圣女果中番茄紅素的提取工藝研究*

干建松 余九霞

1（江蘇財經職業技術學院糧食與食品藥品學院，江蘇淮安 223003）

2（中國礦業大學化工學院，江蘇徐州 221116）

3（淮安市糧油質量監測所，江蘇淮安 223001）

圣女果（Cherry Tomato）又叫小西紅柿，素有珍珠番茄之稱。因其色澤鮮紅，果實小巧，口感清甜，營養豐富而受到消費者的青睞。圣女果是茄科番茄屬，與普通番茄相比，圣女果營養價值更高，其中含較多的番茄紅素（Lycopene）和胡蘿卜素（Renieratene），以及谷胱甘肽、可溶性糖類、蛋白質、果酸和維生素PP，具有增強人體免疫力、促進人體骨骼生長發育、延緩衰老、美容、防曬等作用。

番茄紅素是一種天然的脂溶性色素，廣泛分布在圣女果、柿子、云莓、紅色葡萄柚、番木瓜等水果的成熟果實中，是目前所發現的抗氧化能力最強的天然活性物質之一，已被逐漸應用于醫藥品、保健品之中。番茄紅素分子式中含有13個雙鍵，由于含有不飽和結構，使其具有較強的抗氧化能力，并且具有調節血脂、保護心血管、調控細胞生長代謝、降低膽固醇、保護皮膚、降低核酸損傷等生理功能。因此，番茄紅素在醫療和保健品領域有著廣闊的前景，番茄紅素的提取技術研究及產品開發已經成為國際上討論的熱點并受到來自世界各國專家的重視。

1 材料與方法

1.1 材料

丙酮、乙酸乙酯、石油醚、無水乙醇、乙醚等均為分析純；番茄紅素標準品，購自上海伊卡生物技術有限公司。

1.2 方法

1.2.1 番茄紅素提取方法

稱取5 g干燥圣女果粉，立即置于50 mL三頸燒瓶中，加入適量有機溶劑，磁力攪拌，控制轉速不變，改變液料比、提取溫度、提取時間這3 個條件進行提取。首先采用丙酮、乙酸乙酯、石油醚、無水乙醚、乙醚這5 種常用試劑作為浸取劑對圣女果粉中的番茄紅素進行提取，選擇最優溶劑。然后進行單因素試驗，探究浸提溫度、提取時間、液料比、提取級數對提取效果的影響，提取完成后過濾可得番茄紅素粗提液，測定番茄紅素的吸光度值。

1.2.2.番茄紅素提取工藝的單因素研究

1.2.2.1 溶劑對番茄紅素提取的影響

精確稱取5 g 干燥的圣女果粉，共5 份，置于50 mL 三頸燒瓶中，各加入30 mL 無水乙醇、乙醚、丙酮、石油醚、乙酸乙酯將其溶解，在40 ℃溫度下避光浸提120 min，過濾，取500μL 濾液加入25 mL容量瓶中，用各自的浸提劑定容，用可見分光光度計在472 nm處測量其吸光度值。

1.2.2.2 液料比對番茄紅素提取的影響

精確稱取5 g 干燥的圣女果粉，共5 份，置于50 mL 三頸燒瓶中，加入丙酮，將丙酮與圣女果粉的質量比設定為3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1，在40 ℃溫度下避光提取120 min 后，過濾，取500μL濾液加入25 mL 容量瓶中，用丙酮定容，在472 nm處測吸光度值。

1.2.2.3 提取時間對番茄紅素提取的影響

精確稱取5 g 干燥的圣女果粉，共5 份，置于50 mL三頸燒瓶中，各加入30 mL丙酮將其溶解，分別在40 ℃溫度下避光提取60 min、90 min、120 min、150 min、180 min 后，過濾，取500μL濾液加入25 mL 容量瓶中，用丙酮定容，在472 nm 處測吸光度值。

1.2.2.4 溫度對番茄紅素提取的影響

精確稱取5 g 干燥的圣女果粉，共5 份，置于50 mL 三頸燒瓶中，各加入30 mL 丙酮將其溶解，分別在30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃下避光提取120 min后，過濾，取500μL濾液加入25 mL容量瓶中，用丙酮定容，在472 nm處測吸光度值。

1.2.2.5 提取次數對番茄紅素提取的影響

精確稱取5 g 圣女果粉溶于30 mL 丙酮中，在45 ℃溫度條件下提取120 min，過濾，取500μL 濾液加入25 mL 容量瓶中，用浸提劑定容，用可見分光光度計在472 nm 處測定其吸光度值。重復3 次，測濾液吸光度值。

1.2.3 番茄紅素提取工藝的優化

在單因素試驗結果的基礎上，選用液料比、浸提溫度、提取時間3 個影響因素，每個影響因素選用3 個較優的水平進行正交試驗，確定從圣女果中提取番茄紅素的最佳工藝條件。

2 結果與分析

2.1 番茄紅素提取工藝單因素研究

2.1.1 溶劑對番茄紅素提取的影響

提取溶劑對番茄紅素提取效果的影響結果見圖1。

圖1 提取溶劑與吸光度值的關系

由圖1 可知，番茄紅素在不同有機溶劑中的提取效果有所差異。以上5 種溶劑中，提取效果最好的是丙酮，其次是乙酸乙酯，石油醚和乙醚的提取效果也比較好，而無水乙醇的提取效果最差。這是由于番茄紅素的溶解度性質，易溶于極性小的親脂性溶劑中，難溶于極性較大的溶劑中。因為丙酮的提取效果最佳，并且毒性小，價格便宜，故后續試驗選取丙酮作為圣女果番茄紅素的提取劑。

2.1.2 液料比對番茄紅素提取的影響

液料比對番茄紅素的提取效果見圖2。

圖2 液料比與吸光度值的關系

由圖2 可知，隨著液料比增加，番茄紅素溶液的吸光度值逐漸升高。當液料比由5∶1 增大到7∶1 時，吸光度值增加幅度不大，曲線趨于平穩，提取效果無明顯改變。這主要由于液料比增大即有機溶劑增加可使圣女果粉在提取劑中更均勻的分布，擴散速度加快；但當分布空間足夠大的時候，繼續增加溶劑量對提取率效果影響不大。因此，選擇最佳料液比為7∶1。

2.1.3 提取時間對番茄紅素提取的影響

提取時間對番茄紅素提取效果的影響見圖3。

圖3 提取時間與吸光度的關系

由圖3 可知，提取時間在60 min～120 min 時，隨著提取時間的增加，提取溶液的吸光度值不斷上升，提取率升高；但提取時間超過120 min后，吸光度值相比之前有所降低，提取率也隨之減小。這是由于隨著提取時間的延長，溶解在溶劑中的番茄紅素增加，提取率提高；當提取時間接近120 min 時，番茄紅素在固液之間趨于平衡狀態，此時吸光度值最高，提取效果最好；但當提取時間超過120 min后，吸光度下降，提取效果不佳，其原因可能是番茄紅素長時間處于溫度較高的環境下，色素被氧化分解所致。考慮到番茄紅素的穩定性，節約能源并提高提取效率，故選擇最佳提取時間為120 min。

2.1.4 提取溫度對番茄紅素提取的影響

提取溫度對番茄紅素提取效果的影響結果見圖4。

圖4 提取溫度與吸光度值的關系

由圖4 可知，不同溫度下番茄紅素的提取效果具有明顯差異。當提取溫度低于45 ℃時，隨著溶液溫度的提升，待測溶液的吸光度值逐漸加大，提取效果顯著提高。這是因為溫度的提升會使番茄紅素分子擴散速率增加，所以在相同提取時間內，溫度在一定范圍內升高，溶解在提取劑中的番茄紅素就會越多，提取率增加。但是當提取溫度高于45℃時，由于番茄紅素的雙鍵性質，其穩定性差易發生氧化，在高溫條件下番茄紅素易被氧化和降解，所以吸光度逐漸下降，從而導致提取效率也隨之降低。

對于番茄紅素這類熱穩定性較差的物質，溫度對其提取率有一定程度的影響。同時還要考慮到提取溶劑的沸點及揮發性等因素，避免在溫度較高的情況下出現部分溶劑損失的現象。因此，選擇適當的浸提溫度在番茄紅素的提取工藝研究中至關重要。

由試驗結果可知，當浸提溫度為45 ℃時，吸光度達到頂峰，提取效率最高。又因為丙酮的沸點在58 ℃左右，在此條件下提取番茄紅素不僅不會使其結構破壞，而且不會使丙酮揮發，造成溶劑的浪費。因此，選擇最佳提取溫度為45 ℃。

2.1.5 提取次數對番茄紅素提取的影響

提取次數越多，圣女果粉中番茄紅素的提取量也逐漸增多。提取次數對番茄紅素提取效果的影響見圖5。

圖5 提取次數與吸光度值的關系

由圖5可知，第1次番茄紅素的提取量大約占3次提取總量的87.7%，第2 次提取量大約占提取總量的9.09%，而第3 次提取量僅僅占提取總量的3.21%。雖然番茄紅素的提取總量變多了，但與此同時提取劑的使用量也隨之增加。由數據可知，第1 次的提取量遠遠大于后2 次的提取量，說明本試驗中提取1 次即可，這樣既保證了提取率，又可以減少溶劑的使用，節約成本。

2.2 番茄紅素提取工藝正交試驗

番茄紅素提取正交試驗因素與水平設計見表1，試驗結果見表2。

表1 正交試驗因素水平表

由表2 可知，液料比、提取時間、浸提溫度3個因素都會影響圣女果中番茄紅素的提取效果。根據極差R可以得出，各因素影響番茄紅素提取率的大小次序為C>A>B，即浸提溫度對番茄紅素提取率影響最為顯著，提取時間是次要因素，液料比為非主要因素。圣女果中番茄紅素的最佳提取工藝條件為：A2B3C2，即提取時間120 min，提取溫度45 ℃，液料比7∶1。但由于液料比對番茄紅素提取效果影響不大，為了節約有機溶劑的使用，降低試驗成本，選擇A2B2B2，即提取時間120 min，液料比6∶1，提取溫度45 ℃。在該條件下測得番茄紅素粗提液的吸光度為0.928，提取效果比其他正交試驗所得的結果都好，在此條件下圣女果中番茄紅素粗提物的含量為57.2 mg/kg。

表2 正交試驗結果

3 結論

本研究采用單因素試驗確定提取圣女果中番茄紅素的最佳有機溶劑為丙酮，最適宜液料比7∶1，最適宜提取時間120 min，最適宜提取溫度45 ℃。通過正交試驗，確定了浸提溫度是影響番茄紅素提取的最主要因素，且圣女果中番茄紅素的最優提取工藝為：提取時間120 min，液料比6∶1，提取溫度45 ℃，此時提取效果最好，圣女果中番茄紅素粗提物含量為57.2 mg/kg。