番茄紅素提取技術(shù)及其功能活性研究進(jìn)展

趙二勞，閆唯，郝麗琴，薛雅榮

（忻州師范學(xué)院化學(xué)系，山西忻州034000）

番茄紅素提取技術(shù)及其功能活性研究進(jìn)展

趙二勞，閆唯，郝麗琴，薛雅榮

（忻州師范學(xué)院化學(xué)系，山西忻州034000）

番茄紅素為一種天然類(lèi)胡蘿卜素，具有抗氧化、延緩衰老、防癌抗癌、預(yù)防心腦血管疾病、增強(qiáng)免疫力、保護(hù)皮膚等多種功能活性，在食品、醫(yī)藥和飼料行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。綜述近年來(lái)番茄紅素提取技術(shù)及其功能活性在我國(guó)的研究進(jìn)展，為番茄紅素的進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)提供參考。

番茄紅素；提取技術(shù)；功能活性；進(jìn)展

番茄紅素（Lycopene）分子式為C40H56，相對(duì)分子質(zhì)量536.88，是由11個(gè)共軛的和2個(gè)非共軛的碳-碳雙鍵構(gòu)成的直鏈型烴類(lèi)化合物，為一種類(lèi)胡蘿卜素[1]。自然界中，番茄紅素主要存在于番茄、西瓜、李子、桃和木瓜等水果中，人和動(dòng)物體內(nèi)不能合成番茄紅素，只能通過(guò)膳食攝取[2]。番茄紅素特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，決定了其具有猝滅單線態(tài)氧、清除自由基、抑制脂質(zhì)過(guò)氧化等多種生理功能活性[3-4]，造就了其卓越的保健功能和應(yīng)用價(jià)值，有“植物黃金”、“21世紀(jì)保健品新寵”之美譽(yù)，被世界衛(wèi)生組織（WHO）和聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）認(rèn)定為A類(lèi)營(yíng)養(yǎng)素，是世界公認(rèn)的集營(yíng)養(yǎng)與著色雙重作用于一體的功能性食品添加劑[5]。近年來(lái)，番茄紅素被廣泛應(yīng)用于保健食品、醫(yī)藥、化妝品和飼料等領(lǐng)域，成為研究的熱點(diǎn)。本文綜述番茄紅素提取技術(shù)及其功能活性在我國(guó)的研究進(jìn)展，為番茄紅素的進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)提供參考。

1 番茄紅素的提取技術(shù)

目前，番茄紅素提取主要以番茄、圣女果、西瓜和南瓜等為原料，提取方法主要有：有機(jī)溶劑萃取法，酶解輔助萃取法，超聲波輔助提取法，微波輔助提取法和超臨界CO2萃取法。

1.1 有機(jī)溶劑萃取法

有機(jī)溶劑萃取法是提取番茄紅素最基本和簡(jiǎn)便的方法，它是依據(jù)番茄紅素不溶于水，難溶于甲醇、乙醇，可溶于脂類(lèi)和非極性溶劑的性質(zhì)，采用一些有機(jī)溶劑將番茄紅素從原料中提取出來(lái)。常用的提取劑有丙酮、石油醚和乙酸乙酯等以及它們的混合溶液。劉雪凌等[6]以番茄粉為原料，對(duì)幾種溶劑采用平行試驗(yàn)的方法，比較提取效果，得出番茄紅素最適提取溶劑為乙酸乙酯，然后利用正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝條件，確定的最佳萃取條件為：料液比1∶5（g/mL），萃取溫度45℃，萃取時(shí)間90 min。林德菊等[7]以番茄醬為原料，通過(guò)單因素分析結(jié)合正交試驗(yàn)的方法優(yōu)化番茄紅素提取工藝條件，結(jié)果為以濃度80%乙酸乙酯溶液為提取劑，提取溫度50℃，固液比1∶2（g/mL），提取時(shí)間40 min。此工藝條件下，番茄紅素提取率達(dá)15.564 mg/ 100 g。劉義慶[8]采用7∶1乙酸乙酯－丙酮混合溶劑，提取新鮮西瓜中的番茄紅素，通過(guò)正交試驗(yàn)確定的優(yōu)化工藝為：料液比1∶4（g/mL），溫度45℃，浸提液pH=6，浸提時(shí)間50 min。吳發(fā)遠(yuǎn)等[9]以胡蘿卜為原料，以乙酸乙酯為提取劑，得出提取溫度35℃，提取時(shí)間100 min，料液比為1∶2（g/mL）時(shí)，浸提效果最好。認(rèn)為該方法提取番茄紅素成本低、易于自動(dòng)化操作，具有工業(yè)化應(yīng)用前景。

相對(duì)而言，有機(jī)溶劑萃取法具有操作簡(jiǎn)單、成本低、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，但也存在產(chǎn)品提取率低、純度差、溶劑易殘留、有安全風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。因此，盡管目前該方法研究較多，但有被淘汰的趨勢(shì)。

1.2 酶解輔助萃取法

基于番茄紅素大多以與脂蛋白結(jié)合形式存在于色素母細(xì)胞中[10]。酶解輔助萃取法就是利用特定酶來(lái)分解細(xì)胞壁或細(xì)胞膜中的糖蛋白、果膠、纖維素和半纖維素，使番茄紅素從細(xì)胞中釋放出來(lái)。常用的酶有：纖維素酶、果膠酶、半纖維素酶和胃蛋白酶等。王華等[11]以番茄漿為原料，選用復(fù)合酶（纖維素酶和果膠酶）輔助提取番茄紅素，得到最佳工藝條件為：纖維素酶和果膠酶的質(zhì)量比為3∶1，混合酶量0.12 g/20 g番茄漿，酶解時(shí)間6 h，酶解溫度45℃，pH=6.0。此工藝條件下，番茄紅素提取率可達(dá)23.03 μg/g。齊艷玲等[12]也使用纖維素酶和果膠酶1∶1（V/V）的復(fù)合酶提取番茄漿中番茄紅素，通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化的最佳工藝條件為：番茄漿pH調(diào)為4.01，加酶量0.05 g，溫度45.7℃，反應(yīng)時(shí)間3 h。此工藝條件下，番茄紅素提取得率為0.122 mg/g，比優(yōu)化前提高了38.6%。郝麗琴等[13]以西瓜為原料，體積比7∶1的乙酸乙酯－丙酮混合溶液為提取劑，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化的最佳工藝條件為：加酶量為45 mg/g，料液比1∶6（g/mL），提取溫度30℃，提取時(shí)間60 min，pH為6.0。該條件下，番茄紅素最大提取得率為44.57 μg/g。此外，龍海濤等[14]采用固定化復(fù)合酶（纖維素酶與果膠酶）提取番茄醬中番茄紅素，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面優(yōu)化的最佳工藝條件為：酶解時(shí)間2.8 h，pH為4.0，酶解溫度50℃，酶用量為1.00 g/100 g。該提取條件下，番茄紅素提取量達(dá)到3.68 μg/mL。

酶解輔助萃取法能提高提取率，提取條件溫和，利于保持番茄紅素活性，產(chǎn)品純度較高，較適合番茄紅素這類(lèi)熱敏性物質(zhì)的提取，極具開(kāi)發(fā)前景和應(yīng)用潛力，但也存在成本高、代價(jià)較大的問(wèn)題。

1.3 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取法是利用超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化、振動(dòng)和熱效應(yīng)等，造成植物細(xì)胞壁破裂，促進(jìn)溶劑和活性成分雙向轉(zhuǎn)移，提高提取效率[15－17]。朱俊向等[18]研究了以含2%二氯甲烷石油醚為提取劑，凍干番茄粉中番茄紅素超聲提取工藝條件，并與常規(guī)溶劑提取法進(jìn)行了比較。確定的最優(yōu)工藝條件為：料液比1∶41（g/ mL），提取溫度55℃，超聲波功率18 W/g，提取時(shí)間15 min。此工藝條件下，番茄紅素提取率為1.82 mg/g，較常規(guī)溶劑提取法，番茄紅素提取率增加了6.04%，提取時(shí)間節(jié)約了92.47%。蔡基智等[19]研究了超聲輔助提取番茄渣中番茄紅素的工藝，通過(guò)單因素分析結(jié)合正交試驗(yàn)法優(yōu)化確定的最佳工藝條件為：乙酸乙酯與丙酮2∶1（V/V）的混合溶液為提取劑，料液比1∶5（g/ mL），提取溫度40℃，超聲功率80 W，pH值6.0，提取時(shí)間20 min，番茄紅素提取率為62.52 μg/g。方瑞娜等[20]研究了南瓜中番茄紅素的超聲波提取工藝，并探討了各因素對(duì)番茄紅素提取率的影響。結(jié)果表明，影響提取率的大小順序?yàn)椋撼暪β剩境暅囟龋咎崛┯昧浚境晻r(shí)間，最佳工藝條件是：以乙酸乙酯為提取劑，超聲功率140 W，超聲溫度37℃，提取劑用量275 mL/g，超聲時(shí)間9 min。該條件下，南瓜粉中番茄紅素提取率可達(dá)0.489 2 mg/g。吳秋波[21]研究了超聲輔助提取西瓜果肉中番茄紅素的工藝，并探討了最適提取劑。得出的最佳工藝條件為：乙酸乙酯為提取劑，固液比1∶7（g/mL），超聲強(qiáng)度為3W/cm2，提取時(shí)間為15min。此條件下，番茄紅素相對(duì)提取率達(dá)到98.23%。另外，劉義慶[22]也研究了西瓜中番茄紅素的超聲輔助提取工藝，認(rèn)為最佳提取劑為7∶1（V/V）的乙酸乙酯－丙酮混合溶液，最佳提取工藝條件為：提取溫度50℃，料液比1∶5（g/mL），超聲功率225 W，提取時(shí)間20 min。

超聲輔助提取法作為一種新興的提取技術(shù)，具有節(jié)約能源、提取時(shí)間短、提取溫度低、提取率高以及環(huán)保等優(yōu)勢(shì)[23]，較適合番茄紅素等熱敏性物質(zhì)的提取，在番茄紅素提取中得到研究較多，具有發(fā)展、應(yīng)用前景。但因超聲提取設(shè)備的研發(fā)相對(duì)滯后，番茄紅素的超聲輔助提取還基本停留在實(shí)驗(yàn)室研究水平。

1.4 微波輔助萃取法

微波輔助萃取法是將微波與傳統(tǒng)溶劑提取法相結(jié)合的一種新型技術(shù)，它基于電磁波到達(dá)被提取物內(nèi)部維管束和腺細(xì)胞內(nèi)，使植物細(xì)胞極性物質(zhì)吸收了微波能，產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)溫度突然升高，細(xì)胞內(nèi)壓力超過(guò)細(xì)胞壁膨脹能力，導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂，細(xì)胞內(nèi)成分自由溶出進(jìn)入提取介質(zhì)中[24]。馬倩雯等[25]研究了番茄中番茄紅素的微波輔助提取工藝，通過(guò)正交試驗(yàn)確定的最佳工藝條件為：以乙酸乙酯為提取劑，微波功率400 W，料液比1∶2（g/mL），提取時(shí)間30 s，提取3次。此條件下，番茄中番茄紅素提取率可達(dá)0.593 mg/g。陶婷婷等[26]研究了新鮮番茄中番茄紅素的微波輔助提取工藝，認(rèn)為乙酸乙酯為最適提取劑，得到的優(yōu)化工藝條件為：微波功率500 W，料液比1∶8.2（g/mL），微波處理時(shí)間160 s，提取3次，番茄紅素提取率為0.593 mg/g干物質(zhì)。何春玫[27]以食用油為提取劑，研究了皂化番茄漿中番茄紅素的微波輔助提取工藝。得出微波功率是影響提取率的最大因素，葵花油是較好的提取劑，最優(yōu)工藝條件為：微波功率300 W，料液比1∶2（g/mL），微波處理時(shí)間20 s，番茄紅素提取率為10.43%。

微波輔助萃取法僅數(shù)分鐘就可達(dá)到其它提取方法的提取效果，具有提取時(shí)間短、效率高、能耗低、溶劑用量少、污染少等優(yōu)點(diǎn)[28]。目前有關(guān)微波輔助萃取番茄紅素的研究較少，但微波輔助萃取番茄紅素已有向工業(yè)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。

1.5 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法就是利用超過(guò)臨界狀態(tài)兼具氣體擴(kuò)散傳質(zhì)和液體溶解性能的CO2作為萃取劑，將一些特定的成分從液體或固體中萃取出來(lái)[29]，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了萃取和分離過(guò)程一體化，是一種新型的提取分離技術(shù)。涂寶軍等[30]研究了成熟番茄中番茄紅素的超臨界CO2萃取工藝，并與傳統(tǒng)溶劑法進(jìn)行了比較。確定的最佳條件為：以15%的乙酸乙酯為夾帶劑，萃取壓力36 MPa，萃取溫度40℃，萃取時(shí)間150 min。該條件下，番茄紅素提取率為12.9 μg/g，比傳統(tǒng)溶劑提取法提取率提高了33.4%。宋鈺興等[31]研究了秋橄欖果實(shí)中番茄紅素的超臨界CO2萃取，在單因素分析的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法優(yōu)化萃取工藝條件。發(fā)現(xiàn)丙酮是最佳夾帶劑，優(yōu)化的工藝條件為：萃取壓力37 MPa，萃取溫度52℃，萃取時(shí)間3.8 h。陳德經(jīng)等[32]則對(duì)西瓜中番茄紅素的超臨界CO2萃取進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在萃取壓力30 MPa，萃取溫度55℃，CO2流量為25 L/h，萃取時(shí)間2 h的條件下，無(wú)夾帶劑直接萃取，番茄紅素的萃取率可達(dá)西瓜原料的3.69%。

超臨界CO2萃取是一種環(huán)境友好的綠色提取分離技術(shù)，具有方法簡(jiǎn)單、使用溶劑少、提取效率高、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)[33]。盡管目前關(guān)于超臨界CO2萃取番茄紅素的研究較少，但該方法在我國(guó)發(fā)展迅速，已應(yīng)用于黃酮、油脂等多種活性成分的工業(yè)化生產(chǎn)中，市場(chǎng)上已有不少規(guī)格的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。因此，采用超臨界CO2萃取番茄紅素的產(chǎn)業(yè)化，僅需著力研究設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝條件。

2 番茄紅素的功能活性

2.1 防癌抗癌

癌癥是威脅人類(lèi)生命的重大疾病之一。有關(guān)研究表明，食用大量番茄紅素的人患癌癥的幾率比其他人低50%左右。膳食番茄紅素能有效猝滅自由基，激活免疫細(xì)胞，達(dá)到預(yù)防癌癥的作用。對(duì)已形成的癌細(xì)胞，一方面番茄紅素的脂溶性可以靶向包裹癌細(xì)胞，阻斷營(yíng)養(yǎng)源，從而餓死癌細(xì)胞并抑制其擴(kuò)散；另一方面，番茄紅素的抗突變性，可以刺激淋巴細(xì)胞大量釋放癌細(xì)胞抑制因子，誘導(dǎo)細(xì)胞間隙調(diào)控生長(zhǎng)信號(hào)，使癌變組織由于失去營(yíng)養(yǎng)而逐漸萎縮直至消失[34]。

2.2 延緩衰老

衰老是由于機(jī)體在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)量自由基，氧化細(xì)胞膜、脂肪、DNA、蛋白質(zhì)等造成的。自由基清除劑能有效清除自由基，延緩或阻止衰老。番茄紅素有極強(qiáng)的抗氧化能力，一個(gè)番茄紅素分子可猝滅上萬(wàn)個(gè)自由基，抗氧化能力是β-胡蘿卜素的2倍多，維生素E的100倍，是自然界最強(qiáng)的延緩衰老的抗氧化劑[35]。許多相關(guān)研究均證明，番茄紅素能通過(guò)清除自由基、降低血清中丙二醛含量，增強(qiáng)超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性，起到阻止或延緩機(jī)體衰老的作用。

2.3 保護(hù)心腦血管

心腦血管疾病泛指由血液粘稠、高血脂、高血壓等所致的心臟、大腦及全身組織發(fā)生的疾病，是影響50歲以上中老年人健康的常見(jiàn)病。研究表明，番茄紅素能夠調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，降低血脂，對(duì)高血脂有一定的治療作用。番茄紅素可深入清除血管垃圾，調(diào)節(jié)血漿膽固醇濃度，保護(hù)低密度脂蛋白不受氧化，還可以修復(fù)完善被氧化的細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞間膠質(zhì)形成，增強(qiáng)血管柔韌度[36]。多食用富含番茄紅素的食物如番茄、西瓜等，可以保護(hù)心腦血管，防止心腦血管疾病的發(fā)生。

2.4 增強(qiáng)免疫力

人體的免疫功能主要靠免疫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，而人體免疫系統(tǒng)中主要的免疫細(xì)胞是淋巴細(xì)胞。研究表明，番茄紅素能促進(jìn)T和B淋巴細(xì)胞增殖，提高其生理活性，并能保護(hù)人體內(nèi)吞噬細(xì)胞不受自身的氧化所損傷，增加機(jī)體免疫力，減少疾病發(fā)生[37]。試驗(yàn)研究也證明，服用中等劑量的番茄紅素，可減輕急性運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體免疫功能的損害。此外，番茄紅素還可促進(jìn)人體白介素2和白介素4分泌，提高老年人免疫力。

2.5 抑制骨質(zhì)疏松

骨質(zhì)疏松是一種以骨骼疼痛和易于骨折為特征的疾病。大多數(shù)的骨質(zhì)疏松是由于骨質(zhì)吸收增多所致，這種疾病給中老年人帶來(lái)了極大的痛苦。研究表明，番茄紅素可以通過(guò)產(chǎn)生一種抑制破骨細(xì)胞產(chǎn)生的物質(zhì)來(lái)抑制骨質(zhì)吸收，其對(duì)破骨細(xì)胞骨質(zhì)吸收功能的抑制作用與濃度呈正相關(guān)，即番茄紅素濃度越高，抑制作用越強(qiáng)。番茄紅素還能促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)，增加成骨細(xì)胞的礦化能力[38]?？梢?jiàn)膳食番茄紅素可減緩或抑制骨質(zhì)疏松的發(fā)生。

2.6 保護(hù)皮膚

眾所周知，紫外線會(huì)催生皮膚中單線態(tài)氧和自由基，因此，紫外線過(guò)量照射會(huì)氧化損傷皮膚，導(dǎo)致紅斑產(chǎn)生、皺紋、色斑形成加速，甚至引發(fā)皮膚癌。番茄紅素能有效猝滅皮膚中單線態(tài)氧并與自由基結(jié)合，保護(hù)皮膚組織免受破壞，一項(xiàng)研究表明，若連續(xù)每天攝入16 mg番茄紅素，幾周后就可產(chǎn)生效應(yīng)，顯著降低或消除由紫外線照射誘導(dǎo)的皮膚紅斑、線粒體DNA損傷[39]。番茄紅素還可猝滅表皮細(xì)胞中的自由基，對(duì)老年色斑也有明顯的褪色作用。

3 結(jié)論

在人們回歸自然，崇尚綠色，對(duì)膳食養(yǎng)生日益關(guān)注，對(duì)自身保健日益重視的今天，番茄紅素以其卓越的保健功能活性受到人們普遍歡迎。這既為番茄紅素開(kāi)發(fā)利用提供了廣闊的市場(chǎng)，也為研究人員深入進(jìn)行番茄紅素提取工藝和活性研究提供了不竭動(dòng)力。有理由相信隨著研究開(kāi)發(fā)力度的加大，番茄紅素更多功能活性和作用機(jī)制將會(huì)被不斷揭示，我國(guó)番茄紅素產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)定會(huì)有較大突破，番茄紅素必將會(huì)成為21世紀(jì)人們?nèi)粘Ｉ钪袕V受歡迎的天然保健功能食品。

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Research Progress of Extraction Techniques and Functional Bioactivities of Lycopene

ZHAO Er-lao，YAN Wei，HAO Li-qin，XUE Ya-rong
（Department of Chemistry，Xinzhou Teachers University，Xinzhou 034000，Shanxi，China）

Lycopene as natural carotenoids has been reported for their biological activities，such as antioxidation，resist aging，anticancer，prevent cardiovascular disease，protect the skin and so on，and has been widely employed in food，medicine and feed fields.The research progress of extraction techniques and functional bioactivities of lycopene were reviewed，which had provided reference for the further research and development of lycopene.

lycopene；extraction techniques；functional bioactivities；progress

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.08.044

2016-08-01

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201610124001）；山西省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2016381）；忻州師范學(xué)院化學(xué)化工創(chuàng)新基地項(xiàng)目（2016）

趙二勞（1952—），男（漢），教授，本科，研究方向：天然產(chǎn)物。