圣女果中番茄红素的提取工艺研究*

干建松 余九霞

1（江苏财经职业技术学院粮食与食品药品学院，江苏淮安 223003）

2（中国矿业大学化工学院，江苏徐州 221116）

3（淮安市粮油质量监测所，江苏淮安 223001）

圣女果（Cherry Tomato）又叫小西红柿，素有珍珠番茄之称。因其色泽鲜红，果实小巧，口感清甜，营养丰富而受到消费者的青睐。圣女果是茄科番茄属，与普通番茄相比，圣女果营养价值更高，其中含较多的番茄红素（Lycopene）和胡萝卜素（Renieratene），以及谷胱甘肽、可溶性糖类、蛋白质、果酸和维生素PP，具有增强人体免疫力、促进人体骨骼生长发育、延缓衰老、美容、防晒等作用。

番茄红素是一种天然的脂溶性色素，广泛分布在圣女果、柿子、云莓、红色葡萄柚、番木瓜等水果的成熟果实中，是目前所发现的抗氧化能力最强的天然活性物质之一，已被逐渐应用于医药品、保健品之中。番茄红素分子式中含有13个双键，由于含有不饱和结构，使其具有较强的抗氧化能力，并且具有调节血脂、保护心血管、调控细胞生长代谢、降低胆固醇、保护皮肤、降低核酸损伤等生理功能。因此，番茄红素在医疗和保健品领域有着广阔的前景，番茄红素的提取技术研究及产品开发已经成为国际上讨论的热点并受到来自世界各国专家的重视。

1 材料与方法

1.1 材料

丙酮、乙酸乙酯、石油醚、无水乙醇、乙醚等均为分析纯；番茄红素标准品，购自上海伊卡生物技术有限公司。

1.2 方法

1.2.1 番茄红素提取方法

称取5 g干燥圣女果粉，立即置于50 mL三颈烧瓶中，加入适量有机溶剂，磁力搅拌，控制转速不变，改变液料比、提取温度、提取时间这3 个条件进行提取。首先采用丙酮、乙酸乙酯、石油醚、无水乙醚、乙醚这5 种常用试剂作为浸取剂对圣女果粉中的番茄红素进行提取，选择最优溶剂。然后进行单因素试验，探究浸提温度、提取时间、液料比、提取级数对提取效果的影响，提取完成后过滤可得番茄红素粗提液，测定番茄红素的吸光度值。

1.2.2.番茄红素提取工艺的单因素研究

1.2.2.1 溶剂对番茄红素提取的影响

精确称取5 g 干燥的圣女果粉，共5 份，置于50 mL 三颈烧瓶中，各加入30 mL 无水乙醇、乙醚、丙酮、石油醚、乙酸乙酯将其溶解，在40 ℃温度下避光浸提120 min，过滤，取500μL 滤液加入25 mL容量瓶中，用各自的浸提剂定容，用可见分光光度计在472 nm处测量其吸光度值。

1.2.2.2 液料比对番茄红素提取的影响

精确称取5 g 干燥的圣女果粉，共5 份，置于50 mL 三颈烧瓶中，加入丙酮，将丙酮与圣女果粉的质量比设定为3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1，在40 ℃温度下避光提取120 min 后，过滤，取500μL滤液加入25 mL 容量瓶中，用丙酮定容，在472 nm处测吸光度值。

1.2.2.3 提取时间对番茄红素提取的影响

精确称取5 g 干燥的圣女果粉，共5 份，置于50 mL三颈烧瓶中，各加入30 mL丙酮将其溶解，分别在40 ℃温度下避光提取60 min、90 min、120 min、150 min、180 min 后，过滤，取500μL滤液加入25 mL 容量瓶中，用丙酮定容，在472 nm 处测吸光度值。

1.2.2.4 温度对番茄红素提取的影响

精确称取5 g 干燥的圣女果粉，共5 份，置于50 mL 三颈烧瓶中，各加入30 mL 丙酮将其溶解，分别在30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃下避光提取120 min后，过滤，取500μL滤液加入25 mL容量瓶中，用丙酮定容，在472 nm处测吸光度值。

1.2.2.5 提取次数对番茄红素提取的影响

精确称取5 g 圣女果粉溶于30 mL 丙酮中，在45 ℃温度条件下提取120 min，过滤，取500μL 滤液加入25 mL 容量瓶中，用浸提剂定容，用可见分光光度计在472 nm 处测定其吸光度值。重复3 次，测滤液吸光度值。

1.2.3 番茄红素提取工艺的优化

在单因素试验结果的基础上，选用液料比、浸提温度、提取时间3 个影响因素，每个影响因素选用3 个较优的水平进行正交试验，确定从圣女果中提取番茄红素的最佳工艺条件。

2 结果与分析

2.1 番茄红素提取工艺单因素研究

2.1.1 溶剂对番茄红素提取的影响

提取溶剂对番茄红素提取效果的影响结果见图1。

图1 提取溶剂与吸光度值的关系

由图1 可知，番茄红素在不同有机溶剂中的提取效果有所差异。以上5 种溶剂中，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较好，而无水乙醇的提取效果最差。这是由于番茄红素的溶解度性质，易溶于极性小的亲脂性溶剂中，难溶于极性较大的溶剂中。因为丙酮的提取效果最佳，并且毒性小，价格便宜，故后续试验选取丙酮作为圣女果番茄红素的提取剂。

2.1.2 液料比对番茄红素提取的影响

液料比对番茄红素的提取效果见图2。

图2 液料比与吸光度值的关系

由图2 可知，随着液料比增加，番茄红素溶液的吸光度值逐渐升高。当液料比由5∶1 增大到7∶1 时，吸光度值增加幅度不大，曲线趋于平稳，提取效果无明显改变。这主要由于液料比增大即有机溶剂增加可使圣女果粉在提取剂中更均匀的分布，扩散速度加快；但当分布空间足够大的时候，继续增加溶剂量对提取率效果影响不大。因此，选择最佳料液比为7∶1。

2.1.3 提取时间对番茄红素提取的影响

提取时间对番茄红素提取效果的影响见图3。

图3 提取时间与吸光度的关系

由图3 可知，提取时间在60 min～120 min 时，随着提取时间的增加，提取溶液的吸光度值不断上升，提取率升高；但提取时间超过120 min后，吸光度值相比之前有所降低，提取率也随之减小。这是由于随着提取时间的延长，溶解在溶剂中的番茄红素增加，提取率提高；当提取时间接近120 min 时，番茄红素在固液之间趋于平衡状态，此时吸光度值最高，提取效果最好；但当提取时间超过120 min后，吸光度下降，提取效果不佳，其原因可能是番茄红素长时间处于温度较高的环境下，色素被氧化分解所致。考虑到番茄红素的稳定性，节约能源并提高提取效率，故选择最佳提取时间为120 min。

2.1.4 提取温度对番茄红素提取的影响

提取温度对番茄红素提取效果的影响结果见图4。

图4 提取温度与吸光度值的关系

由图4 可知，不同温度下番茄红素的提取效果具有明显差异。当提取温度低于45 ℃时，随着溶液温度的提升，待测溶液的吸光度值逐渐加大，提取效果显著提高。这是因为温度的提升会使番茄红素分子扩散速率增加，所以在相同提取时间内，温度在一定范围内升高，溶解在提取剂中的番茄红素就会越多，提取率增加。但是当提取温度高于45℃时，由于番茄红素的双键性质，其稳定性差易发生氧化，在高温条件下番茄红素易被氧化和降解，所以吸光度逐渐下降，从而导致提取效率也随之降低。

对于番茄红素这类热稳定性较差的物质，温度对其提取率有一定程度的影响。同时还要考虑到提取溶剂的沸点及挥发性等因素，避免在温度较高的情况下出现部分溶剂损失的现象。因此，选择适当的浸提温度在番茄红素的提取工艺研究中至关重要。

由试验结果可知，当浸提温度为45 ℃时，吸光度达到顶峰，提取效率最高。又因为丙酮的沸点在58 ℃左右，在此条件下提取番茄红素不仅不会使其结构破坏，而且不会使丙酮挥发，造成溶剂的浪费。因此，选择最佳提取温度为45 ℃。

2.1.5 提取次数对番茄红素提取的影响

提取次数越多，圣女果粉中番茄红素的提取量也逐渐增多。提取次数对番茄红素提取效果的影响见图5。

图5 提取次数与吸光度值的关系

由图5可知，第1次番茄红素的提取量大约占3次提取总量的87.7%，第2 次提取量大约占提取总量的9.09%，而第3 次提取量仅仅占提取总量的3.21%。虽然番茄红素的提取总量变多了，但与此同时提取剂的使用量也随之增加。由数据可知，第1 次的提取量远远大于后2 次的提取量，说明本试验中提取1 次即可，这样既保证了提取率，又可以减少溶剂的使用，节约成本。

2.2 番茄红素提取工艺正交试验

番茄红素提取正交试验因素与水平设计见表1，试验结果见表2。

表1 正交试验因素水平表

由表2 可知，液料比、提取时间、浸提温度3个因素都会影响圣女果中番茄红素的提取效果。根据极差R可以得出，各因素影响番茄红素提取率的大小次序为C>A>B，即浸提温度对番茄红素提取率影响最为显著，提取时间是次要因素，液料比为非主要因素。圣女果中番茄红素的最佳提取工艺条件为：A2B3C2，即提取时间120 min，提取温度45 ℃，液料比7∶1。但由于液料比对番茄红素提取效果影响不大，为了节约有机溶剂的使用，降低试验成本，选择A2B2B2，即提取时间120 min，液料比6∶1，提取温度45 ℃。在该条件下测得番茄红素粗提液的吸光度为0.928，提取效果比其他正交试验所得的结果都好，在此条件下圣女果中番茄红素粗提物的含量为57.2 mg/kg。

表2 正交试验结果

3 结论

本研究采用单因素试验确定提取圣女果中番茄红素的最佳有机溶剂为丙酮，最适宜液料比7∶1，最适宜提取时间120 min，最适宜提取温度45 ℃。通过正交试验，确定了浸提温度是影响番茄红素提取的最主要因素，且圣女果中番茄红素的最优提取工艺为：提取时间120 min，液料比6∶1，提取温度45 ℃，此时提取效果最好，圣女果中番茄红素粗提物含量为57.2 mg/kg。