番茄皮渣中番茄紅素及多糖提取工藝研究

中圖分類號：S641.2 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2025）10-0018-08

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2025.10.004

Extraction ofLycopene and Polysaccharides from Tomato Pomace

ZHANG Bohual，F(xiàn)ANQi'， ZHANG Ming1， ZHENG Yingchao1， WU Maoyul， WANG Chongdui'， WANG Li1， LIFeng2，MENGXiaofeng1* （1. Jinan Fruit Research Institute，All China Federation of Supply and Marketing Co-operatives，Jinan 250014， China; 2.Shandong Agricultural University，Tai'an 271O18， China）

Abstract： During processing，tomatoes generate a large amount of by-products， which are rich in lycopene and polysaccharides.This study used tomato peel pomace，a by-product of tomato processing， as the raw material. The extraction process of lycopene and polysaccharides was optimized by using enzyme-assisted aqueous twophase extraction.Single-factor and orthogonal experiments were designed to determine the optimal extraction conditions.The antioxidant activities of lycopene and polysaccharides from tomato peels were also evaluated in vitro.The results showed that under optimal extraction conditions， 25% ethyl acetate concentration， 14% （204號 dipotassium hydrogen phosphate concentration，2 OOo U enzyme activity，and pH 7，the extraction rates of lycopene and polysaccharides reached 76.10mg/100g and 503mg/g ，respectively.Antioxidant experiments demonstrated that the extracted lycopene and polysaccharides exhibited high DPPH，hydroxyl radical，and ABTS ⁺ radical scavenging activities. Cell assys showed that lycopene significantly reduced the LPS-induced NO production in RAW 264.7 cels，demonstrating good anti-inflammatory effects.The findings provided a new approach for the effcient extractionandutilization of functional active components from tomato residue， offering significant implications for promoting the circular use of agricultural by-productsand maximizing resource utilization.

Keywords：Lycopene;enzyme -assisted aqueous two -phase; extraction process;polysaccharide； antioxidant activity

番茄皮渣是番茄加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，主要來源于制作番茄汁、番茄醬、罐頭、番茄濃縮物等食品時去除的果皮、種子及部分果肉殘余。番茄皮和番茄籽是番茄皮渣的主要成分，其中番茄皮占 42%～45% ，番茄籽占55% 左右。番茄皮渣含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和功能性成分，主要包括番茄紅素、多糖、有機酸、維生素等。這些副產(chǎn)物堆積可能造成環(huán)境污染與資源浪費，因此對其進行再加工和綜合利用成為近年來的研究熱點。

番茄紅素具有很強的生物活性，例如抗氧化、保護中樞神經(jīng)系統(tǒng)、抗癌、提高機體免疫力等。番茄皮渣中的番茄紅素可通過有機溶劑浸提、色譜分離法、酶輔助提取、微波輔助提取法等方法獲得。溶劑提取法存在提取效率低、耗時長、有機溶劑消耗量大、提取溶劑潛在安全性等問題。目前從番茄皮渣中大多僅提取番茄紅素，而番茄皮渣中還含有較多的多糖。因此，如何安全、高效地提取這些生物活性物質(zhì)是一個關鍵問題。

研究表明，雙水相提取法具有有機溶劑用量小、能量消耗少、產(chǎn)品收率高等優(yōu)勢，在各種有效成分的萃取與提純領域具有較廣闊的應用前景[10-12]。本研究通過制備天然低共熔溶劑，之后加入番茄皮渣進行萃取，再分相，同時提取分離番茄皮渣中極具經(jīng)濟價值的番茄紅素和多糖，并設計細胞抗炎實驗測定番茄紅素的生理活性，延長了番茄產(chǎn)業(yè)鏈，不僅能夠提高番茄附加值，也可以帶動農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，增加農(nóng)民收入，具有極大的經(jīng)濟效益和社會效益。

1材料與方法

1.1 材料與試劑

番茄皮渣，山東七彩莊園蔬菜食品基地有限公司。

番茄紅素標準品，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；磷酸氫二鉀 ?L（+）? -抗壞血酸，上海國藥集團化學試劑有限公司；過氧化氫 30% 、乙酸乙酯，江蘇太倉滬試試劑有限公司；以上試劑均為分析純。中性蛋白酶、CellCountingKit-8（CCK-8）試劑，北京索萊寶科技有限公司；1，1-二苯基-2-苦基肼（DPPH），梯希愛（上海）化成工業(yè)發(fā)展有限公司；ABTS試劑，山東科源生化有限公司；DMEM培養(yǎng)基、青霉素-鏈霉素雙抗、胎牛血清（FBS），美國Gibco公司；胰蛋白酶消化液，武漢普諾賽生命科技有限公司；脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），美國西格瑪奧德里奇公司；小鼠巨噬細胞RAW264.7，武漢博士德生物工程有限公司。

1.2儀器與設備

StephanUm5破碎機，上海珩澤科技有限公司；ME204E萬分位電子天平，梅特勒托利多儀器（上海）有限公司；N4紫外可見光分光光度計，上海儀電分析儀器有限公司；SB-1100水浴鍋，上海愛朗儀器有限公司；二氧化碳培養(yǎng)箱、生物安全柜，山東博科醫(yī)療器械有限公司。

1.3實驗方法

1.3.1 樣品預處理

取一定質(zhì)量的番茄皮渣均勻鋪在烘干機中 65^°C 干燥 8h ，烘干至質(zhì)量恒定，粉碎，過90目標準篩，制得番茄皮渣粉。

1.3.2 酶輔助雙水相體系提取

取番茄皮渣粉樣品 0.1Π_g^g ，與 0.2mol/L 磷酸氫二鈉、0.1mol/L 檸檬酸配制的緩沖溶液 30mL ，以及中性蛋白酶（1000U）混合均勻， 45°C 水浴酶解 60min ；酶解反應結(jié)束后，立即添加一定量的磷酸氫二鉀溶液，使其充分溶解，再添加乙酸乙酯充分混合，在避光的條件下靜置 1.5h 測量上相和下相的體積。取上相番茄紅素和多糖的提取液、下相多糖提取液，備用[3。按照公式（1）（②）計算番茄紅素 （Y_A） 和多糖 （Y_B） 的得率。

式中， Y_A 為番茄紅素的得率， mg/100g;Y_B 為多糖的得率， mg/g;C₁ 和 C₂ 分別為上相番茄紅素提取物質(zhì)量濃度和下相提取物的質(zhì)量濃度； V₁ 和 V₂ 分別為上、下相的體積， mL;m 為番茄皮渣粉末的總質(zhì)量， g

1.3.3番茄紅素和多糖含量測定

使用分光光度計法測定番茄皮渣中番茄紅素的含量[4。取待測番茄紅素提取液，用乙酸乙酯稀釋一定倍數(shù)，在波長 503nm 處測吸光度。番茄紅素標準溶液線性回歸方程為 為吸光度； x 為番茄紅素標準溶液濃度， mg/mL） 。

使用苯酚-硫酸比色法測定番茄皮渣中多糖的含量，分別取制備好的多糖提取液，用緩沖溶液將提取液稀釋100倍，取 1mL 稀釋液，先分別加入 0.5mL 的 6% 苯酚溶液混勻，然后加入 2.5mL 濃硫酸，于 75^°C 水浴鍋中加熱 30min ，在 490nm 處測得吸光度[15]。葡萄糖標準溶液線性回歸方程為 為吸光度； x 為葡萄糖標準溶液濃度， mg/mL 。

1.3.4工藝流程條件

（1）單因素試驗設計

以 0.1g 番茄皮渣為基準，在五組樣品中分別加入10%12%14%16%18% 質(zhì)量分數(shù)的磷酸氫二鉀，固定磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液 pH7 ，中性蛋白酶活力1000U ，乙酸乙酯的質(zhì)量分數(shù) 30% 。按照1.3.2中的方法進行萃取，通過1.3.3中的方法測定番茄紅素和多糖的得率，確定合適的磷酸氫二鉀質(zhì)量分數(shù)。以 0.1g 番茄皮渣為基準，在五組樣品中分別加入 10%.20%.30%.40% 、50% 質(zhì)量分數(shù)的乙酸乙酯，剩余實驗操作如上，確定合適的乙酸乙酯質(zhì)量分數(shù)。以 0.1g 番茄皮渣為基準，在五組樣品中中性蛋白酶的酶活力分別為 0.500?1 000 ，1500.2000U ，剩余實驗操作如上，確定合適的酶活力。以 0.1g 番茄皮渣為基準，五組樣品中的 pH 值分別為6、6、5、7、7、5、8 ，剩余實驗操作如上，確定合適的緩沖溶液pH。

（2）正交實驗設計

在單因素實驗基礎上進行正交實驗，對磷酸氫二鉀質(zhì)量分數(shù)、乙酸乙酯質(zhì)量分數(shù)、酶活力和 pH 值4個因素進行3水平優(yōu)化，以番茄紅素及多糖得率作為評價指標，進行正交試驗（見表1）。

表1正交試驗因素水平表

Table1Tableoforthogonal testfactorlevels

1.3.5抗氧化活性分析

（1）DPPH自由基清除率

參照李霞等的方法進行測定，以樣品溶液相同質(zhì)量濃度的VC作為陽性對照。

（2）羥自由基清除率

參照王崇隊等[的方法進行測定，以與樣品溶液相同質(zhì)量濃度的VC作為陽性對照。

（3）ABTS+自由基清除率

參照張辰辰等[的方法進行測定，以與樣品溶液相同質(zhì)量濃度的VC作為陽性對照。

1.3.6 抗炎活性研究

（1）細胞存活率的測定

從對數(shù)生長期的細胞中取樣，將細胞密度調(diào)整至 5× 10⁴ 個/孔，并將 100μL 細胞懸液接種于96孔板中。將培養(yǎng)板置于 37% （204號 CO₂ 的細胞培養(yǎng)箱中，培養(yǎng) 24h 。處理組分為3組，即NC組（負對照組）：加入等量基礎培養(yǎng)基;模型組：加入 1.0μg/mL LPS 以誘導炎癥反應；藥物組：加入不同濃度的番茄紅素 （2，5，10，20，50，100μg/mL） 。每組均同時添加 1.0μg/mL LPS。培養(yǎng) 24h 后，棄去上清液，向每孔加入 10μL CCK-8試劑，并繼續(xù)在 37% CO₂ 的培養(yǎng)箱中反應 ^2h 。反應結(jié)束后，使用酶標儀在450nm 波長下測定吸光度（OD值），以反映細胞存活情況[2。細胞存活率通過公式（3）計算。

細胞存活率 1%= 藥物組OD值-空白組OD值 ×100 （3） NC組OD值-空白組OD值

（②）LPS誘導的RAW264.7細胞NO產(chǎn)生量的測定

取處于對數(shù)生長期的細胞，調(diào)整細胞密度至 5×10⁴ 個/孔，并將 100μL 細胞懸液接種于96孔板中。將96孔板置于 37% CO₂ 的細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng) 24h 。NC組（對照組）：加入等量基礎培養(yǎng)基;模型組加入 1.0μg/mL LPS以誘導炎癥反應；藥物組：加入不同濃度的番茄紅素（濃度為 2.5，10，20，50，100μg/mL） ，同時每組均加入1.0μg/mL LPS。培養(yǎng) 24h 后，每孔取 100μL 上清液，并加入 100μL Griess試劑，室溫下反應 10min 后，在 540nm 波長下測量吸光度值。根據(jù)測得的吸光度值，通過公式（4）計算細胞中NO的相對產(chǎn)生量。

NO的相對產(chǎn)生量% 藥物組OD值-NC組OD值x100（4） LPS組OD值-NC組OD值

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用Excel2010軟件繪圖，SPSS25.0軟件進行顯著性分析，正交實驗采用正交設計助手Ⅱ進行分析處理。

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1磷酸氫二鉀質(zhì)量分數(shù)對番茄紅素及多糖提取的影響磷酸氫二鉀質(zhì)量分數(shù)對番茄紅素及多糖提取的影響如圖1所示。

圖1磷酸氫二鉀質(zhì)量分數(shù)對番茄紅素及多糖提取的影響 Fig.1 Effectof dipotassiumphosphate content onlycopene andpolysaccharideextraction

由圖1可知，隨著磷酸氫二鉀質(zhì)量分數(shù)的增加，番茄紅素的得率整體呈先升后降的趨勢，當磷酸氫二鉀質(zhì)量分數(shù)為16%時，番茄紅素提取量最高，為51.73mg/100 g。在磷酸氫二鉀質(zhì)量分數(shù)為 18% 時，多糖得率最高，為619.21mg/g ，但番茄紅素得率較質(zhì)量分數(shù) 16% 時降低。綜合考慮，選擇磷酸氫二鉀質(zhì)量分數(shù)為 14%16%?18% 進

行正交試驗。

2.1.2乙酸乙酯質(zhì)量分數(shù)對番茄紅素及多糖提取的影響

由圖2可知，隨著乙酸乙酯質(zhì)量分數(shù)的提高，番茄紅素和多糖的得率都呈先升后降的趨勢，在乙酸乙酯質(zhì)量分數(shù)為 30% 時，得率最大，分別為 57.68mg/100g 和700.73mg/g_o 這是因為多糖是水溶性的，隨著乙酸乙酯的質(zhì)量分數(shù)升高，體系中水含量相對應的逐漸減少，從而多糖的溶解度就會降低，得率降低[2I-22]。因此選擇質(zhì)量分數(shù)25%.30%.35% 的乙酸乙酯進行正交試驗。

圖2乙酸乙酯質(zhì)量分數(shù)對番茄紅素及多糖提取的影響 Fig.2 Effectof ethylacetatecontenton lycopeneand polysaccharideextraction

2.1.3酶活力對番茄紅素及多糖提取的影響酶活力對番茄紅素及多糖提取的影響如圖3所示。

圖3酶活力對番茄紅素及多糖提取的影響 Fig.3Effectof enzymeactivityon lycopene and polysaccharideextraction

由圖3可知，隨著酶活力的提高，番茄紅素和多糖的得率基本呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，酶活力為 1000U 時，番茄紅素的得率達到最大值，為 63.91mg/100g ；酶活力為1500U時多糖得率最大，為 471.08mg/g 酶活力增大至2000U時，多糖的得率變低，可能的原因是酶活力較低時，酶水解效率不足，多糖物質(zhì)溶出較少。隨著酶添加量增加，酶與底物的反應效率提高，多糖溶出效果比較好，多糖產(chǎn)量升高[23]。根據(jù)得率選擇 1000.1500.2000U （20的酶活力進行正交試驗。

2.1.4 pH 值對番茄紅素及多糖提取的影響

pH 值對番茄紅素及多糖提取的影響如圖4所示。隨著pH的提高，番茄紅素的得率呈先升后降的趨勢，在pH 值為7.5時，得率最大為 55.3mg/100g 。多糖得率在pH值為7.5時達到最大值 （773.3mg/g） 。在 pH 值為7.5時達到酶的最適酸堿度，其反應速率加快，番茄紅素和多糖的得率升高24。選擇pH值為7、7.5、8進行正交試驗。

圖4pH值對番茄紅素及多糖提取的影響 Fig.4Effect of pH on lycopene and polysaccharide extraction

2.2 正交試驗結(jié)果分析

由表2番茄紅素的正交試驗結(jié)果可以看出，影響番茄紅素萃取的因素為 Dgt;Agt;Cgt;B ，最佳水平為A₁B₁C₃D₂ ，即乙酸乙酯的質(zhì)量分數(shù)為 25% 、磷酸氫二鉀的質(zhì)量分數(shù)為 14% 、酶活力為 2000U.pH 值為7.5，在此條件下進行驗證，番茄紅素和多糖的得率分別為76.00mg/100g 和 495mg/g 。

由表2中多糖的正交試驗結(jié)果可以看出，影響多糖萃取的主次順序為 Cgt;Agt;Dgt;B ，最佳水平為 A₃B₃C₃D₁ ，即乙酸乙酯質(zhì)量分數(shù)為 35% 、磷酸氫二鉀質(zhì)量分數(shù)為18% 、酶活力為 2000U.pH 值為7。在此條件下做驗證實驗，計算得到番茄紅素和多糖的得率分別為 65mg/l00g 和 501 mg/g

綜合考慮番茄紅素是番茄皮渣營養(yǎng)成分的標志性指標，番茄紅素得率的重要性更高，同時考慮到耗材和污染等系列問題，確定最佳工藝條件為乙酸乙酯質(zhì)量分數(shù)為25% 、磷酸氫二鉀質(zhì)量分數(shù)為 14% 、酶活力為 2000U 、pH 值為7。此條件下做重復實驗，計算得到番茄紅素和多糖的得率分別為 76.10mg/100g 和 503mg/g ，與正交試驗的結(jié)果相比，番茄紅素和多糖的得率均較高。實驗結(jié)果說明，提取工藝的優(yōu)化具有一定參考價值。

表2番茄紅素和多糖的正交試驗結(jié)果

Table2 Orthogonal test resultsoflycopene and polysaccharides

2.3 提取物抗氧化活性

2.3.1 DPPH自由基清除能力

由圖5可知，隨著番茄紅素濃度的增加，DPPH自由基清除率上升。在 10μg/mL 濃度下，番茄皮渣中番茄紅素的DPPH自由基清除率為 90.47% ，高于相同濃度下VC的清除率，表明番茄皮渣中的番茄紅素具有較好的清除效果。由圖6可知，DPPH自由基清除率隨著番茄皮渣中的多糖濃度的增加而升高。在 1.9mg/mL 濃度下，番茄皮渣中多糖的DPPH自由基清除率為 84.01% ，與相同濃度下VC的清除率相近，說明番茄皮渣中的多糖也具有良好的清除效果。

圖5番茄紅素對DPPH自由基的清除效果

Fig.5The scavenging effect of lycopene on DPPH free

圖6多糖對DPPH自由基清除效果的測定 Fig.6The scavenging effectof polysaccharides on DPPH radical

綜上所述，番茄皮渣中的番茄紅素和多糖對DPPH自由基均具有良好的清除效果，而且在一定濃度范圍內(nèi)，清除效果與VC相近，甚至更佳。

2.3.2羥自由基清除能力

由圖7可知，隨著番茄紅素濃度的增加，羥基自由基清除率上升。在番茄紅素濃度 10μg/mL 時，番茄皮渣中番茄紅素的羥自由基清除率達 29.11% ，高于相同濃度下VC的清除率，表明番茄皮渣中番茄紅素對羥自由基具有較好的清除效果。由圖8可知，羥自由基清除率隨著提取得到的番茄皮渣的多糖濃度的增加而升高。在 7mg/mL 下，番茄皮渣中多糖對羥自由基清除率可達 72.01% ，與同濃度VC清除率相近。因此，番茄皮渣中多糖對羥自由基具有較好的清除效果。

綜上所述，番茄皮渣中的番茄紅素和多糖均顯示出對羥自由基的良好清除效果。

圖7番茄紅素對羥自由基清除效果的測定

Fig.7Thescavengingeffectoflycopeneonhydroxylradical

圖8多糖對羥自由基清除效果的測定

Fig.8Thescavengingeffectofpolysaccharidesonhydroxyl radical

2.3.3ABTS+自由基清除能力

由圖9可知，隨著番茄紅素濃度的增加，ABTS+自由基清除率上升。當番茄紅素濃度為 10μg/mL 時，番茄皮渣中提取得到的番茄紅素的ABTS+自由基清除率達91.27% ，高于相同濃度下VC對ABTS+自由基的清除率，表明番茄皮渣中番茄紅素對 ABTS⁺ 自由基具有較好的清除效果。由圖10可知， ABTS⁺ 自由基清除率隨著提取得到的番茄皮渣的多糖濃度的增加而升高。在 1.5mg/mL 下，番茄皮渣中提取得到的多糖的ABTS+自由基清除率達 97.31% ，和相同濃度下VC對ABTS+自由基清除率相近，表明番茄皮渣中多糖對ABTS+自由基具有較好的清除效果。

綜上所述，番茄皮渣中的番茄紅素和多糖均顯示出對 ABTS⁺ 自由基良好的清除效果。

2.3.4番茄紅素抗炎活性

（1）番茄紅素對RAW264.7細胞存活率的影響

巨噬細胞是廣泛存在于機體各組織器官的一種免疫細胞，在抗炎研究中發(fā)揮關鍵作用，常用作抗炎活性的測定模型2。由表3可以看出，在 2.5～10μg/mL 番茄紅素濃度范圍內(nèi)，細胞存活率均在 90% 以上，未觀察到細胞毒性。當濃度超過 20μg/mL 的番茄紅素處理后，細胞存活率均顯著降低，表明在該濃度范圍內(nèi)樣品會對RAW264.7細胞產(chǎn)生一定的毒性作用。基于上述結(jié)果，選擇2.5.5μg/mL 和 10μg/mL 番茄紅素用于后續(xù)試驗。

圖9番茄紅素對ABTS+自由基清除效果的測定Fig.9Thescavengingeffectof lycopene on ABTS+free

圖10多糖對ABTS+自由基清除效果的測定 Fig.10Thescavenging effectof polysaccharideson ABTS+ radical

表3不同濃度番茄紅素對RAW264.7細胞存活率的影響

Table3 Effect of different concentrations of lycopene on the cellviabilityofRAW264.7cells

（2）番茄紅素對RAW264.7細胞NO的影響

巨噬細胞被細菌和其他病菌激活后釋放大量的NO，因此NO通常被認為是巨噬細胞活化的標志。然而，NO的過度產(chǎn)生，會引發(fā)炎癥和炎癥性疾病。因此，降低細胞內(nèi)NO產(chǎn)生量對抑制炎癥具有重要意義。如圖11所示，與NC組相比，LPS刺激顯著提高了NO含量 （Plt; 0.05） ，表明LPS誘導的RAW264.7細胞炎癥模型造模成功。與模型組相比，番茄紅素處理后，NO含量均隨樣品濃度的增加而降低，表明番茄紅素具有一定的抗炎活性，并且 10μg/mL 樣品能顯著降低細胞NO含量。

圖11不同濃度番茄紅素對RAW264.7細胞存活率的影響Fig.11 EffectofdifferentconcentrationsoflycopeneonthecellviabilityofRAW264.7cells

3結(jié)論

本試驗通過單因素試驗探究影響番茄皮渣中番茄紅素和多糖得率的因素，借助酶輔助雙水相萃取法初步得到提取番茄紅素和多糖的工藝條件，然后再通過正交試驗優(yōu)化進而得到最佳工藝條件。最終確定最佳工藝為乙酸乙酯質(zhì)量分數(shù)為 25% 、磷酸氫二鉀質(zhì)量分數(shù)為 14% 、酶活力為 2000U?pH 值為7。最佳工藝條件下，番茄皮渣中番茄紅素得率為 75.10mg/100g， 多糖得率為 503mg/g 以VC作為陽性對照的抗氧化評價結(jié)果顯示，番茄紅素的DPPH自由基、羥自由基、ABTS+自由基清除率最大值分別為 90.47%.29.11% 和 91.27% 。多糖的DPPH自由基、羥自由基、ABTS+自由基清除率最大值分別為84.01%.72.01%.97.31% 。番茄紅素和多糖對DPPH自由基、羥自由基和ABTS+自由基均具有較好的清除效果。番茄紅素處理后，NO含量均隨樣品濃度的增加而降低，表明番茄紅素具有一定的抗炎活性，并且 10μg/mL 樣品顯著降低NO含量。本試驗提高了番茄皮渣的綜合利用價值，為番茄皮渣中番茄紅素和多糖的提取和應用提供了一定的理論依據(jù)。

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