番茄中番茄红素提取工艺的比较研究

李睿

(西安邮电大学,陕西 西安 710121)

番茄红素(lycopene)广泛存在于番茄、西瓜、木瓜、木鳖果、葡萄柚等果实中[1]，是类胡萝卜素的一种[2-3]，具有很强的氧化性[4]。研究表明，番茄红素具有提高免疫力、保护心血管[5]、抗衰老、抗癌抑癌[6]、保护皮肤、抗紫外线辐射等功效[7]，在医药、保健品、食品等方面得到广泛应用[8]。我国番茄产量居世界前列，合理开发利用番茄红素有着重要的药用意义。

本文以番茄为原材料，以丙酮-正己烷(2∶1)混合液为提取溶剂[9]，分别采用水浴搅拌法、微波辅助提取法[10]、超声波辅助提取法[11]提取番茄红素，利用正交实验优化3种方法的提取工艺并作以比较，为有效利用番茄中番茄红素提供一些工艺参数。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

番茄，市售；丙酮、正己烷、无水乙醇、苏丹Ⅰ色素均为分析纯；蒸馏水。

AL204电子分析天平；HH-2数显恒温水浴锅；101-3AB电热鼓风干燥箱；SHZ-D(III)循环水式多用真空泵；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器；752N紫外可见分光光度计； 365 nm紫外分析仪；LD5-2A型低速离心机；EM720KG1-PW微波炉；FDL-DTD5200型超声波清洗仪。

1.2 实验方法

将新鲜番茄洗净去皮，切成小块，称取2 g番茄肉研磨成番茄浆，加入20 mL无水乙醇预处理20 min后离心10 min，去除上清液得番茄泥沉淀。以丙酮-正己烷(2∶1)混合液为提取液，分别采用水浴搅拌提取法、微波辅助提取法和超声波辅助提取法按照L9(34)正交设计对番茄红素进行单次提取，考察其提取率。

1.3 分析方法

1.3.1 标准曲线的制作 精确称取苏丹Ⅰ色素50 mg，以无水乙醇定容至50 mL。准确吸取0.12，0.24，0.36，0.48，0.60，0.72 mL溶液，置于编号为 1～6 的50 mL容量瓶中，用蒸馏水定容。此时6只容量瓶中的苏丹Ⅰ色素工作液相当于浓度为0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mg/L的番茄红素标准液，以蒸馏水为空白，在473 nm处测定吸光值[12]，绘制标准曲线，得回归方程：A=0.259 7C+0.015 8，R2=0.999 7(A为吸光度;C为苏丹I色素浓度，mg/L)。

1.3.2 番茄红素含量的测定 提取液用旋转蒸发仪进行浓缩，用蒸馏水定容至100 mL。吸取10 mL置于50 mL容量瓶并用蒸馏水定容，在波长473 nm处测定吸光度，计算番茄红素的含量。

2 结果与讨论

2.1 水浴搅拌法提取番茄红素的最佳工艺

以不同温度、时间、固液比和丙酮-正己烷(2∶1)混合液浓度为考察因素，采用正交实验优化水浴搅拌提取法提取工艺，因素及水平见表1，结果见表2。

表1 正交实验因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

由表2可知，使用水浴搅拌提取法时，影响提取效果的因素顺序为：A>C>D>B，提取温度对提取率的影响最大,最优化工艺为A1B2C2D2，即提取温度35 ℃，时间90 min，固液比1∶7 g/mL，丙酮-正己烷(2∶1)混合液浓度70%。

表2 L9(34)正交实验结果Table 2 L9(34)Arrangement and results of orthogonal test

2.2 微波辅助法提取番茄红素的最佳工艺

以不同微波功率、时间、固液比和丙酮-正己烷(2∶1)混合液浓度为考察因素，采用正交实验优化微波辅助法提取工艺，因素水平见表3，结果见表4。

表3 正交实验因素水平Table 3 Factors and levels of orthogonal test

表4 L9(34)正交实验结果Table 4 L9(34)Arrangement and results of orthogonal test

由表4可知，使用微波辅助提取法时，影响提取效果的因素顺序为：A>D>C>B，微波功率对提取率的影响最大，最优化工艺为A2B1C2D2，即提取微波功率400 W，时间40 s，固液比1∶3 g/mL，丙酮-正己烷(2∶1)混合液浓度70%。

2.3 超声波辅助法提取番茄红素的最佳工艺

在丙酮-正己烷(2∶1)混合液浓度70%为提取液的条件下，以不同超声波功率、时间、固液比和温度为考察因素，采用正交实验优化超声波辅助法提取工艺，因素水平见表5，结果见表6。

表5 正交实验因素水平Table 5 Factors and levels of orthogonal test

表6 L9(34)正交实验结果Table 6 L9(34)Arrangement and results of orthogonal test

由表6可知，使用超声波辅助法提取时，影响提取效果的因素顺序为：A>C>B>D，超声波功率对提取率的影响最大，最优化工艺为A2B2C1D1，即提取超声波功率200 W，时间15 min，固液比1∶5 g/mL，提取温度40 ℃。

2.4 提取方法比较

按照其最佳提取条件，采用水浴搅拌提取法、微波辅助提取法和超声波辅助提取法对番茄中番茄红素进行单次提取，每组实验做3个重复，取平均值，结果见表7。

表7 提取方法比较Table 7 Comparison of extraction methods

由表7可知，微波辅助提取法的提取率最高，水浴搅拌提取法提取率明显偏低，因为番茄红素存在于植物细胞内的有色体中，有机溶剂不能很好地浸透细胞壁和细胞膜，故不能将所有番茄红素从植物的细胞壁中溶解出来[13]。微波辅助提取法破坏了细胞壁结构，使番茄红素能迅速地溶解到提取液当中，提取率得到明显提高，并大大缩短了提取时间[14]。超声波辅助提取法利用超声波辐射压强，产生强烈的空化效应，增大分子运动的频率和速度，增加了有机溶剂对植物细胞的浸透力，提取率得到了显著提高[15]。

2.5 单因素对提取结果影响分析

2.5.1 提取温度 在提取过程中，温度升高则提取率升高，但是达到一定温度时，温度升高反而提取率降低，是因为番茄红素的热稳定性较差[16]，温度过高部分番茄红素被氧化破坏，影响了提取率。

2.5.2 提取时间 在提取过程中，提取时间过短会造成反应不充分，提取率过低，提取时间过长会浸出较多杂质[17]，影响提取率。

2.5.3 固液比 随着溶剂用量的增加，番茄红素提取率增加，但是溶剂用量增加到一定值时，原料表面和溶剂之间的浓度差已不再是影响提取率的主要因素[18]，溶剂溶解的其他杂质较多，会影响提取率。

2.5.4 提取液浓度 丙酮-正己烷(2∶1)混合液浓度的增加，使番茄红素提取率增加，但是提取液浓度过高时，反而会浸出一些杂质，这些杂质与番茄红素竞争同提取液分子的结合，降低了提取液中番茄红素的含量，影响了提取率。

2.5.5 微波功率 微波功率过低，不能起到破坏细胞壁和细胞膜的作用，番茄红素无法完全溶解到提取液中。微波功率过高，会使得植物细胞内释放的一些有机成分发生性状改变，包括纤维素结构的变化、淀粉的糊化以及蛋白质的变性，将番茄红素吸附或包裹其中，影响提取率[19]。

2.5.6 超声波功率 在一定的超声波功率范围内，随着功率的升高，其空化作用越强，分子扩散速率越大，提取率升高。当超声波功率过高时，会破坏到番茄红素的分子结构，导致提取率下降，所以在提取过程中存在一个适宜的超声功率[20]。

3 结论

(1)水浴搅拌提取法的提取最佳条件为：提取温度35 ℃，时间90 min，固液比1∶7 g/mL，丙酮-正己烷(2∶1)混合液浓度70%，提取率为0.146 mg/g。

(2)微波辅助提取法的提取最佳条件为：微波功率400 W，时间40 s，固液比1∶3 g/mL，丙酮-正己烷(2∶1)混合液浓度70%，提取率为0.593 mg/g。

(3)超声波辅助提取法的提取最佳条件为：超声波功率200 W，时间15 min，固液比1∶5 g/mL，提取温度40 ℃，提取率为0.489 mg/g。

(4)3种提取方法中，微波辅助提取法提取率最高，水浴搅拌提取法提取率最低。