番茄活性物質提取工藝及其開發利用研究進展

于文靜，金文剛，姜鵬飛*，秦磊，陳瑤，祁立波

(1.大連工業大學 食品學院，國家海洋食品工程技術研究中心，遼寧 大連 116034；2.陜西理工大學 生物科學與工程學院， 陜西省資源生物重點實驗室， 陜西 漢中 723001)

番茄是茄科番茄屬的一年生草本植物[1]，人們又稱其為西紅柿，在全球范圍內種植面積廣泛，具有廣闊的市場。它是許多傳統營養素的低熱量來源，富含蛋白質、脂肪、碳水化合物等能量物質，番茄中還含有多種活性物質，包括番茄紅素、類黃酮和酚類物質等，它們具有抗氧化、降血脂和抗癌的作用，對人類健康產生了積極影響[2]。目前關于番茄制品在食品及調味行業的應用已有一定的研究，以期為提高番茄品質提供一定的理論支持。

1 番茄活性物質提取工藝研究

近年來，在番茄的營養成分研究中，番茄的抗氧化特性逐漸受到關注。番茄中的主要活性物質包括番茄紅素、總酚類物質、黃酮類物質，見圖1。目前國內外學者已運用不同的方法來提取番茄中的活性物質，加強番茄的提取工藝，為番茄資源的研究開發提供了一定的理論依據。

圖1 番茄活性物質的分類

1.1 番茄紅素

番茄紅素是番茄中最具生物活性的成分之一，是一種具有11個共軛雙鍵和2個非共軛雙鍵的異戊二烯化合物，屬于類胡蘿卜素族[3]，具有很強的抗氧化活性，是一種具有營養與著色功能的食品添加劑[4-5]，在食品工業中有很大的應用潛力。大量流行病學研究證實人類血清中的番茄紅素含量越高,則疾病發生的風險越低[6]，目前每年因番茄加工產生的廢料(果皮和種子)是番茄工業面臨的主要問題，然而，這些廢渣中含有豐富的番茄紅素，對于廢渣中番茄紅素的提取工藝的研究引起了人們的關注，因此有很多研究者采用不同的方法來提取番茄中的番茄紅素，將番茄渣變廢為寶。

傳統的溶劑萃取法會有溶劑殘留，純化和去殘留問題值得進一步的研究。超臨界流體萃取技術作為現代食品行業新興的一項分離技術，其優勢在于超臨界流體溶劑性質很獨特，可以通過溶劑的相變來實現被萃取物的溶解和分離。番茄紅素在超臨界二氧化碳中具有良好的溶解度，使用超臨界流體萃取番茄紅素可以減少異構化和分解的現象[7]。王海峰等[8]利用超臨界CO2萃取技術，通過單因素及優化實驗分別確定萃取溫度、萃取時間、萃取壓力、CO2流量對番茄紅素萃取率的影響，最終研究得出：在最優工藝參數下可得到純度達90%以上的番茄紅素，為提取番茄紅素提供了數據支持。而有的研究者采用超臨界二氧化碳和傳統的己烷萃取法對從番茄果皮和種子中獲得的順式-番茄紅素含量高的油樹脂進行了比較[9]。實驗結果表明：超臨界二氧化碳提取的含油樹脂中含有67%的順式-番茄紅素，而在己烷提取的含油樹脂中只有34%的番茄紅素。當油樹脂被離心時，上層油被分離部分(上清液中)含有高達82%的順式-番茄紅素，但是順式-番茄紅素油樹脂的制備是溶解度、溫度、共溶劑效應和異構化等因素綜合作用的結果，仍需要詳細研究各因素的影響，以了解超臨界二氧化碳萃取法并獲得順式-番茄紅素油樹脂的機理。

在番茄紅素提取前，副產物通常需要預處理，如熱燙、粉碎、干燥等工藝，可能會導致有價值的化合物產生重大損失。脈沖電場法(一種非熱食品加工技術)可以有效地保護番茄紅素提取物的生理活性，降低能源成本，縮短時間[10]。因此有研究者應用脈沖電場(PEF)和蒸汽熱燙(SB)聯合處理番茄[11]，實驗結果顯著提高了番茄提取物的類胡蘿卜素含量和抗氧化能力，番茄紅素是提取的主要類胡蘿卜素，在番茄加工過程中，在蒸汽熱燙之前引入了脈沖電場，有助于番茄加工副產物的穩定，并且脈沖電場(PEF)和蒸汽熱燙(SB)都沒有引起番茄紅素的任何選擇性釋放或降解。還研究了不同電場強度(E=1～5 kV/cm)和能量輸入(WT=5～10 kJ/kg)下脈沖電場預處理對番茄皮渣丙酮和乳酸乙酯中番茄紅素回收率的影響。結果表明：與乳酸乙酯提取物相比，丙酮提取物的番茄紅素得率和抗氧化能力更高，全反式番茄紅素是果皮提取物中最主要的類胡蘿卜素，對其抗氧化能力有重要作用，對番茄紅素無異構化或降解作用[12]。Varvara等[13]將脈沖電場應用于榨汁步驟的殘渣中，使番茄紅素的提取量從9.84 mg/100 g增加到14.31 mg/100 g。

由于番茄紅素不能由人類自身合成，主要是通過膳食攝入獲得，因此如何提高其生物可利用性至關重要。在植物細胞中，番茄紅素以固態結晶沉積形式存在[14]，在被人體吸收之前，番茄紅素必須從這些植物組織結構中釋放到胃腸液中。Lu等[15]的研究證明了酒精或乳酸發酵可以增加番茄紅素的吸收，他們研究了發酵(釀酒酵母ATCC 9763)對番茄汁中番茄紅素生物可利用性的影響，并在發酵后測定番茄組織的理化性質和結構特性，用模擬胃腸道的方法監測番茄紅素的生物可利用性。結果表明，番茄汁發酵提高了番茄汁的物理性質和番茄紅素的體外生物可利用性。在最佳發酵條件下，番茄紅素的濃度為45.1 mg/100 g。釀酒酵母ATCC 9763在發酵過程中釋放的消化酶母分解番茄細胞，從而釋放細胞內番茄紅素，提高其生物可利用性。因此，發酵可能對番茄制品的番茄紅素提取率產生積極的影響，從而影響其生物利用度。Page等[16]研究了熱破碎(HB)或冷破碎(CB)處理是否影響番茄紅素的生物可利用性。HB和CB被用于番茄工業，通過內源細胞壁分解酶的活性來調節果泥的質地。通過微波加熱模擬HB和CB過程，導致產品的溫差升高。結果表明，番茄紅素的可及性與熱處理的動力學有關：快速升溫比緩慢升溫有更高的生物可及性。Zhang等[17]研究了高壓均質(HPH)和超聲波處理對番茄汁穩定性和生物可利用性的影響。研究結果表明，HPH和超聲波處理對番茄汁有不同的影響。HPH降低了番茄紅素的含量，提高了番茄紅素的相對生物利用度，對ζ-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的影響不大。超聲處理提高了番茄紅素和ζ-胡蘿卜素的含量，提高了它們的生物可利用性。HPH引起的番茄紅素降解或超聲波引起的番茄紅素增加并不影響番茄紅素的抗氧化活性。這些研究提供了關于提高番茄生物利用性的有價值的新信息，改善了番茄紅素的體外生物利用度。然而，還需要進一步利用動物或人類喂養研究來確定番茄紅素的體內生物利用度。

1.2 總黃酮及多酚

近年來，番茄中黃酮和多酚類物質的抗氧化性能愈發受到人們的關注。黃酮類化合物具有清除自由基、抗氧化及調節免疫等功能。我國番茄資源豐富，研究番茄總黃酮的提取技術可提高番茄資源的利用率，還可帶動其產業鏈發展。在提取番茄中的黃酮類物質時經常會運用到不同的方法，張恩平等[18]采用傳統加熱法和超聲輔助法提取番茄中總黃酮，并且比較2種提取工藝的效果，采取正交優化實驗得出總黃酮最佳提取工藝是超聲輔助法，即50%乙醇，提取時間為20 min，提取溫度為60 ℃，料液比為1∶40 (mg/mL)，此條件下番茄總黃酮的含量為576.95 mg/100 g，該方法與傳統加熱方法相比大大提高了提取時間，簡化了提取過程，更加方便應用于實際中。邸娜等[19]采用乙醇浸提法和微波輔助提取法方法提取加工型番茄植株中的總黃酮，實驗結果顯示：微波輔助提取法較乙醇浸提法的總黃酮提取率較高，平均可達乙醇浸提法的4.01倍。研究中還發現隨著生育時期的變化，加工型番茄植株的總黃酮含量呈現先降低后升高的趨勢，在成熟期含量達到最大，故以成熟期植株為提取原料，果實的生長和產量不受影響，而且黃酮提取率在成熟期達到最高，有利于加工型番茄的生產效益，為加工型番茄的綜合開發利用提供了參考依據。

植物多酚是一種含有酚羥基結構的化合物，超聲波法廣泛應用在多酚的提取方面，有研究人員[20]采用超聲波輔助法提取番茄油樹脂中多酚類化合物，實驗結果得出多酚含量高達4.396 mg/g，為多酚的提取工藝提供了數據參考。張恩平等[21]以70%乙醇為提取液進行超聲輔助提取番茄總酚，提取率達到676.95 mg/g。國外學者也證明70%乙醇相對于90%的乙醇對番茄總酚的提取率更高[22]，可能是由于在純乙醇中加入水有利于酚類在番茄角質層中的擴散，從而提高苯酚的提取效率。

2 番茄制品在食品中的應用

2.1 果脯

制作番茄果脯用的是櫻桃番茄，又稱圣女果、袖珍番茄，是一種營養豐富的果蔬，其消費量很高，是倍受人們喜愛的蔬菜。但新鮮的圣女果保存時間較短，所以人們會將其制成果脯來延長其保存期。國內有許多學者對番茄果脯進行了工藝優化，祁芳斌等[23]使用正交實驗法對果脯的真空浸糖工藝進行了優化，確定最佳工藝條件為1%檸檬酸溶液護色、2% δ-葡萄糖酸內酯浸泡硬化、6 g/kg海藻酸鈉作保形處理、真空度0.08 MPa、糖液溫度55 ℃、浸糖時間80 min、溫度65 ℃下干制12 h，此條件下制作的果脯品質、外觀和口感都更好。在櫻桃番茄果脯的研制工藝中，護色工藝是重要的一步，如果護色處理不當，就會導致味道不佳，對產品的口感產生影響，也會破壞其營養成分，傳統的果脯加工中，一般通過硫處理對鮮果進行護色，但會出現硫超標的問題，姚舒婷等[24]針對果脯二氧化硫殘留超標的問題，研究出一種無硫復合護色工藝替代傳統硫處理，從8種護色劑中篩選出4種效果較好的方法，再通過響應面進一步優化護色劑組成。結果顯示：最佳的無硫復合護色劑是0.2%的六偏磷酸鈉、0.3%的L-半胱氨酸、0.1%的β-環糊精、1%的檸檬酸，在這4種護色劑的協同作用下，果脯的穩定性最佳。果脯中含有許多對人體健康有益的維生素，具有抗氧化、降低膽固醇和抗癌等作用。隨著生活品質的日益提高，消費者對產品的色、香、味及營養需求不斷提高，使得果脯具有廣闊的發展前景。

2.2 罐頭

番茄罐頭保留了番茄的口感及營養需求，它既可以直接食用，也可以作為烹飪配料或佐料，但在研究番茄罐頭工藝過程中，有些加工步驟會造成一些不穩定物質的喪失，導致成形穩定性下降，最終影響罐頭的食用口感及商品價值。楊曉莉等[25]對番茄丁罐頭成形穩定性進行了研究，選取氯化鈣作為最適固化劑，利用響應面實驗分析果膠酯酶、外源鈣鹽以及固化時間對罐頭成形穩定性的影響，提升了番茄丁罐頭的品質，保持良好的感官品質，提高了成形穩定性，最終使硬度達到(579.32±3.00) g。褚雄燕等[26]為提高番茄罐頭產品的品質，分析了番茄丁罐頭在貯藏過程中理化指標的變化。結果表明，番茄丁罐頭在貯藏過程中硬度、可溶性固形物、總糖及總酸含量在貯藏前期(前30 d)下降速率較快，在貯藏后期含量變化不大，貯藏至120 d時，硬度下降14.69%，可溶固形物下降2.9%，總糖含量無明顯變化。

2.3 飲料

果蔬飲料的生產研究由澄清飲料轉向渾濁果汁飲料方面，單一果汁飲料向復合果蔬汁飲料方面發展，為了迎合消費者的口感需求，增加產品的創新性，提高產品的營養價值，許多研究者又對番茄飲料進行了研發，以番茄汁為發酵基質，制備發酵飲料，主要包括乳酸發酵番茄飲料、醋酸發酵番茄飲料、酒精發酵番茄飲料等。

近年來，乳酸飲料在市場上越來越受歡迎，是由于它發酵后風味獨特，還具有調節腸道菌群、潤腸通便的作用。市場上比較常見的是牛奶乳酸飲料，但果蔬乳酸飲料發酵技術的發展也備受人們的關注。劉花蘭等[27]研究了番茄乳酸飲料的配方，以生鮮牛乳和番茄汁為原料，以保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌按照1∶1的比例進行乳酸發酵，實驗結果得出番茄乳酸飲料的最佳配方為：酸奶添加量25%，番茄汁量14%，白砂糖量6%，檸檬酸量0.04%，在此條件下番茄乳酸飲料的口感最好，還研究了當明膠量為0.3%、果膠量為0.07%時，番茄飲料的穩定時間最長。趙美佳[28]研究了番茄乳酸飲料的發酵工藝，并且比較了乳酸發酵前后番茄汁中活性物質的質量分數以及抗氧化能力的變化。實驗結果確定了最佳發酵工藝配方為乳酸接種量4%，發酵溫度40 ℃，發酵時間35 h。發酵后的抗壞血酸、總多酚、總黃酮質量分數下降；總類胡蘿卜素質量分數上升；FRAP抗氧能力、DPPH·清除能力、·OH清除率均下降，O2-·清除率上升。這些研究對番茄乳酸飲品從業人員和相關企業具有一定的指導意義。

將番茄發酵制備成番茄醋，可以同時具有水果和食醋的營養功效，能增加食欲。果醋以水果為原料，經發酵而成，是水果開發利用的一種新途徑。果醋富含多種營養物質，可以有效調節機體代謝，提高人體免疫力。張愛梅等[29]、徐丹等[30]研究了經過酒精發酵和醋酸發酵生產番茄果醋，通過正交實驗優化番茄果醋的發酵工藝條件。另有關于復合果醋的研究，杜國軍等[31]以桑葚、番茄、紅棗為原料，選用活性干酵母、醋酸菌來釀造復合果醋，分析了原汁配比、酒精發酵、醋酸發酵及果醋澄清等工藝參數,最終確定了最佳工藝配方。趙美佳[32]通過正交法確定了番茄醋酸飲料發酵的最佳工藝，并測定出發酵前后的活性物質多酚、黃酮、抗壞血酸的質量分數下降，總類胡蘿卜素的質量分數上升，鐵還原能力、DPPH·清除率、羥自由基清除率下降，超氧陰離子自由基清除率上升。根據這些活性物質變化的趨勢，使人們了解功能性飲料加工過程中營養的損失和保留，為今后功能性番茄醋的開發與研制打下良好了基礎。

隨著健康意識的普及，人們提倡用果酒代替糧酒，用釀造酒代替蒸餾酒。釀造番茄酒不僅可以解決番茄滯留過多導致腐爛浪費的問題，還可以延伸番茄的產業鏈，增加番茄產品的創新性，促進農民增收。市場上最常見的是復合果酒，比如番茄蜂蜜果酒、圣女番茄-西番蓮復合果酒等，另外也有關于番茄酒釀造工藝的研究，梁曉華等[33]采用熱浸漬法和傳統工藝對番茄進行釀酒發酵，分析發酵酒的理化指標以及進行感官評價。結果表明：采用熱浸漬法比傳統工藝釀造的番茄酒質量更好，最佳工藝為主發酵溫度24 ℃、酵母接種量0.2 g/L、番茄汁的糖度20%、SO220 mg/L、果膠酶量50 mg/L、熱浸漬溫度60 ℃、時間30 min，可以為番茄酒釀造工藝提供參考。利用番茄研制果酒既能豐富果酒的種類，又能使人們充分提取番茄營養。

3 番茄制品在調味食品中的應用

3.1 番茄醬

番茄醬是生活中常用的調味品之一，具有極高的營養價值，隨著社會的發展，人類開始追求更多樣性的食品口味，單一口味的番茄醬已經不能夠滿足消費者的需求，因此很多研究者對番茄醬進行工藝優化，比如枇杷番茄醬[34]、銀耳番茄醬等。另外，在番茄醬加工和貯藏過程中會出現褐變、營養成分損失的情況，導致貨架期大大縮短，因此有很多研究者針對番茄醬儲藏過程中的各種問題進行了大量的研究，劉憶冬等[35]為預測玻璃罐裝番茄醬的褐變程度，研究了番茄醬在不同貯藏溫度(10，25，35 ℃)時的色澤變化，發現在相同貯藏條件下適當降低貯藏溫度，可降低番茄醬的褐變程度，延緩番茄醬色澤變暗，高溫會加劇番茄醬色澤的劣變。所以在儲藏時要盡量避免高溫，以免影響產品的保質期。另有研究者[36]針對番茄醬產品營養成分(Vc含量)損失變化來研究其儲藏條件，表明在加工過程中，采用蒸汽熱燙的方式進行軟化，真空濃縮，高壓瞬時滅菌，快速冷卻，添加劑量為 0.02% 的EDTA與0.02%的茶多酚、0.5%的檸檬酸、1.6%的蔗糖，包裝容器選擇鋁箔液體包裝，儲藏溫度在15～18 ℃最佳，此條件下Vc的含量保持最佳。對于產品貨架期縮短的問題，防止產品褐變很重要。張菡等[37]為了控制產品褐變，通過替換番茄調味醬中的輔料成分，同時將調味醬新配料與原配料在30 ℃下分別貯藏2，4，6，8個月，有效降低了貯藏期產品5-HMF的增加量，減少了美拉德反應，緩解了產品色差的降解速度，對褐變有一定的抑制作用。生物保鮮劑的使用對產品儲藏同樣發揮著重要的作用。李惠等[38]為了延長番茄醬的貨架期，研究生物保鮮劑納他霉素、乳酸鏈球菌素及納他霉素和乳酸鏈球菌素復合處理對番茄醬營養品質變化規律的影響。相對于單一保鮮劑，兩種保鮮劑復合處理在納他霉素為0.05%與乳酸鏈球菌素為0.05%時效果最佳，能夠抑制番茄醬的褐變程度，降低了營養物質流失，延長了產品貨架期。因此，如何保持色澤、控制營養成分流失、防止褐變及延長貨架期是在產品儲藏中需要著重考慮的。

3.2 其他

隨著社會的發展，人們愈發注重食品的風味和營養，多種調味產品及功能食品相繼問世[39]。申慧珊等[40]研究了番茄牛腩味的方便粉絲調料，克服了以往方便粉絲入味難的問題，并為消費者提供了更多風味的選擇。趙柏峰等[41]研發出一種具有緩解視力疲勞的調味料，以番茄和胡蘿卜為基礎原料，加入了枸杞子、菊花、決明子等物質，通過單因素和正交實驗得出產品的最優配方。王團團等[42]以番茄和五花肉為主要原料，研究了番茄肉醬的配方，通過正交優化實驗得到番茄肉醬的最佳配方。

4 總結

通過對番茄中活性物質提取工藝進行概述，介紹了番茄紅素、總黃酮和多酚類物質的抗氧化性能，闡述了番茄渣的綜合利用價值。通過一些方法提取其中的活性物質，可將其應用于食品的生產制造中，從而改善食品的營養和口感，對人類健康大有裨益，而且可提高番茄深加工利用水平和番茄產品的市場競爭力。番茄的強大抗氧化、抗癌作用已經得到科學家和廣大消費者的認可，番茄制品在食品及調味行業中的應用也越來越受到人們的重視，未來我們要不斷創新，開發出新的番茄制品并提高番茄制品額質量，促進深加工產品的研發，例如番茄粉、番茄紅素等高附加值產品，拉動番茄產業鏈條，提高我國的國際競爭力，促進我國番茄加工產業的綜合發展。