番茄紅素提取提純方法的研究進展

張雅琦

（黑龍江八一農墾大學，黑龍江大慶 163319）

番茄紅素（Lycopene） 是類胡蘿卜素中的一種，因最早在番茄中被發(fā)現而得名，其在疾病防御方面起到一定的優(yōu)勢作用，具有非常高的營養(yǎng)價值，其功效已有文獻報道:抗氧化、抑癌、抗衰老、抑制基因突變、降低核酸損傷、增強機體免疫力和護膚等，從而在近些年來成為研究的熱點，在醫(yī)藥材料、保健品、食品添加和化妝品等領域得到了廣泛的應用[1-2]。

番茄紅素是一種直鏈型碳氫化合物，也是一種不含氧元素的類胡蘿卜素，它由11個共軛C=C與2個非共軛C=C構成[3]。在果蔬中含量豐富，其中番茄中的含量為0.2～20.0 mg，木鱉果中含量高達155～305 mg，研究發(fā)現具有能夠清除自由基團和單線態(tài)氧的能力，因此具有較強的抗氧化能力[4]，同時番茄紅素具有抗衰老、治療糖尿病血管并發(fā)癥、抑制癌細胞增殖因子等保健功效[5]，番茄紅素在化妝品中也具有防紫外線、養(yǎng)顏健膚的作用[6]。但是，番茄紅素的生物利用率為0.1%～3.0%[7]，而人工色素造成了許多食品安全問題，因此對天然色素提取方法的優(yōu)化及提升利用率是亟待解決的問題之一，綜述了番茄紅素的提取提純工藝，旨在為番茄紅素利用提供理論參考。

1 提取方法

1.1 溶劑提取法

溶劑提取法常應用于天然產物的提取中，是在我國工業(yè)化生產中最為古老并且常用到的方法。該方法利用了相似相溶的原理，由于番茄紅素在不同溶劑中溶解性的不同，從而將其從組織液中提取分離出來。通常需要先對原料進行預處理，然后用溶劑萃取，再將提取液濃縮后得到產品。常被用到的有機溶劑有石油醚、正己烷、氯仿、乙醚和丙酮等[8]。董建新等人[9]乙酸乙酯浸提的方法，從新鮮番茄中提取番茄紅素，以番茄紅素提取率為評價指標，探究了料液比、浸提溫度、浸提時間和浸提pH值對番茄紅素提取率的影響水平，在單因素試驗的基礎上，利用正交試驗設計對工藝進行優(yōu)化，得到番茄紅素的最佳提取工藝為料液比1∶3（g∶mL），浸提溫度50℃，提取時間5 h，浸提pH值4。在此條件下，番茄紅素的提取率達到46.12μg/g。在新鮮西瓜提取番茄紅素的工藝優(yōu)化中，劉義慶[10]采用7∶1乙酸乙酯-丙酮混合溶劑，通過正交試驗確定的優(yōu)化工藝為料液比1∶4，溫度45℃，浸提液pH值6，浸提時間50 min。有機溶劑浸提法具有操作簡單、設備要求低、生產成本低等優(yōu)點，但其提取效率低、耗時長，所得產品品質差、純度低，且存在有機溶劑殘留問題影響番茄紅素的應用。雖然相對其他提取方法，有機溶劑浸提法在國內研究較多，但有被逐漸淘汰的趨勢。

1.2 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取法指的是超聲波可以產生強烈的空化、振動及機械攪拌等效應，易造成植物細胞壁的破裂，從而加速了植物體中的活性成分進入溶劑，進而大大提高提取效率。超聲波輔助提取技術近年來發(fā)展越來越成熟化，在天然產物提取方面的應用也越來越廣泛。提取溫度及時間、混合提取溶劑比例、超聲強度和頻率等是目前文獻中常被探究的提取因素。蔡基智等人[11]將超聲輔助提取應用于番茄渣中番茄紅素的工藝優(yōu)化中，在單因素試驗結合正交試驗法分析后得到優(yōu)化后的最佳工藝條件為以混合溶液乙酸乙酯與丙酮2∶1（V/V） 為提取劑，提取溫度40℃，料液比1∶5（g∶mL），超聲功率80 W，pH值6.0，提取時間20 min，在此條件下番茄紅素得率為62.52μg/g。Rocktotpal Konwarh等人[12]使用酶解法和超聲波法提取及二者耦合系統(tǒng)提取法對番茄皮中的番茄紅素提取效率相對比，結果得出二者耦合系統(tǒng)的提取率要分別高出5.62倍，1.25倍。超聲波輔助法對番茄紅素的提取效率更有利，但由于在處理過程中超聲波容易衰減，一般超聲有效作用區(qū)域呈環(huán)狀，如果提取容器直徑太大，罐的周壁就會出現超聲空白區(qū)，這一點限制了該方法用于番茄紅素的大規(guī)模工業(yè)化生產。

2 提純方法

2.1 皂化法

皂化處理通過諸如脂肪等雜質與堿反應，以形成水溶性或醇溶性鹽來進行。番茄紅素常用的純化方法是皂化法，其原理是在甘油中，番茄紅素油樹脂與K O H溶液發(fā)生皂化反應，可以番茄細胞中的營養(yǎng)物質分開（如蛋白質、脂肪酸及三甘油酯等），形成不溶性番茄紅素。王峰[13]利用番茄紅素油樹脂為原料通過皂化反應提取番茄紅素。結果表明，采用番茄紅素油樹脂5 g，按番茄紅素油樹脂5 g，丙二醇5 g，氫氧化鉀1.25 g，水1.25 g，皂化反應溫度65℃，皂化反應時間1 h，加水稀釋溫度70℃，洗滌水溫度75℃，洗滌3次的提取工藝，其提取率達到17%。何彩梅等人[14]研究富川臍橙皮粉末通過皂化法來提取番茄紅素，其最佳工藝為番茄紅素油樹脂∶丙二醇∶K O H∶水的比例3.5∶4.5∶1.5∶1.5，溫度60℃，時間1.5 h，所得番茄紅素的含量為2.9%，提取率達到20.13%。皂化法因其操作簡單，并且皂化反應對于番茄紅素沒有任何影響，而被廣泛應用。但在工藝研究方面并無太大變化，只是現有的基礎之上提高其提取率，但還是相對較低，因此此種方法主要應用在實驗室里，去除油溶性雜質，以及作為其他純化方法的前處理。

2.2 重結晶法

重結晶法是利用番茄紅素油樹脂混合物中各組分在不同溶劑中具有不同的溶解度及其溶解度受溫度的變化影響較大，從而進行各組分之間的相互分離。而番茄紅素的溶解度與溫度存在正相關關系，溫度越高溶解度多大，在較高溫度的條件下進行溶解，溫度降低時溶液會出現過飽和現象，從而使番茄紅素結晶析出。梅曉巖等人[15]采用重結晶法以6%的番茄紅素油樹脂作為反應底物，分散劑為正己烷，助劑為無水乙醇，反應溫度70℃，反應時間60 min的工藝，并且水洗正己烷層達到pH值7，真空法除去部分溶劑，然后冷卻濾出番茄紅素晶體溶于65℃乙酸乙酯中達到飽和，最后緩慢降溫到0℃，以使番茄紅素晶體析出，采用此方法3次，總的產品得率達到24.7%，重結晶純度可達99.17%。蘇文貴等人[16]采用番茄紅素油樹脂作為反應底物，溶劑為乙酸乙酯，結晶的溫度為-20℃，重結晶反應時間8 h，經過2次此結晶工藝，產品總得率高達40.26%，重結晶純度達到92.56%。重結晶法主要是將樣品進行多次結晶從而達到純化的方法，雖然可以得到高達90%以上純度的番茄紅素，但由于受結晶次數的影響，導致耗能高，得到的晶體也比較少，這也是今后的重點研究方向。

2.3 柱層析法

柱層析法是用混合物中各組分理化性質的不同，使其在吸附劑中能有采用不同的速度移動進而達到分離的目的，其是一種較好的對多組分混合物進行分離的方法。婁天軍等人[17]研究發(fā)現，采用柱層析法來進行番茄紅素的提取，其最佳工藝為將番茄紅素油樹脂混合物溶于50 mL丙酮溶液，加入硅藻土25 g，旋轉蒸發(fā)直至蒸干備用。加入Al2O350 g，硅藻土20 g，進行第1次層析；加入脫糖吸附劑X-OD 40 g，進行第2次層析脫糖，最終番茄紅素的產品純度為7.5%，產品回收率高達32%。蘇文貴等人[18]研究發(fā)現，采用乙酸乙酯為洗脫劑，洗脫時間40 min，底物質量濃度0.000 8 g/mL進行柱層析，得到的番茄紅素含量達到34.55%。柱層析法操作簡便、分離純度高，不需要昂貴復雜的儀器設備，而且柱層析法純化時間短，可以在室溫下直接進行，設備也可長時間使用，大量的純化番茄紅素，適用于工業(yè)化生產。同時，該方法與紙層析、薄層層析相比不僅可用于番茄紅素的分析檢測，也可用于工業(yè)生產規(guī)模的分離。

3 結論

番茄紅素具有極強的抗氧化活性而被廣泛用于食品、醫(yī)藥等領域，因此，如何高效利用番茄紅素是當今研究的一大熱點。超聲輔助提取法的提取效率高于溶劑提取法，但是也存在聲波衰減的缺點。皂化法操作簡單，但其產品得率相對較低，而且不利于大規(guī)?；a。重結晶法需要對原料進行多次結晶才能達到純化目的，成本較大，受結晶次數影響，番茄紅素的得率一直較低，并且不易保存，但純度可以達到90%以上。柱層析法雖然設備比較貴重，但可以進行規(guī)?；a。今后采用多種技術相結合的方法來提取提純是研究方向，如先用皂化法出去油溶性雜質，再用柱層析法純化與重結晶純化相結合進行純化研究，以減少結晶級數，保證番茄紅素較高的得率及純度。