番茄红素提取提纯方法的研究进展

张雅琦

（黑龙江八一农垦大学，黑龙江大庆 163319）

番茄红素（Lycopene） 是类胡萝卜素中的一种，因最早在番茄中被发现而得名，其在疾病防御方面起到一定的优势作用，具有非常高的营养价值，其功效已有文献报道:抗氧化、抑癌、抗衰老、抑制基因突变、降低核酸损伤、增强机体免疫力和护肤等，从而在近些年来成为研究的热点，在医药材料、保健品、食品添加和化妆品等领域得到了广泛的应用[1-2]。

番茄红素是一种直链型碳氢化合物，也是一种不含氧元素的类胡萝卜素，它由11个共轭C=C与2个非共轭C=C构成[3]。在果蔬中含量丰富，其中番茄中的含量为0.2～20.0 mg，木鳖果中含量高达155～305 mg，研究发现具有能够清除自由基团和单线态氧的能力，因此具有较强的抗氧化能力[4]，同时番茄红素具有抗衰老、治疗糖尿病血管并发症、抑制癌细胞增殖因子等保健功效[5]，番茄红素在化妆品中也具有防紫外线、养颜健肤的作用[6]。但是，番茄红素的生物利用率为0.1%～3.0%[7]，而人工色素造成了许多食品安全问题，因此对天然色素提取方法的优化及提升利用率是亟待解决的问题之一，综述了番茄红素的提取提纯工艺，旨在为番茄红素利用提供理论参考。

1 提取方法

1.1 溶剂提取法

溶剂提取法常应用于天然产物的提取中，是在我国工业化生产中最为古老并且常用到的方法。该方法利用了相似相溶的原理，由于番茄红素在不同溶剂中溶解性的不同，从而将其从组织液中提取分离出来。通常需要先对原料进行预处理，然后用溶剂萃取，再将提取液浓缩后得到产品。常被用到的有机溶剂有石油醚、正己烷、氯仿、乙醚和丙酮等[8]。董建新等人[9]乙酸乙酯浸提的方法，从新鲜番茄中提取番茄红素，以番茄红素提取率为评价指标，探究了料液比、浸提温度、浸提时间和浸提pH值对番茄红素提取率的影响水平，在单因素试验的基础上，利用正交试验设计对工艺进行优化，得到番茄红素的最佳提取工艺为料液比1∶3（g∶mL），浸提温度50℃，提取时间5 h，浸提pH值4。在此条件下，番茄红素的提取率达到46.12μg/g。在新鲜西瓜提取番茄红素的工艺优化中，刘义庆[10]采用7∶1乙酸乙酯-丙酮混合溶剂，通过正交试验确定的优化工艺为料液比1∶4，温度45℃，浸提液pH值6，浸提时间50 min。有机溶剂浸提法具有操作简单、设备要求低、生产成本低等优点，但其提取效率低、耗时长，所得产品品质差、纯度低，且存在有机溶剂残留问题影响番茄红素的应用。虽然相对其他提取方法，有机溶剂浸提法在国内研究较多，但有被逐渐淘汰的趋势。

1.2 超声波辅助提取法

超声波辅助提取法指的是超声波可以产生强烈的空化、振动及机械搅拌等效应，易造成植物细胞壁的破裂，从而加速了植物体中的活性成分进入溶剂，进而大大提高提取效率。超声波辅助提取技术近年来发展越来越成熟化，在天然产物提取方面的应用也越来越广泛。提取温度及时间、混合提取溶剂比例、超声强度和频率等是目前文献中常被探究的提取因素。蔡基智等人[11]将超声辅助提取应用于番茄渣中番茄红素的工艺优化中，在单因素试验结合正交试验法分析后得到优化后的最佳工艺条件为以混合溶液乙酸乙酯与丙酮2∶1（V/V） 为提取剂，提取温度40℃，料液比1∶5（g∶mL），超声功率80 W，pH值6.0，提取时间20 min，在此条件下番茄红素得率为62.52μg/g。Rocktotpal Konwarh等人[12]使用酶解法和超声波法提取及二者耦合系统提取法对番茄皮中的番茄红素提取效率相对比，结果得出二者耦合系统的提取率要分别高出5.62倍，1.25倍。超声波辅助法对番茄红素的提取效率更有利，但由于在处理过程中超声波容易衰减，一般超声有效作用区域呈环状，如果提取容器直径太大，罐的周壁就会出现超声空白区，这一点限制了该方法用于番茄红素的大规模工业化生产。

2 提纯方法

2.1 皂化法

皂化处理通过诸如脂肪等杂质与碱反应，以形成水溶性或醇溶性盐来进行。番茄红素常用的纯化方法是皂化法，其原理是在甘油中，番茄红素油树脂与K O H溶液发生皂化反应，可以番茄细胞中的营养物质分开（如蛋白质、脂肪酸及三甘油酯等），形成不溶性番茄红素。王峰[13]利用番茄红素油树脂为原料通过皂化反应提取番茄红素。结果表明，采用番茄红素油树脂5 g，按番茄红素油树脂5 g，丙二醇5 g，氢氧化钾1.25 g，水1.25 g，皂化反应温度65℃，皂化反应时间1 h，加水稀释温度70℃，洗涤水温度75℃，洗涤3次的提取工艺，其提取率达到17%。何彩梅等人[14]研究富川脐橙皮粉末通过皂化法来提取番茄红素，其最佳工艺为番茄红素油树脂∶丙二醇∶K O H∶水的比例3.5∶4.5∶1.5∶1.5，温度60℃，时间1.5 h，所得番茄红素的含量为2.9%，提取率达到20.13%。皂化法因其操作简单，并且皂化反应对于番茄红素没有任何影响，而被广泛应用。但在工艺研究方面并无太大变化，只是现有的基础之上提高其提取率，但还是相对较低，因此此种方法主要应用在实验室里，去除油溶性杂质，以及作为其他纯化方法的前处理。

2.2 重结晶法

重结晶法是利用番茄红素油树脂混合物中各组分在不同溶剂中具有不同的溶解度及其溶解度受温度的变化影响较大，从而进行各组分之间的相互分离。而番茄红素的溶解度与温度存在正相关关系，温度越高溶解度多大，在较高温度的条件下进行溶解，温度降低时溶液会出现过饱和现象，从而使番茄红素结晶析出。梅晓岩等人[15]采用重结晶法以6%的番茄红素油树脂作为反应底物，分散剂为正己烷，助剂为无水乙醇，反应温度70℃，反应时间60 min的工艺，并且水洗正己烷层达到pH值7，真空法除去部分溶剂，然后冷却滤出番茄红素晶体溶于65℃乙酸乙酯中达到饱和，最后缓慢降温到0℃，以使番茄红素晶体析出，采用此方法3次，总的产品得率达到24.7%，重结晶纯度可达99.17%。苏文贵等人[16]采用番茄红素油树脂作为反应底物，溶剂为乙酸乙酯，结晶的温度为-20℃，重结晶反应时间8 h，经过2次此结晶工艺，产品总得率高达40.26%，重结晶纯度达到92.56%。重结晶法主要是将样品进行多次结晶从而达到纯化的方法，虽然可以得到高达90%以上纯度的番茄红素，但由于受结晶次数的影响，导致耗能高，得到的晶体也比较少，这也是今后的重点研究方向。

2.3 柱层析法

柱层析法是用混合物中各组分理化性质的不同，使其在吸附剂中能有采用不同的速度移动进而达到分离的目的，其是一种较好的对多组分混合物进行分离的方法。娄天军等人[17]研究发现，采用柱层析法来进行番茄红素的提取，其最佳工艺为将番茄红素油树脂混合物溶于50 mL丙酮溶液，加入硅藻土25 g，旋转蒸发直至蒸干备用。加入Al2O350 g，硅藻土20 g，进行第1次层析；加入脱糖吸附剂X-OD 40 g，进行第2次层析脱糖，最终番茄红素的产品纯度为7.5%，产品回收率高达32%。苏文贵等人[18]研究发现，采用乙酸乙酯为洗脱剂，洗脱时间40 min，底物质量浓度0.000 8 g/mL进行柱层析，得到的番茄红素含量达到34.55%。柱层析法操作简便、分离纯度高，不需要昂贵复杂的仪器设备，而且柱层析法纯化时间短，可以在室温下直接进行，设备也可长时间使用，大量的纯化番茄红素，适用于工业化生产。同时，该方法与纸层析、薄层层析相比不仅可用于番茄红素的分析检测，也可用于工业生产规模的分离。

3 结论

番茄红素具有极强的抗氧化活性而被广泛用于食品、医药等领域，因此，如何高效利用番茄红素是当今研究的一大热点。超声辅助提取法的提取效率高于溶剂提取法，但是也存在声波衰减的缺点。皂化法操作简单，但其产品得率相对较低，而且不利于大规模化生产。重结晶法需要对原料进行多次结晶才能达到纯化目的，成本较大，受结晶次数影响，番茄红素的得率一直较低，并且不易保存，但纯度可以达到90%以上。柱层析法虽然设备比较贵重，但可以进行规模化生产。今后采用多种技术相结合的方法来提取提纯是研究方向，如先用皂化法出去油溶性杂质，再用柱层析法纯化与重结晶纯化相结合进行纯化研究，以减少结晶级数，保证番茄红素较高的得率及纯度。