有機(jī)溶劑法從苦瓜籽假種皮中提取番茄紅素的工藝探討

摘要 [目的]通過(guò)溶劑法從成熟苦瓜籽假種皮中提取番茄紅素，開(kāi)辟一條新的提取番茄紅素的途徑，為探索出具有工業(yè)化生產(chǎn)的工藝條件提供參考。[方法]苦瓜經(jīng)人工催熟，收集其假種皮，經(jīng)發(fā)酵、干燥處理，采用有機(jī)溶劑提取法，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)選出混合溶劑比、溶劑物料比、提取時(shí)間和提取次數(shù)等參數(shù)。[結(jié)果]試驗(yàn)得出具有工業(yè)放大的工藝參數(shù)為：混合溶劑體積比（二氯甲烷∶ 丙酮）為2∶ 1，混合溶劑與物料比為7∶ 1 ml/g，提取時(shí)間50 min，提取次數(shù)3次；在此工藝條件下，從苦瓜籽假種皮中提取番茄紅素的萃取率>95%，油樹(shù)脂中番茄紅素含量>8%，溶劑殘留<50 μg/g。[結(jié)論]苦瓜籽假種皮含有可工業(yè)開(kāi)發(fā)的番茄紅素，該工藝條件下的溶劑殘留量達(dá)到國(guó)家食品標(biāo)準(zhǔn)要求，該方法從苦瓜籽假種皮中提取番茄紅素具有可開(kāi)發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

關(guān)鍵詞 有機(jī)溶劑；苦瓜籽假種皮；番茄紅素

中圖分類號(hào) S567.21+.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）17-

05638-04

Abstract [Objective] In order to explore industrialization process for lycopene extraction from bitter melon aril and establish a new way of extracting lycopene from tomato skin. Lycopene extraction was carried out via extraction with organic solvent. [Method] The aril was collected from bitter melon by artificial ripening. After fermentation and drying process， lycopene was extracted from aril with mix organic solvent. Extraction conditions were optimized through orthogonal test including mixed solvent ratio， the ratio of solvent and aril material， extraction time and extraction times and so on. [Result] The industrial amplification produce parameters as follows： the volume ratio mixed solvent of methylene chloride to acetone is a 2∶ 1， ratio of mixed solvent to bitter melon aril sample （V/W） is 7∶ 1 ml/g， the extraction time is 50 minutes， extraction times 3 times. Under the conditions， the extraction yield of lycopene from bitter melon aril was higher than 95%， lycopene content in oil resin higher than 8%， the level of solvent residue was lower than 50 μg/g. [Conclusion] The extraction conditions can be used to extract lycopene from bitter melon aril of industrialized production. Solvent residue lycopene meets the requirements of the national food standards. Lycopene extracted from bitter melon aril has economic value of development and utilization.

Key words Organic solvent； Bitter melon aril； Lycopene

番茄紅素最早從番茄中提取而得名，因其有11個(gè)共軛雙鍵和2個(gè)非共軛雙鍵構(gòu)成高度不飽和的直鏈烴類化合物[1]而呈現(xiàn)出的生物化學(xué)活性，已成為當(dāng)今研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。研究表明，番茄紅素具有猝滅單線態(tài)氧、清除過(guò)氧化氫的活性作用，其抗氧化能力是β胡蘿卜素的2倍，是維生素E的100倍[2]，是目前發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的抗氧化劑之一。疾病預(yù)防研究表明，高含量番茄紅素的攝入可降低食道癌、胃癌、前列腺癌和直腸癌等消化道癌的發(fā)病危險(xiǎn)性[3]。基于對(duì)番茄紅素特性、功效的認(rèn)識(shí)，將其作為天然食用色素、營(yíng)養(yǎng)素已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥及化妝品等行業(yè)。

番茄紅素是脂溶性物質(zhì)，廣泛存在于成熟的紅色植物果實(shí)當(dāng)中，其提取方法有有機(jī)溶劑法、酶反應(yīng)法、微波輻射法、超臨界流體法、高速逆流色譜法和微生物發(fā)酵法6種方法[4]，也有化學(xué)合成法[5]、基因工程法[6]的報(bào)道，但能進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的也只有有機(jī)溶劑法、超臨界流體法，而且，從生產(chǎn)成本方面考慮，有機(jī)溶劑法較適合目前工業(yè)化生產(chǎn)。

目前有機(jī)溶劑法提取番茄紅素多以番茄為原料，從其他植物提取番茄紅素的報(bào)道不多，黎彧等[7]、譚新平[8]等研究了從苦瓜籽假種皮中提取番茄紅素的方法，但僅限于實(shí)驗(yàn)室研究。筆者采用丙酮與二氯甲烷二元混合溶劑法從苦瓜籽假種皮中提取番茄紅素，通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)混合溶劑比、物料溶劑比、提取時(shí)間、提取次數(shù)等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，結(jié)合實(shí)際情況，確定適合工業(yè)化中試生產(chǎn)的工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1

原材料?？喙?，廣西北生集團(tuán)海玉農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司提供。

1.1.2

主要試劑。二氯甲烷、丙酮、三氯甲烷、乙酸乙酯、石油醚、乙醇及乙醚等，均為分析純。

1.1.3

主要儀器設(shè)備。Rotavapor R200旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，HHSY21Ni4C型電熱恒溫水浴鍋，ZK82B型電熱型真空干燥箱，發(fā)酵罐，板框壓濾機(jī)，真空冷凍干燥器，粉碎機(jī)，島津UV3101PC紫外分光光度計(jì)，島津GC2010氣相色譜儀，DT350多功能提取罐、WZI350單效蒸發(fā)器（江陰市東新藥化設(shè)備有限公司）。

1.2 工藝流程

苦瓜→催熟→取假種皮→前處理→ 壓濾→真空冷凍干燥→假種皮粉碎→有機(jī)溶劑提取→有機(jī)溶劑回收→醇洗→粗制番茄紅素油樹(shù)脂。

1.3 試驗(yàn)方法

稱取一定量的經(jīng)真空冷凍干燥粉碎成粒度為20目左右的苦瓜籽假種皮顆粒，經(jīng)不同溶劑、不同溶劑混合比、不同液料比、不同萃取時(shí)間、不同萃取次數(shù)對(duì)其浸提，測(cè)其浸提液吸光度，根據(jù)吸光度與浸提液濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線關(guān)系，計(jì)算番茄紅素含量或萃取率，優(yōu)選單因素參數(shù)，通過(guò)正交試驗(yàn)分析，確定有機(jī)溶劑法從苦瓜籽假種皮中萃取番茄紅素的最佳工藝條件。

1.4 分析方法

1.4.1

標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液的配制。

準(zhǔn)確稱取0.01 g番茄紅素晶體，置于1 000 ml容量瓶，用2%二氯甲烷乙醚溶液定容，搖勻，配成濃度為10 μg/ml的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，然后分別移取2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 ml該儲(chǔ)備液至50 ml容量瓶，用2%二氯甲烷乙醚溶液定容，配制成濃度為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 μg/ml的待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)溶液，在波長(zhǎng)503.20 nm處測(cè)其吸光度值，繪制濃度和吸光度值（A）的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.2.1

溶劑選擇。

稱取干假種皮0.10 g 5份，按編號(hào)分別用20 ml的丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、石油醚、三氯甲烷溶劑加塞密封，38 ℃下恒溫振蕩浸提2 h，濾液定容至25 ml，按編號(hào)各取5 ml溶液揮干，分別用2%二氯甲烷乙醚溶液定容于25 ml容量瓶，于25 ℃、波長(zhǎng)503.20 nm處測(cè)番茄紅素吸光度值，結(jié)果用吸光度柱狀圖示例（圖3）。

從圖3中可以看出，在相同條件下不同溶劑提取的番茄紅素吸光度值大小順序?yàn)椋?/p>

二氯甲烷>三氯甲烷>丙酮>乙酸乙酯>石油醚，理論上二氯甲烷提取效應(yīng)最佳，考慮到在實(shí)際提取過(guò)程中原料含有水溶性成分，對(duì)單一油溶性二氯甲烷溶劑提取效果會(huì)受到影響。圖3顯示，丙酮有較好的提取番茄紅素的效果，因其具水溶和油溶特性，以二氯甲烷與丙酮作為混合溶劑，以期協(xié)同提高萃取效率。

2.2.2

丙酮、二氯甲烷溶劑比的選擇。稱取干的苦瓜籽假種皮1.00 g 5份，分別以丙酮與二氯甲烷體積比為1∶ 1、1∶ 2、1∶ 3、1∶ 4、1∶ 5的混合溶劑20 ml在38 ℃下恒溫振蕩30 min，濾液定容至50 ml，于室溫25 ℃、波長(zhǎng)503.20 nm處測(cè)番茄紅素吸光度值，結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4直觀地看出，雖然吸光度值與二氯甲烷占比成正相關(guān)關(guān)系，但隨著其占比的增大，吸光度的增加趨勢(shì)逐步變緩，其變化幅度較大的溶劑比范圍在1∶ 1～1∶ 3，并以此作為優(yōu)選參考范圍。

2.2.5

提取次數(shù)的選擇。稱取2.00 g干假種皮4份，按料液比1∶ 4 g/ml、丙酮∶ 二氯甲烷體積比1∶ 2的混合液作為萃取劑，以38 ℃下恒溫振蕩1 h為完成一次萃取，按編號(hào)進(jìn)行1、2、3、4次萃取，并將各份萃取濾液合并后揮干，用2%二氯甲烷乙醚溶液定容于50 ml容量瓶，于室溫25 ℃、波長(zhǎng)503.20 nm處測(cè)番茄紅素吸光度值，按公式（2）計(jì)算出對(duì)應(yīng)的番茄紅素含量，與原料中番茄紅素含量比較，按公式（1）算出不同萃取次數(shù)對(duì)應(yīng)的萃取率，結(jié)果見(jiàn)圖7。

由圖7可看出，提取次數(shù)越高，萃取得率越高，但耗費(fèi)的時(shí)間和溶劑量就越大，從生產(chǎn)效率和成本控制等因素考慮，以提取次數(shù)為1～3次作為優(yōu)選參考范圍為宜。

3 結(jié)論與討論

番茄紅素在有機(jī)溶劑中的溶解度與溫度具有正相關(guān)關(guān)系[10]，溫度升高，提取效果隨之提高，但溫度升高超過(guò)40 ℃時(shí)，異構(gòu)化趨勢(shì)明顯增大[11]，在兼顧考慮提取效率、穩(wěn)定性、物料傳遞的易控制、降低生產(chǎn)能耗的前提下，選擇萃取溫度為38 ℃。

該研究的工藝流程中原料的干燥方式采用真空冷凍干燥，而非廣泛使用的真空干燥；經(jīng)檢測(cè)比較，真空冷凍干燥的原料中番茄紅素含量是真空干燥的2倍以上，這可能是因?yàn)檎婵崭稍镞^(guò)程中番茄紅素被流動(dòng)空氣中的氧氣氧化所致。

綜合以上所論，從萃取率和萃取物含量看，成熟苦瓜籽假種皮是良好的番茄紅素原料來(lái)源，具有工業(yè)生產(chǎn)開(kāi)發(fā)價(jià)值，其適合規(guī)?；a(chǎn)的溶劑法萃取工藝參數(shù)為丙酮與二氯甲烷體積比為1∶ 2、物料溶劑比為1∶ 7 g/ml、提取時(shí)間為50 min、提取次數(shù)為3次。

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