。最佳工艺条件下进行验证试验所得番茄红素总含量为15.38 mg/200 g，为最高值。

2.2番茄红素萃取率分析

本研究溶剂法提取番茄果实番茄红素，检测果肉番茄红素含量为6.21 mg/100 g鲜重，结果与大多数文献报道的0.88 mg/100 g～10 mg/100 g鲜果较为一致［2-4］；除去含水量，该结果相当于每100克干重含番茄红素31.05 mg。试验采用同样的溶剂法提取秋橄榄鲜果番茄红素，检测果肉番茄红素含量为62.20 mg/100 g鲜重（约为番茄鲜果的10倍），换算为果实重量相当于每100克鲜果实（含种子）番茄红素含量为52.27 mg，除去含水量，每100克干果实（含种子）番茄红素含量约为182.51 mg（约为番茄的5.88倍），结果显示秋橄榄果实含有丰富的番茄红素，数据见表4。

表4　秋橄榄果实番茄红素萃取率分析Table 4　The lycopene extraction yield analysis of autumn olive

然而，比较溶剂法，SFE法番茄红素的萃取率在涂宝军［10］（表4番茄4）和李京［9］（秋橄榄）的研究结果中都表现出较低水平。本研究采用种子天然油脂做助提剂进行超临界CO2萃取秋橄榄果实番茄红素时，干果实中番茄红素检出量只有7.69 mg/100 g，分析原因可能主要受材料粉碎程度的影响。观察发现，秋橄榄果实种皮外侧有一层较厚的白色丝状纤维组织，果实在粉碎过程中材料逐渐呈絮状，很难过筛，粉碎不彻底可能是实验萃取率相对较低的主要因素。部分研究采用超临界CO2萃取番茄中番茄红素，干果实番茄红素萃取量达到399.36 mg/100 g［8］的结果（表4番茄3）似乎远远超出了平常水平。同时，如仅考虑增加萃取物总量和番茄红素产出率，今后可以探索使用大豆色拉油做助提剂做进一步研究［9］。

3　结论

1）超临界CO2萃取技术中影响秋橄榄果实番茄红素提取效果的因素由主要到次要依次为萃取压力＞萃取温度＞萃取时间。

2）正交试验结果显示在CO2流速约为60 L/h的条件下，以种子脂类物质做天然助提剂，超临界CO2萃取秋橄榄果实番茄红素的最佳工艺为温度45℃，萃取压力30 MPa，提取1.5 h。

3）秋橄榄粉中番茄红素检出量为7.69 mg/100 g。

［1］郑万钧.中国树木志［M］.北京:中国林业出版社，1983:262-265

［2］Fordham I M，Clevidence B A，Wiley E R.Fruit of Autumn Olive:A rich source of lycopene［J］.Hort Science，2001，36（6）:1136-1137

［3］张宁，刘惠斌，成建红，等．野生秋橄榄树体形态特征及番茄红素含量的测定［J］.林业实用技术，2012（7）:10-12

［4］李京.天然番茄红素的分析、制备及保健功能研究［D］.北京:首都师范大学，2007

［5］李京，惠伯棣.秋橄榄果实中番茄红素的超临界CO2萃取初探［J］.食品科学，2006，27（11）:280-282

［6］宋钰兴，邵兴锋，倪穗.秋橄榄果实中番茄红素的超临界萃取技术研究［J］.中国野生植物资源，2011，30（1）39

［7］廖益强，黄彪，陆则坚.超临界CO2流体萃取番茄红素［J］.福建农林大学学报（自然科学版），2008，37（1）:105-108

［8］王宪青，王丹，崔会哲.超临界CO2提取番茄红素的工艺研究［J］.食品与机械，2005，22（4）:30-34

［9］左爱仁，范青生，周洁，等.天然番茄红素超临界CO2萃取和定量研究［J］.中国食品添加剂，2003（5）:36-39

［10］涂宝军，李勇，陈尚龙.超临界CO2萃取番茄红素工艺及其抗氧化性能研究［J］.食品工业，2014，35（6）:138-143

The Study of Supercritical Fluid Extraction of Lycopene on Autumn Olive

CHENG Jian-hong，LIU Hui-bin，YU Xi-tao
（China Agricultural University（Yantai），Yantai 264670，Shandong，China）

In this paper，orthogonal test design of three factors at three different levels was applied to optimize the lycopene extraction technology from autumn olive using supercritical fluid extraction（SFE）.The results showed that the extraction temperature had significant influences on extraction yield of lycopene.The effects of extraction temperature and extract time were in order reduced.Under the 60 L/h CO2flow rate，the optimal parameter to extract the lycopene from the fruits of autumn olive was using 30 MPa extraction pressure，extracting for 1.5 h at 45℃.

autumn olive；supercritical carbon dioxide fluid extraction；lycopene；extraction technology

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.13.011

山东省中青年科学家奖励基金（BS2010NY032）

成建红（1970—），女（汉），副教授，博士，研究方向：果树生理与天然产物研究。

2015-06-25