秋橄欖番茄紅素超臨界CO2萃取工藝研究

成建紅，劉惠斌，于喜濤（中國農業大學（煙臺），山東煙臺264670）

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秋橄欖番茄紅素超臨界CO2萃取工藝研究

成建紅，劉惠斌，于喜濤
（中國農業大學（煙臺），山東煙臺264670）

以野生秋橄欖為原料，采用三因素三水平正交試驗設計對果實番茄紅素無助提劑條件下的超臨界CO2提取（SFE）工藝進行了研究。結果表明，在檢測的3個因素中萃取壓力對秋橄欖果實番茄紅素的提取效率影響最大，其次為溫度和提取時間。在CO2流速約為60L/h的條件下，果實番茄紅素提取的最佳工藝參數為45℃，30MPa，每次1.5h。

秋橄欖；超臨界CO2萃取；番茄紅素；提取工藝

秋橄欖（Elaeagnus umbellata Thunb.）為胡頹子科胡頹子屬多年生落葉灌木，學名秋胡頹子，俗稱麥粒子、牛奶子等，主要分布于東亞、中亞以及歐洲南部的部分地區［1］，植株多做藥用或觀賞樹木栽培。秋橄欖果實為紅色多肉小型核果，經檢測其番茄紅素含量約為普通番茄含量的17倍［2-3］。番茄紅素（Lycopene）是一種天然食用色素，具有防癌、抗癌、抗衰老等多方面的生物學功能，目前天然番茄紅素的主要來源是從番茄中制取，高番茄紅素含量使得秋橄欖果實成為了一種極具開發潛力的自然資源。天然色素的提取方法很多，超臨界CO2萃取技術（SFE）利用臨界壓力和臨界溫度所形成的介于氣體和液體之間的超臨界高密度的CO2流體，從目標物中萃取分離沸點或熱不穩定物而成為一項被廣泛使用于天然產物的分離提取的新技術。前人使用超臨界CO2萃取天然番茄紅素多用助提劑，本研究以秋橄欖果實為原料，以種子中天然的脂類物質為伴同的助提劑，通過正交實驗設計研究超臨界流體萃取秋橄欖果實番茄紅素的最佳工藝，以期為秋橄欖果實天然番茄紅素的制取及開發利用提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

秋橄欖：秋季果熟期于野生群落采集成熟果實；番茄：市購。

二氯甲烷：分析純。

1.2儀器與設備

WKX高速粉碎機：上海新諾儀器設備有限公司；HA220-50-07超臨界萃取裝置：江蘇南通市華安超臨界萃取有限公司；T6新世紀紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限公司；BS223S電子天平：德國Sartorious公司；微量移液器：上海榮泰生化工程有限公司。

1.3方法

1.3.1溶劑法提取秋橄欖、番茄果實番茄紅素

參照李京方法［4］略有改動：剝取果肉1 g，加石英砂、Na2CO3適量，于研缽中研磨，先加5 mL丙酮，再用10 mL二氯甲烷提取3次～4次，直至無色，合并上清，4 000 r/min離心5 min，上清轉移至分液漏斗，加適量水，靜置片刻，分流下相，重復3次，合并收集下相，定容后低溫避光保存。

1.3.2超臨界CO2萃取秋橄欖果實番茄紅素

1.3.2.1提取工藝

秋橄欖果實→自然晾干→粉碎→稱量（每次進樣200 g）→超臨界萃取→收集萃取物→分光光度計檢測

1.3.2.2正交試驗設計

李京［5］、宋鈺興［6］、廖益強［7］、王憲青［8］、左愛仁［9］等曾分別以秋橄欖、番茄等為材料研究了超臨界萃取番茄紅素的單因素試驗，其研究的單因素影響因子涉及萃取溫度、壓力、時間、CO2流速、助提劑等，得出的最佳參數見表1。

表1　不同材料番茄紅素提取各因素最佳參數Table 1　The optimal parameter of lycopene extraction on different materials

參考表1中各文獻研究結果，確定本研究正交試驗設計超臨界萃取影響因素為3個，即萃取溫度、萃取壓力、萃取時間，每因素設計3個水平，萃取溫度為40、45、50℃，萃取壓力為20、25、30 MPa（本設備最高壓力值），萃取時間為1、1.5、2 h，設計L9（33）正交試驗各因素及水平見表2。

表2　L9（33）正交試驗設計因素與水平Table 2　Factors and levels of orthogonal experiment L9（33）

由于本研究所用超臨界萃取裝置的CO2流量不可控，設備正常運行時流速基本恒定在60 L/h，因此單因素試驗不做流量影響設計。本研究萃取的番茄紅素主要考慮食用，前期試驗發現秋橄欖種子中含有較多的脂類物質，內含物包括大量不飽和脂肪酸，具有一定的保健功效，因此本試驗將種子天然含有的油料成分做助提劑，研究未選擇丙酮等可能有化學殘留物的試劑做助提劑。

1.3.2.3番茄紅素含量的測定

取0.1 g萃取物，二氯甲烷溶解稀釋，分光光度計檢測其在481 nm波長的吸光值，依據以下公式計算番茄紅素含量（參照李京方法［4-5］）：

X=A×y/（A1%1cm×100）

式中：X為樣品中番茄紅素的含量，g；y為樣品溶液體積，mL；A為樣品在檢測區間最大吸收波長的吸光值；A1%1cm為吸光系數，定義為在1 cm光程長的比色杯中1%濃度溶質的理論吸光值。在此采用ε=3500。

1.3.2.4番茄紅素萃取率計算

番茄干物質量按果實重量的80%扣除含水量計算，秋橄欖溶劑法干物質量按果實重量及含水量有關數據進行計算［3］；

萃取物中番茄紅素的純度/%=（番茄紅素萃取量/萃取物總量）×100。

2　結果與分析

2.1正交試驗結果

正交試驗結果見表3。

表3　L9（33）正交試驗方案及結果Table 3　L9（33）orthogonal test scheme and results

分析結果表明，超臨界CO2萃取技術中影響秋橄欖果實番茄紅素提取效果的因素由主要到次要依次為B＞A＞C，即萃取壓力對秋橄欖果實番茄紅素的提取效果影響最大，其次為萃取溫度，萃取時間對試驗結果的影響最小。結果同時表明A2、B3、C2分別為A、B、C 3個因素的優水平，其組合A2B3C2為秋橄欖果實番茄紅素超臨界萃取的的最佳工藝參數，即以果實種子脂類物質為天然助提劑條件下，超臨界CO2流速約為60 L/h，最佳提取工藝參數為45℃溫度，30 MPa的萃取壓力，提取1.5 h。最佳工藝條件下進行驗證試驗所得番茄紅素總含量為15.38 mg/200 g，為最高值。

2.2番茄紅素萃取率分析

本研究溶劑法提取番茄果實番茄紅素，檢測果肉番茄紅素含量為6.21 mg/100 g鮮重，結果與大多數文獻報道的0.88 mg/100 g～10 mg/100 g鮮果較為一致［2-4］；除去含水量，該結果相當于每100克干重含番茄紅素31.05 mg。試驗采用同樣的溶劑法提取秋橄欖鮮果番茄紅素，檢測果肉番茄紅素含量為62.20 mg/100 g鮮重（約為番茄鮮果的10倍），換算為果實重量相當于每100克鮮果實（含種子）番茄紅素含量為52.27 mg，除去含水量，每100克干果實（含種子）番茄紅素含量約為182.51 mg（約為番茄的5.88倍），結果顯示秋橄欖果實含有豐富的番茄紅素，數據見表4。

表4　秋橄欖果實番茄紅素萃取率分析Table 4　The lycopene extraction yield analysis of autumn olive

然而，比較溶劑法，SFE法番茄紅素的萃取率在涂寶軍［10］（表4番茄4）和李京［9］（秋橄欖）的研究結果中都表現出較低水平。本研究采用種子天然油脂做助提劑進行超臨界CO2萃取秋橄欖果實番茄紅素時，干果實中番茄紅素檢出量只有7.69 mg/100 g，分析原因可能主要受材料粉碎程度的影響。觀察發現，秋橄欖果實種皮外側有一層較厚的白色絲狀纖維組織，果實在粉碎過程中材料逐漸呈絮狀，很難過篩，粉碎不徹底可能是實驗萃取率相對較低的主要因素。部分研究采用超臨界CO2萃取番茄中番茄紅素，干果實番茄紅素萃取量達到399.36 mg/100 g［8］的結果（表4番茄3）似乎遠遠超出了平常水平。同時，如僅考慮增加萃取物總量和番茄紅素產出率，今后可以探索使用大豆色拉油做助提劑做進一步研究［9］。

3　結論

1）超臨界CO2萃取技術中影響秋橄欖果實番茄紅素提取效果的因素由主要到次要依次為萃取壓力＞萃取溫度＞萃取時間。

2）正交試驗結果顯示在CO2流速約為60 L/h的條件下，以種子脂類物質做天然助提劑，超臨界CO2萃取秋橄欖果實番茄紅素的最佳工藝為溫度45℃，萃取壓力30 MPa，提取1.5 h。

3）秋橄欖粉中番茄紅素檢出量為7.69 mg/100 g。

［1］鄭萬鈞.中國樹木志［M］.北京:中國林業出版社，1983:262-265

［2］Fordham I M，Clevidence B A，Wiley E R.Fruit of Autumn Olive:A rich source of lycopene［J］.Hort Science，2001，36（6）:1136-1137

［3］張寧，劉惠斌，成建紅，等．野生秋橄欖樹體形態特征及番茄紅素含量的測定［J］.林業實用技術，2012（7）:10-12

［4］李京.天然番茄紅素的分析、制備及保健功能研究［D］.北京:首都師范大學，2007

［5］李京，惠伯棣.秋橄欖果實中番茄紅素的超臨界CO2萃取初探［J］.食品科學，2006，27（11）:280-282

［6］宋鈺興，邵興鋒，倪穗.秋橄欖果實中番茄紅素的超臨界萃取技術研究［J］.中國野生植物資源，2011，30（1）39

［7］廖益強，黃彪，陸則堅.超臨界CO2流體萃取番茄紅素［J］.福建農林大學學報（自然科學版），2008，37（1）:105-108

［8］王憲青，王丹，崔會哲.超臨界CO2提取番茄紅素的工藝研究［J］.食品與機械，2005，22（4）:30-34

［9］左愛仁，范青生，周潔，等.天然番茄紅素超臨界CO2萃取和定量研究［J］.中國食品添加劑，2003（5）:36-39

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The Study of Supercritical Fluid Extraction of Lycopene on Autumn Olive

CHENG Jian-hong，LIU Hui-bin，YU Xi-tao
（China Agricultural University（Yantai），Yantai 264670，Shandong，China）

In this paper，orthogonal test design of three factors at three different levels was applied to optimize the lycopene extraction technology from autumn olive using supercritical fluid extraction（SFE）.The results showed that the extraction temperature had significant influences on extraction yield of lycopene.The effects of extraction temperature and extract time were in order reduced.Under the 60 L/h CO2flow rate，the optimal parameter to extract the lycopene from the fruits of autumn olive was using 30 MPa extraction pressure，extracting for 1.5 h at 45℃.

autumn olive；supercritical carbon dioxide fluid extraction；lycopene；extraction technology

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.13.011

山東省中青年科學家獎勵基金（BS2010NY032）

成建紅（1970—），女（漢），副教授，博士，研究方向：果樹生理與天然產物研究。

2015-06-25