番茄中番茄紅素提取工藝的優(yōu)化

摘要：采用浸提法從番茄（Lycopersicon esculentum）中提取番茄紅素，建立番茄紅素含量測(cè)定的方法，并在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用正交試驗(yàn)優(yōu)化提取溶劑、料液比、提取時(shí)間和提取溫度等提取條件。結(jié)果表明，以蘇丹Ⅰ色素代替番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好，適合實(shí)驗(yàn)室常規(guī)定量測(cè)定番茄紅素含量。優(yōu)化的提取工藝條件為氯仿作提取溶劑、料液比1∶7（m番茄漿∶V提取溶劑，g/mL）、提取時(shí)間2.0 h、提取溫度35 ℃，此條件下番茄紅素提取率為0.483%。

關(guān)鍵詞：番茄紅素；番茄（Lycopersicon esculentum）；提??；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：S641.2；R284.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）15-3642-05

番茄紅素是植物和微生物合成的一種天然色素，具有極強(qiáng)的抗氧化活性。經(jīng)流行病學(xué)研究證明，番茄紅素具有預(yù)防癌癥、延緩衰老、保護(hù)心血管、防止和減輕紫外線照射、保護(hù)皮膚、預(yù)防白內(nèi)障等功用[1]。當(dāng)前從番茄（Lycopersicon esculentum）果實(shí)中提取番茄紅素和測(cè)定番茄紅素含量的方法很多，本研究旨在建立一種簡(jiǎn)便易行、適合農(nóng)業(yè)種植中心使用、常規(guī)實(shí)驗(yàn)室可行、具有一定穩(wěn)定性的番茄紅素含量測(cè)定方法，并優(yōu)化提取工藝條件，為進(jìn)一步研究番茄紅素提供科學(xué)根據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

提取番茄紅素的原料為取自南寧市廣西現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)展示中心內(nèi)塑料大棚溫室種植的金丹Ⅰ番茄。主要試劑包括蘇丹Ⅰ、乙醇、丙酮、氯仿等，均為國(guó)產(chǎn)分析純。

主要儀器包括800B型臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；CR-10小型色差計(jì)，杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司；VIS-7220型可見分光光度計(jì)，北京瑞利分析儀器公司；AL204型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；多功能食品攪拌機(jī)，任發(fā)電器實(shí)業(yè)有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 番茄中番茄紅素的提取流程 番茄→水洗后打漿→準(zhǔn)確稱取番茄漿3 g→無(wú)水乙醇預(yù)處理→加入有機(jī)溶劑在一定溫度下避光浸提→測(cè)定提取液體積→取提取液1 mL定容至10 mL→測(cè)定番茄紅素提取率。

1.2.2 番茄紅素的吸收光譜 取堅(jiān)熟期金丹Ⅰ番茄樣品8個(gè)，洗凈打漿，準(zhǔn)確稱取3 g番茄漿，用2 mL無(wú)水乙醇處理后3 000 r/min離心10 min，棄上清，沉淀中加入20 mL丙酮—石油醚提取2 h，水洗除去丙酮，取上層有機(jī)相1 mL用石油醚定容至10 mL，在波長(zhǎng)400～700 nm范圍內(nèi)進(jìn)行吸收光譜掃描。

1.2.3 番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 純番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)品極不穩(wěn)定，且價(jià)格極其昂貴[2]，而蘇丹Ⅰ色素穩(wěn)定，價(jià)格便宜，其乙醇溶液與番茄紅素提取液的最大吸收波長(zhǎng)相似，因此本試驗(yàn)參照文獻(xiàn)[3]、[4]的測(cè)定方法，采用蘇丹Ⅰ代替純番茄紅素繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算番茄紅素提取率。稱取0.025 0 g精制蘇丹Ⅰ，用適量無(wú)水乙醇溶解后定容至50 mL，得蘇丹Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)液。準(zhǔn)確吸取0.26、0.52、0.78、1.04、1.30 mL蘇丹Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)液，用無(wú)水乙醇稀釋并定容至50 mL，所得蘇丹Ⅰ系列工作液分別相當(dāng)于0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 μg/mL的番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)液。以蒸餾水為對(duì)照，用分光光度計(jì)測(cè)定蘇丹Ⅰ系列工作液在“1.2.2”測(cè)得的番茄紅素最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度，以吸光度y為縱坐標(biāo)、蘇丹Ⅰ工作液所相當(dāng)?shù)姆鸭t素濃度x為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。同法測(cè)定番茄紅素提取液的吸光度，計(jì)算提取液中番茄紅素濃度和番茄紅素的提取率。

番茄紅素提取率=提取液中番茄紅素的濃度×提取液體積/番茄漿質(zhì)量×100%

1.2.4 番茄紅素提取工藝條件的優(yōu)化 設(shè)置單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)考察提取溶劑、料液比、提取時(shí)間和提取溫度對(duì)番茄紅素提取率的影響，優(yōu)化番茄紅素提取工藝條件。①提取溶劑對(duì)番茄紅素提取率的影響。準(zhǔn)確稱取3 g番茄漿5份于小燒杯中，用2 mL乙醇處理后于3 000 r/min離心脫水10 min，棄去上清液，分別加入20 mL氯仿、丙酮、石油醚、丙酮—石油醚（體積比1∶1，下同）、無(wú)水乙醇作為提取溶劑，于35 ℃下避光提取2 h，其中以丙酮—石油醚為提取溶劑時(shí)先水洗除去丙酮，測(cè)定番茄紅素提取率。②料液比對(duì)番茄紅素提取率的影響。準(zhǔn)確稱取3 g番茄漿5份，用2 mL乙醇處理后于3 000 r/min離心脫水10 min，棄去上清液，分別加入12、15、18、21、24 mL丙酮—石油醚，即料液比（m番茄漿∶V提取溶劑，g/mL，下同）分別為1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8，于35 ℃下避光提取2 h，測(cè)定番茄紅素提取率。③提取時(shí)間對(duì)番茄紅素提取率的影響。準(zhǔn)確稱取3 g番茄漿5份，加入20 mL丙酮—石油醚，于35 ℃下避光提取，提取時(shí)間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，測(cè)定番茄紅素提取率。④提取溫度對(duì)番茄紅素提取率的影響。準(zhǔn)確稱取3 g番茄漿5份，加入20 mL丙酮—石油醚，分別于25、35、45、55、65 ℃下避光提取2 h，測(cè)定番茄紅素提取率。⑤正交試驗(yàn)。選取提取溶劑、料液比、提取時(shí)間和提取溫度4個(gè)因素，以番茄紅素提取率為指標(biāo)，設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)優(yōu)化番茄紅素提取工藝條件，正交試驗(yàn)因素與水平見表1。

1.2.5 精密度和重復(fù)性試驗(yàn) ①精密度試驗(yàn)。準(zhǔn)確稱取3 g金丹Ⅰ番茄漿，按優(yōu)化的提取方法提取番茄紅素，精確吸取2 份提取液各1 mL，分別用石油醚定容至10 mL；分別精確吸取蘇丹Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)溶液0.78、1.04 mL，用無(wú)水乙醇定容至50mL（相當(dāng)于番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)溶液1.5、2.0 μg/mL），分別測(cè)定上述4份溶液的吸光度，重復(fù)5次。計(jì)算RSD，評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法的精密度。②重復(fù)性試驗(yàn)。準(zhǔn)確稱取5份金丹Ⅰ番茄漿，按優(yōu)化的提取方法提取番茄紅素，分別測(cè)定提取液的吸光度，計(jì)算番茄紅素提取率，并計(jì)算RSD，評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法的重復(fù)性。③加樣回收率試驗(yàn)。準(zhǔn)確稱取已測(cè)定番茄紅素含量的番茄漿1.5 g 5份，各加入1 mL無(wú)水乙醇預(yù)處理后再準(zhǔn)確加入0.58 mL蘇丹Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)溶液（相當(dāng)于55.77 μg番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)品），再次測(cè)定番茄紅素含量，計(jì)算回收率及RSD，評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法的準(zhǔn)確度。

1.2.6 番茄紅素的穩(wěn)定性 準(zhǔn)確稱取3 g金丹Ⅰ番茄漿，按最佳提取工藝提取番茄紅素，精確吸取提取液1 mL，用石油醚定容至10 mL，加蓋后于自然光條件下放置0、1、2、4、6 h后測(cè)定溶液吸光度，考察番茄紅素的穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄紅素的吸收光譜

金丹Ⅰ番茄紅素提取液稀釋后在400～700 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行吸收光譜掃描，結(jié)果見圖1。從圖1可以看出，樣品提取液在444、472、502 nm處各有一個(gè)吸收峰，其中最大吸收波長(zhǎng)為472 nm，與文獻(xiàn)報(bào)道的番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)品的吸收特性[2]完全一致，說(shuō)明提取液中含有番茄紅素。經(jīng)分析，番茄紅素提取液在502 nm處的吸光度為472 nm處吸光度的84.40%，此時(shí)β-胡蘿卜素等雜質(zhì)的干擾較小[4]，因此本試驗(yàn)選擇測(cè)定波長(zhǎng)為502 nm。

2.2 番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線

以價(jià)格便宜、性質(zhì)穩(wěn)定的蘇丹Ⅰ色素代替番茄紅素作為標(biāo)準(zhǔn)品，測(cè)定系列標(biāo)準(zhǔn)液在502 nm處的吸光度，得到番茄紅素濃度x對(duì)吸光度y的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖2，回歸方程為y=0.266x+0.005，R2=0.999，線性關(guān)系較好，適用于實(shí)驗(yàn)室常規(guī)定量測(cè)定番茄紅素含量。

2.3 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 提取溶劑對(duì)番茄紅素提取率的影響 分別以氯仿、丙酮、石油醚、丙酮—石油醚、無(wú)水乙醇作提取溶劑提取番茄紅素，所得番茄紅素提取率結(jié)果見圖3。由圖3可知，不同提取溶劑對(duì)番茄紅素的提取效果不同，其中氯仿作提取溶劑番茄紅素提取率最高，其次是丙酮—石油醚，番茄紅素提取率為以氯仿作提取溶劑時(shí)的93.1%；石油醚與無(wú)水乙醇的提取效果最差，與沈連清等[5]、俞健等[6]的研究結(jié)果一致。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)加入石油醚或無(wú)水乙醇后，經(jīng)脫水的番茄漿以團(tuán)狀存在，不能分散，與溶劑不能充分接觸，導(dǎo)致提取效果差，而加入其他3種提取溶劑后番茄漿能均勻分散在溶劑中，因此提取效果較好。考慮到氯仿毒性較大，后續(xù)試驗(yàn)選擇丙酮—石油醚作提取溶劑。

2.3.2 料液比對(duì)番茄紅素提取率的影響 以丙酮—石油醚為提取溶劑，分別在料液比1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8的條件下提取番茄漿中的番茄紅素，所得番茄紅素提取率結(jié)果見圖4。由圖4可知，番茄紅素的提取率先隨提取溶劑用量的增加而升高較快，料液比達(dá)1∶6后，再增加提取溶劑用量，提取率升高的幅度很小，提取效果基本穩(wěn)定。

2.3.3 提取時(shí)間對(duì)番茄紅素提取率的影響 提取時(shí)間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，所得番茄紅素提取率結(jié)果見圖5。從圖5可以看出，番茄紅素提取率隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)先迅速升高，提取時(shí)間超過(guò)1.0 h后升高速度較慢，提取時(shí)間為2.0 h時(shí)的提取率是提取時(shí)間為2.5 h時(shí)提取率的99.3%，說(shuō)明2.0 h時(shí)番茄紅素的提取已基本完成。

2.3.4 提取溫度對(duì)番茄紅素提取率的影響 提取溫度對(duì)番茄紅素提取率的影響結(jié)果見圖6。從圖6可以看出，提取溫度由25 ℃升高到35 ℃，番茄紅素的提取率略有升高，提取溫度進(jìn)一步升高，番茄紅素提取率逐漸降低，表明番茄紅素對(duì)熱不穩(wěn)定，長(zhǎng)時(shí)間處在較高溫度條件下容易分解，從而造成提取率降低。

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，提取溶劑、料液比、提取時(shí)間和提取溫度等因素均對(duì)番茄紅素的提取率有一定影響，選取這4個(gè)因素及其對(duì)應(yīng)的3個(gè)較優(yōu)水平進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，結(jié)果見表2。由極差分析可知，各因素中對(duì)番茄紅素提取率影響最大的是提取溶劑，其次是提取溫度，再次是料液比，提取時(shí)間的影響最小。最佳工藝組合為A1B2C3D2，即氯仿作提取溶劑、料液比1∶7、提取時(shí)間2.5 h、提取溫度35 ℃。由于提取時(shí)間對(duì)番茄紅素提取率的影響很小，提取時(shí)間為2.0 h或2.5 h時(shí)提取率相差不大，從簡(jiǎn)化操作、節(jié)約成本的角度考慮，提取時(shí)間選擇2.0 h，此條件下番茄紅素的提取率為0.483%，高于其他正交試驗(yàn)組合的結(jié)果?？紤]到氯仿與丙酮—石油醚作提取溶劑提取率相差不大，且氯仿有毒，在實(shí)際操作中還是建議采用丙酮—石油醚作提取溶劑。

2.5 精密度和重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

2.5.1 精密度試驗(yàn)結(jié)果 分別取番茄紅素提取液和蘇丹Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)溶液各2份，測(cè)定其在502 nm處的吸光度，用于表征番茄紅素的含量，重復(fù)5次，進(jìn)行精密度試驗(yàn)，結(jié)果見表3。由表3可知，使用本測(cè)定方法精密度較高，RSD均小于1.60%。

2.5.2 重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果 取5份番茄紅素提取液，分別測(cè)定各提取液吸光度A502 nm，計(jì)算番茄紅素提取率，結(jié)果見表4。由表4可知，采用優(yōu)化的方法提取番茄紅素，重復(fù)性較好，平均提取率為0.782%，RSD為2.22%。

2.5.3 加樣回收率試驗(yàn)結(jié)果 準(zhǔn)確稱取已測(cè)定番茄紅素含量的提取液，進(jìn)行加樣回收率試驗(yàn)，結(jié)果見表5，測(cè)得平均回收率為96.43%，RSD為3.57%，方法準(zhǔn)確度較好。

2.6 番茄紅素穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

將番茄紅素提取液用石油醚定容后加蓋，在自然光條件下放置0、1、2、4、6 h，測(cè)定溶液的吸光度，結(jié)果見圖7。從圖7可以看出，提取液中番茄紅素的吸光度在6 h內(nèi)隨測(cè)定時(shí)間延長(zhǎng)而升高，可能是由于石油醚溶液揮發(fā)而導(dǎo)致提取液濃度增大。但2 h內(nèi)吸光度變化較小，比0 h僅增加了0.02倍。因此在試驗(yàn)過(guò)程中提取液中番茄紅素含量的測(cè)定應(yīng)在2 h內(nèi)完成。

3 小結(jié)與討論

本研究以金丹Ⅰ為原料采用熱浸提法提取番茄紅素，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用正交試驗(yàn)對(duì)影響番茄紅素提取率的因素提取溶劑、料液比、提取時(shí)間和提取溫度等進(jìn)行探討，優(yōu)化提取條件。并建立簡(jiǎn)化的分光光度法測(cè)定提取液中番茄紅素的含量。結(jié)果表明，提取番茄紅素的最優(yōu)工藝條件為氯仿作提取溶劑、料液比1∶7、提取時(shí)間2.0 h、提取溫度35 ℃，番茄紅素提取率為0.483%?？紤]到氯仿有毒，在實(shí)際生產(chǎn)中建議以丙酮—石油醚作提取溶劑。該方法操作簡(jiǎn)便易行、精密度高、準(zhǔn)確度好，具有一定的穩(wěn)定性，適合農(nóng)業(yè)種植中心使用。

此外，在提取條件相同時(shí)，番茄紅素的提取率還與番茄原料的成熟度有關(guān)，番茄果實(shí)成熟度越高，番茄紅素提取率越高[7]。因此，為了提高番茄紅素提取率，應(yīng)盡量采用成熟度高的番茄果實(shí)作原料。

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