番茄中番茄紅素提取工藝的比較研究

李睿

(西安郵電大學(xué),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(shí)中[1]，是類胡蘿卜素的一種[2-3]，具有很強(qiáng)的氧化性[4]。研究表明，番茄紅素具有提高免疫力、保護(hù)心血管[5]、抗衰老、抗癌抑癌[6]、保護(hù)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(fēng)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(jì)； 365 nm紫外分析儀；LD5-2A型低速離心機(jī)；EM720KG1-PW微波爐；FDL-DTD5200型超聲波清洗儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)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(jì)對番茄紅素進(jìn)行單次提取，考察其提取率。

1.3 分析方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(shí)6只容量瓶中的蘇丹Ⅰ色素工作液相當(dāng)于濃度為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mg/L的番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)液，以蒸餾水為空白，在473 nm處測定吸光值[12]，繪制標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jì)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)，影響提取效果的因素順序?yàn)椋篈>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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)因素水平Table 3 Factors and levels of orthogonal test

表4 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)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(shí)，影響提取效果的因素順序?yàn)椋篈>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(shí)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(shí)間、固液比和溫度為考察因素，采用正交實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)因素水平Table 5 Factors and levels of orthogonal test

表6 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)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(shí)，影響提取效果的因素順序?yàn)椋篈>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(shí)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(jìn)行單次提取，每組實(shí)驗(yàn)做3個(gè)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?yàn)榉鸭t素存在于植物細(xì)胞內(nèi)的有色體中，有機(jī)溶劑不能很好地浸透細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，故不能將所有番茄紅素從植物的細(xì)胞壁中溶解出來[13]。微波輔助提取法破壞了細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使番茄紅素能迅速地溶解到提取液當(dāng)中，提取率得到明顯提高，并大大縮短了提取時(shí)間[14]。超聲波輔助提取法利用超聲波輻射壓強(qiáng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的空化效應(yīng)，增大分子運(yùn)動的頻率和速度，增加了有機(jī)溶劑對植物細(xì)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(dá)到一定溫度時(shí)，溫度升高反而提取率降低，是因?yàn)榉鸭t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(shí)間 在提取過程中，提取時(shí)間過短會造成反應(yīng)不充分，提取率過低，提取時(shí)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(shí)，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(shí)，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(xì)胞壁和細(xì)胞膜的作用，番茄紅素?zé)o法完全溶解到提取液中。微波功率過高，會使得植物細(xì)胞內(nèi)釋放的一些有機(jī)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(qiáng)，分子擴(kuò)散速率越大，提取率升高。當(dāng)超聲波功率過高時(shí)，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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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。