番茄中番茄紅素提取工藝的比較研究

李睿

(西安郵電大學,陜西 西安 710121)

番茄紅素(lycopene)廣泛存在于番茄、西瓜、木瓜、木鱉果、葡萄柚等果實中[1]，是類胡蘿卜素的一種[2-3]，具有很強的氧化性[4]。研究表明，番茄紅素具有提高免疫力、保護心血管[5]、抗衰老、抗癌抑癌[6]、保護皮膚、抗紫外線輻射等功效[7]，在醫(yī)藥、保健品、食品等方面得到廣泛應(yīng)用[8]。我國番茄產(chǎn)量居世界前列，合理開發(fā)利用番茄紅素有著重要的藥用意義。

本文以番茄為原材料，以丙酮-正己烷(2∶1)混合液為提取溶劑[9]，分別采用水浴攪拌法、微波輔助提取法[10]、超聲波輔助提取法[11]提取番茄紅素，利用正交實驗優(yōu)化3種方法的提取工藝并作以比較，為有效利用番茄中番茄紅素提供一些工藝參數(shù)。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

番茄，市售；丙酮、正己烷、無水乙醇、蘇丹Ⅰ色素均為分析純；蒸餾水。

AL204電子分析天平；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋；101-3AB電熱鼓風干燥箱；SHZ-D(III)循環(huán)水式多用真空泵；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；752N紫外可見分光光度計； 365 nm紫外分析儀；LD5-2A型低速離心機；EM720KG1-PW微波爐；FDL-DTD5200型超聲波清洗儀。

1.2 實驗方法

將新鮮番茄洗凈去皮，切成小塊，稱取2 g番茄肉研磨成番茄漿，加入20 mL無水乙醇預(yù)處理20 min后離心10 min，去除上清液得番茄泥沉淀。以丙酮-正己烷(2∶1)混合液為提取液，分別采用水浴攪拌提取法、微波輔助提取法和超聲波輔助提取法按照L9(34)正交設(shè)計對番茄紅素進行單次提取，考察其提取率。

1.3 分析方法

1.3.1 標準曲線的制作 精確稱取蘇丹Ⅰ色素50 mg，以無水乙醇定容至50 mL。準確吸取0.12，0.24，0.36，0.48，0.60，0.72 mL溶液，置于編號為 1～6 的50 mL容量瓶中，用蒸餾水定容。此時6只容量瓶中的蘇丹Ⅰ色素工作液相當于濃度為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mg/L的番茄紅素標準液，以蒸餾水為空白，在473 nm處測定吸光值[12]，繪制標準曲線，得回歸方程：A=0.259 7C+0.015 8，R2=0.999 7(A為吸光度;C為蘇丹I色素濃度，mg/L)。

1.3.2 番茄紅素含量的測定 提取液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進行濃縮，用蒸餾水定容至100 mL。吸取10 mL置于50 mL容量瓶并用蒸餾水定容，在波長473 nm處測定吸光度，計算番茄紅素的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 水浴攪拌法提取番茄紅素的最佳工藝

以不同溫度、時間、固液比和丙酮-正己烷(2∶1)混合液濃度為考察因素，采用正交實驗優(yōu)化水浴攪拌提取法提取工藝，因素及水平見表1，結(jié)果見表2。

表1 正交實驗因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

由表2可知，使用水浴攪拌提取法時，影響提取效果的因素順序為：A>C>D>B，提取溫度對提取率的影響最大,最優(yōu)化工藝為A1B2C2D2，即提取溫度35 ℃，時間90 min，固液比1∶7 g/mL，丙酮-正己烷(2∶1)混合液濃度70%。

表2 L9(34)正交實驗結(jié)果Table 2 L9(34)Arrangement and results of orthogonal test

2.2 微波輔助法提取番茄紅素的最佳工藝

以不同微波功率、時間、固液比和丙酮-正己烷(2∶1)混合液濃度為考察因素，采用正交實驗優(yōu)化微波輔助法提取工藝，因素水平見表3，結(jié)果見表4。

表3 正交實驗因素水平Table 3 Factors and levels of orthogonal test

表4 L9(34)正交實驗結(jié)果Table 4 L9(34)Arrangement and results of orthogonal test

由表4可知，使用微波輔助提取法時，影響提取效果的因素順序為：A>D>C>B，微波功率對提取率的影響最大，最優(yōu)化工藝為A2B1C2D2，即提取微波功率400 W，時間40 s，固液比1∶3 g/mL，丙酮-正己烷(2∶1)混合液濃度70%。

2.3 超聲波輔助法提取番茄紅素的最佳工藝

在丙酮-正己烷(2∶1)混合液濃度70%為提取液的條件下，以不同超聲波功率、時間、固液比和溫度為考察因素，采用正交實驗優(yōu)化超聲波輔助法提取工藝，因素水平見表5，結(jié)果見表6。

表5 正交實驗因素水平Table 5 Factors and levels of orthogonal test

表6 L9(34)正交實驗結(jié)果Table 6 L9(34)Arrangement and results of orthogonal test

由表6可知，使用超聲波輔助法提取時，影響提取效果的因素順序為：A>C>B>D，超聲波功率對提取率的影響最大，最優(yōu)化工藝為A2B2C1D1，即提取超聲波功率200 W，時間15 min，固液比1∶5 g/mL，提取溫度40 ℃。

2.4 提取方法比較

按照其最佳提取條件，采用水浴攪拌提取法、微波輔助提取法和超聲波輔助提取法對番茄中番茄紅素進行單次提取，每組實驗做3個重復(fù)，取平均值，結(jié)果見表7。

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

由表7可知，微波輔助提取法的提取率最高，水浴攪拌提取法提取率明顯偏低，因為番茄紅素存在于植物細胞內(nèi)的有色體中，有機溶劑不能很好地浸透細胞壁和細胞膜，故不能將所有番茄紅素從植物的細胞壁中溶解出來[13]。微波輔助提取法破壞了細胞壁結(jié)構(gòu)，使番茄紅素能迅速地溶解到提取液當中，提取率得到明顯提高，并大大縮短了提取時間[14]。超聲波輔助提取法利用超聲波輻射壓強，產(chǎn)生強烈的空化效應(yīng)，增大分子運動的頻率和速度，增加了有機溶劑對植物細胞的浸透力，提取率得到了顯著提高[15]。

2.5 單因素對提取結(jié)果影響分析

2.5.1 提取溫度 在提取過程中，溫度升高則提取率升高，但是達到一定溫度時，溫度升高反而提取率降低，是因為番茄紅素的熱穩(wěn)定性較差[16]，溫度過高部分番茄紅素被氧化破壞，影響了提取率。

2.5.2 提取時間 在提取過程中，提取時間過短會造成反應(yīng)不充分，提取率過低，提取時間過長會浸出較多雜質(zhì)[17]，影響提取率。

2.5.3 固液比 隨著溶劑用量的增加，番茄紅素提取率增加，但是溶劑用量增加到一定值時，原料表面和溶劑之間的濃度差已不再是影響提取率的主要因素[18]，溶劑溶解的其他雜質(zhì)較多，會影響提取率。

2.5.4 提取液濃度 丙酮-正己烷(2∶1)混合液濃度的增加，使番茄紅素提取率增加，但是提取液濃度過高時，反而會浸出一些雜質(zhì)，這些雜質(zhì)與番茄紅素競爭同提取液分子的結(jié)合，降低了提取液中番茄紅素的含量，影響了提取率。

2.5.5 微波功率 微波功率過低，不能起到破壞細胞壁和細胞膜的作用，番茄紅素無法完全溶解到提取液中。微波功率過高，會使得植物細胞內(nèi)釋放的一些有機成分發(fā)生性狀改變，包括纖維素結(jié)構(gòu)的變化、淀粉的糊化以及蛋白質(zhì)的變性，將番茄紅素吸附或包裹其中，影響提取率[19]。

2.5.6 超聲波功率 在一定的超聲波功率范圍內(nèi)，隨著功率的升高，其空化作用越強，分子擴散速率越大，提取率升高。當超聲波功率過高時，會破壞到番茄紅素的分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致提取率下降，所以在提取過程中存在一個適宜的超聲功率[20]。

3 結(jié)論

(1)水浴攪拌提取法的提取最佳條件為：提取溫度35 ℃，時間90 min，固液比1∶7 g/mL，丙酮-正己烷(2∶1)混合液濃度70%，提取率為0.146 mg/g。

(2)微波輔助提取法的提取最佳條件為：微波功率400 W，時間40 s，固液比1∶3 g/mL，丙酮-正己烷(2∶1)混合液濃度70%，提取率為0.593 mg/g。

(3)超聲波輔助提取法的提取最佳條件為：超聲波功率200 W，時間15 min，固液比1∶5 g/mL，提取溫度40 ℃，提取率為0.489 mg/g。

(4)3種提取方法中，微波輔助提取法提取率最高，水浴攪拌提取法提取率最低。