番茄紅素提取技術及其功能活性研究進展

趙二勞，閆唯，郝麗琴，薛雅榮

（忻州師范學院化學系，山西忻州034000）

番茄紅素提取技術及其功能活性研究進展

趙二勞，閆唯，郝麗琴，薛雅榮

（忻州師范學院化學系，山西忻州034000）

番茄紅素為一種天然類胡蘿卜素，具有抗氧化、延緩衰老、防癌抗癌、預防心腦血管疾病、增強免疫力、保護皮膚等多種功能活性，在食品、醫藥和飼料行業得到廣泛應用。綜述近年來番茄紅素提取技術及其功能活性在我國的研究進展，為番茄紅素的進一步研究開發提供參考。

番茄紅素；提取技術；功能活性；進展

番茄紅素（Lycopene）分子式為C40H56，相對分子質量536.88，是由11個共軛的和2個非共軛的碳-碳雙鍵構成的直鏈型烴類化合物，為一種類胡蘿卜素[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，人和動物體內不能合成番茄紅素，只能通過膳食攝取[2]。番茄紅素特殊的化學結構，決定了其具有猝滅單線態氧、清除自由基、抑制脂質過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用價值，有“植物黃金”、“21世紀保健品新寵”之美譽，被世界衛生組織（WHO）和聯合國糧農組織（FAO）認定為A類營養素，是世界公認的集營養與著色雙重作用于一體的功能性食品添加劑[5]。近年來，番茄紅素被廣泛應用于保健食品、醫藥、化妝品和飼料等領域，成為研究的熱點。本文綜述番茄紅素提取技術及其功能活性在我國的研究進展，為番茄紅素的進一步研究開發提供參考。

1 番茄紅素的提取技術

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 有機溶劑萃取法

有機溶劑萃取法是提取番茄紅素最基本和簡便的方法，它是依據番茄紅素不溶于水，難溶于甲醇、乙醇，可溶于脂類和非極性溶劑的性質，采用一些有機溶劑將番茄紅素從原料中提取出來。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，對幾種溶劑采用平行試驗的方法，比較提取效果，得出番茄紅素最適提取溶劑為乙酸乙酯，然后利用正交試驗優化工藝條件，確定的最佳萃取條件為：料液比1∶5（g/mL），萃取溫度45℃，萃取時間90 min。林德菊等[7]以番茄醬為原料，通過單因素分析結合正交試驗的方法優化番茄紅素提取工藝條件，結果為以濃度80%乙酸乙酯溶液為提取劑，提取溫度50℃，固液比1∶2（g/mL），提取時間40 min。此工藝條件下，番茄紅素提取率達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，通過正交試驗確定的優化工藝為：料液比1∶4（g/mL），溫度45℃，浸提液pH=6，浸提時間50 min。吳發遠等[9]以胡蘿卜為原料，以乙酸乙酯為提取劑，得出提取溫度35℃，提取時間100 min，料液比為1∶2（g/mL）時，浸提效果最好。認為該方法提取番茄紅素成本低、易于自動化操作，具有工業化應用前景。

相對而言，有機溶劑萃取法具有操作簡單、成本低、易于實現工業化等優點，但也存在產品提取率低、純度差、溶劑易殘留、有安全風險等問題。因此，盡管目前該方法研究較多，但有被淘汰的趨勢。

1.2 酶解輔助萃取法

基于番茄紅素大多以與脂蛋白結合形式存在于色素母細胞中[10]。酶解輔助萃取法就是利用特定酶來分解細胞壁或細胞膜中的糖蛋白、果膠、纖維素和半纖維素，使番茄紅素從細胞中釋放出來。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量比為3∶1，混合酶量0.12 g/20 g番茄漿，酶解時間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）的復合酶提取番茄漿中番茄紅素，通過響應面優化的最佳工藝條件為：番茄漿pH調為4.01，加酶量0.05 g，溫度45.7℃，反應時間3 h。此工藝條件下，番茄紅素提取得率為0.122 mg/g，比優化前提高了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，通過正交試驗優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，在單因素試驗基礎上，采用響應面優化的最佳工藝條件為：酶解時間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，產品純度較高，較適合番茄紅素這類熱敏性物質的提取，極具開發前景和應用潛力，但也存在成本高、代價較大的問題。

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生的強烈空化、振動和熱效應等，造成植物細胞壁破裂，促進溶劑和活性成分雙向轉移，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，并與常規溶劑提取法進行了比較。確定的最優工藝條件為：料液比1∶41（g/ mL），提取溫度55℃，超聲波功率18 W/g，提取時間15 min。此工藝條件下，番茄紅素提取率為1.82 mg/g，較常規溶劑提取法，番茄紅素提取率增加了6.04%，提取時間節約了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，通過單因素分析結合正交試驗法優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，并探討了各因素對番茄紅素提取率的影響。結果表明，影響提取率的大小順序為：超聲功率＞超聲溫度＞提取劑用量＞超聲時間，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，超聲時間9 min。該條件下，南瓜粉中番茄紅素提取率可達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），超聲強度為3W/cm2，提取時間為15min。此條件下，番茄紅素相對提取率達到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，提取時間20 min。

超聲輔助提取法作為一種新興的提取技術，具有節約能源、提取時間短、提取溫度低、提取率高以及環保等優勢[23]，較適合番茄紅素等熱敏性物質的提取，在番茄紅素提取中得到研究較多，具有發展、應用前景。但因超聲提取設備的研發相對滯后，番茄紅素的超聲輔助提取還基本停留在實驗室研究水平。

1.4 微波輔助萃取法

微波輔助萃取法是將微波與傳統溶劑提取法相結合的一種新型技術，它基于電磁波到達被提取物內部維管束和腺細胞內，使植物細胞極性物質吸收了微波能，產生大量熱量，導致細胞內溫度突然升高，細胞內壓力超過細胞壁膨脹能力，導致細胞壁破裂，細胞內成分自由溶出進入提取介質中[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，通過正交試驗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），提取時間30 s，提取3次。此條件下，番茄中番茄紅素提取率可達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，認為乙酸乙酯為最適提取劑，得到的優化工藝條件為：微波功率500 W，料液比1∶8.2（g/mL），微波處理時間160 s，提取3次，番茄紅素提取率為0.593 mg/g干物質。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，最優工藝條件為：微波功率300 W，料液比1∶2（g/mL），微波處理時間20 s，番茄紅素提取率為10.43%。

微波輔助萃取法僅數分鐘就可達到其它提取方法的提取效果，具有提取時間短、效率高、能耗低、溶劑用量少、污染少等優點[28]。目前有關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化方向發展的趨勢。

1.5 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法就是利用超過臨界狀態兼具氣體擴散傳質和液體溶解性能的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[29]，該技術實現了萃取和分離過程一體化，是一種新型的提取分離技術。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，并與傳統溶劑法進行了比較。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℃，萃取時間150 min。該條件下，番茄紅素提取率為12.9 μg/g，比傳統溶劑提取法提取率提高了33.4%。宋鈺興等[31]研究了秋橄欖果實中番茄紅素的超臨界CO2萃取，在單因素分析的基礎上，采用響應面法優化萃取工藝條件。發現丙酮是最佳夾帶劑，優化的工藝條件為：萃取壓力37 MPa，萃取溫度52℃，萃取時間3.8 h。陳德經等[32]則對西瓜中番茄紅素的超臨界CO2萃取進行了研究，結果表明，在萃取壓力30 MPa，萃取溫度55℃，CO2流量為25 L/h，萃取時間2 h的條件下，無夾帶劑直接萃取，番茄紅素的萃取率可達西瓜原料的3.69%。

超臨界CO2萃取是一種環境友好的綠色提取分離技術，具有方法簡單、使用溶劑少、提取效率高、節約能源等優點[33]。盡管目前關于超臨界CO2萃取番茄紅素的研究較少，但該方法在我國發展迅速，已應用于黃酮、油脂等多種活性成分的工業化生產中，市場上已有不少規格的工業生產設備。因此，采用超臨界CO2萃取番茄紅素的產業化，僅需著力研究設計生產工藝條件。

2 番茄紅素的功能活性

2.1 防癌抗癌

癌癥是威脅人類生命的重大疾病之一。有關研究表明，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，激活免疫細胞，達到預防癌癥的作用。對已形成的癌細胞，一方面番茄紅素的脂溶性可以靶向包裹癌細胞，阻斷營養源，從而餓死癌細胞并抑制其擴散；另一方面，番茄紅素的抗突變性，可以刺激淋巴細胞大量釋放癌細胞抑制因子，誘導細胞間隙調控生長信號，使癌變組織由于失去營養而逐漸萎縮直至消失[34]。

2.2 延緩衰老

衰老是由于機體在代謝過程中產生的過量自由基，氧化細胞膜、脂肪、DNA、蛋白質等造成的。自由基清除劑能有效清除自由基，延緩或阻止衰老。番茄紅素有極強的抗氧化能力，一個番茄紅素分子可猝滅上萬個自由基，抗氧化能力是β-胡蘿卜素的2倍多，維生素E的100倍，是自然界最強的延緩衰老的抗氧化劑[35]。許多相關研究均證明，番茄紅素能通過清除自由基、降低血清中丙二醛含量，增強超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶活性，起到阻止或延緩機體衰老的作用。

2.3 保護心腦血管

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、大腦及全身組織發生的疾病，是影響50歲以上中老年人健康的常見病。研究表明，番茄紅素能夠調節脂質代謝，降低血脂，對高血脂有一定的治療作用。番茄紅素可深入清除血管垃圾，調節血漿膽固醇濃度，保護低密度脂蛋白不受氧化，還可以修復完善被氧化的細胞，促進細胞間膠質形成，增強血管柔韌度[36]。多食用富含番茄紅素的食物如番茄、西瓜等，可以保護心腦血管，防止心腦血管疾病的發生。

2.4 增強免疫力

人體的免疫功能主要靠免疫系統實現，而人體免疫系統中主要的免疫細胞是淋巴細胞。研究表明，番茄紅素能促進T和B淋巴細胞增殖，提高其生理活性，并能保護人體內吞噬細胞不受自身的氧化所損傷，增加機體免疫力，減少疾病發生[37]。試驗研究也證明，服用中等劑量的番茄紅素，可減輕急性運動對機體免疫功能的損害。此外，番茄紅素還可促進人體白介素2和白介素4分泌，提高老年人免疫力。

2.5 抑制骨質疏松

骨質疏松是一種以骨骼疼痛和易于骨折為特征的疾病。大多數的骨質疏松是由于骨質吸收增多所致，這種疾病給中老年人帶來了極大的痛苦。研究表明，番茄紅素可以通過產生一種抑制破骨細胞產生的物質來抑制骨質吸收，其對破骨細胞骨質吸收功能的抑制作用與濃度呈正相關，即番茄紅素濃度越高，抑制作用越強。番茄紅素還能促進成骨細胞的增殖和生長，增加成骨細胞的礦化能力[38]。可見膳食番茄紅素可減緩或抑制骨質疏松的發生。

2.6 保護皮膚

眾所周知，紫外線會催生皮膚中單線態氧和自由基，因此，紫外線過量照射會氧化損傷皮膚，導致紅斑產生、皺紋、色斑形成加速，甚至引發皮膚癌。番茄紅素能有效猝滅皮膚中單線態氧并與自由基結合，保護皮膚組織免受破壞，一項研究表明，若連續每天攝入16 mg番茄紅素，幾周后就可產生效應，顯著降低或消除由紫外線照射誘導的皮膚紅斑、線粒體DNA損傷[39]。番茄紅素還可猝滅表皮細胞中的自由基，對老年色斑也有明顯的褪色作用。

3 結論

在人們回歸自然，崇尚綠色，對膳食養生日益關注，對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。這既為番茄紅素開發利用提供了廣闊的市場，也為研究人員深入進行番茄紅素提取工藝和活性研究提供了不竭動力。有理由相信隨著研究開發力度的加大，番茄紅素更多功能活性和作用機制將會被不斷揭示，我國番茄紅素產業化、規模化生產定會有較大突破，番茄紅素必將會成為21世紀人們日常生活中廣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

國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201610124001）；山西省高等學校大學生創新創業訓練計劃項目（2016381）；忻州師范學院化學化工創新基地項目（2016）

趙二勞（1952—），男（漢），教授，本科，研究方向：天然產物。