從番茄渣中提取番茄紅素的研究現(xiàn)狀

劉林林，吳茂玉*

從番茄渣中提取番茄紅素的研究現(xiàn)狀

劉林林12，吳茂玉12*

（1.山東輕工業(yè)學院，山東 濟南 250353；2.中華全國供銷總社濟南果品研究院，山東 濟南 250014）

綜述番茄渣利用的現(xiàn)狀，確定從番茄渣中提取番茄紅素的可行性，并介紹了番茄紅素的理化性質(zhì)及生理功能，以及從番茄渣中提取番茄紅素的各種加工工藝，對從番茄渣中提取番茄紅素的前景進行了展望。

導師簡介：吳茂玉，男，研究員，碩士生導師。

1、前言

我國是世界番茄生產(chǎn)大國，年產(chǎn)番茄量達3000萬噸以上。近年來，隨著國際市場番茄加工產(chǎn)品的價格的不斷提高，我國的番茄制品的產(chǎn)量也不斷升高。我國在2009年加工番茄的產(chǎn)量達865萬噸，同比增長35.6%，占全球加工番茄產(chǎn)量的20.5%，居世界第三位[1]。隨著番茄深加工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了大量的番茄廢渣。目前，我國對于番茄渣的處理，只有一小部分用作雞飼料，其它的則直接廢棄掉，既浪費了資源，又污染環(huán)境。

番茄紅素是一種在番茄中含量相對較高的天然脂溶性色素，其具有多中生理功能，被稱為“植物黃金”[2-4]。番茄紅素雖然在自然界分布較廣，但含量較少，目前僅能從番茄、西瓜等中提取，其中從番茄及其制品中提取番茄紅素的研究占大多數(shù)。番茄加工制品的廢料番茄渣中作為一種廢棄物，含有相對較高的番茄紅素，因而從番茄渣中提取番茄紅素既節(jié)省了新鮮番茄資源，又充分利用了番茄渣提高其附加值，防止了環(huán)境污染，是一個可行有效的方案。

2、番茄渣的組成成分

番茄皮渣主要由果皮和種子組成，其中番茄籽的含量一般在55%左右,番茄皮的含量在42%-45%左右。番茄皮渣中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維、番茄紅素以及維生素E等。番茄渣的主要成分的含量如表1[5]：

另外，番茄渣中還獨特的含有相對較高番茄紅素。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)番茄皮中番茄紅素含量最大，其次為番茄籽，再次為番茄醬，且番茄紅素的提取率的大小關系同樣是番茄皮>番茄籽>番茄醬[6]。

3、番茄渣的處理及利用現(xiàn)狀

3.1 當做工業(yè)垃圾處理

番茄是我國主要的蔬菜品種，由于不耐貯藏，相當一部分要加工成番茄醬(汁)罐頭，僅四川擁有“二線三鍋”規(guī)模的番茄醬生產(chǎn)廠就有十多家。而且隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的迅猛發(fā)展，番茄加工數(shù)量的仍會上升，皮渣還會不斷增多[7]。番茄加工中要產(chǎn)生大量皮渣，往往作為工業(yè)廢棄物倒掉，沒有及時清運的皮籽則嚴重影響加工廠的排水水質(zhì)和廠區(qū)衛(wèi)生。這不僅污染環(huán)境，而且也是對食物資源的極大浪費。

3.2 作為飼料替代品

番茄渣含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維、維生素E等，可以將番茄皮渣烘干后作為牲畜飼料的替代品[8-10]，因此一小部分皮籽直接被用低價售給農(nóng)民做為牲畜飼料,這樣雖然可以避免污染，也可以取得一定的經(jīng)濟效益，但增值有限。

4、番茄紅素的理化性質(zhì)及生理功能

4.1 番茄紅素的理化性質(zhì)

番茄紅素(lycopene)是一種重要的類胡蘿卜素, 由11個共軛雙鍵及2個非共軛碳-碳雙鍵組成的直鏈型碳氫化合物，其分子式為C40H56。天然存在于植物中的番茄紅素主要以全反式形式存在，只有小部分以順式結(jié)構(gòu)存在，在人體血液及組織中，番茄紅素是以異構(gòu)體混合物的形式存在，順式異構(gòu)體占多數(shù)[11,12]。

番茄紅素作為一種天然的脂溶性色素，不溶于水，可溶于脂肪、油脂、乙醚、石油醚和丙酮，難溶于甲醇、乙醇[13]。這給番茄紅素的提取與利用帶來了一定的困難。

4.2 番茄紅素的生理功能

番茄紅素的抗氧化清除自由基[14-16]、誘導細胞間信息傳遞、抑制細胞增殖、增加免疫力等功能,對預防疾病起著關鍵的作用。它具有防癌抗癌[17-20]、保護心血管[20-25]、抗衰老[27-29]、增強免疫力[27-33]等多種生物功能。此外，番茄紅素還具有提高男性生殖健康,預防高血糖等作用。

5、從番茄渣中提取分離番茄紅素的工藝

從番茄渣中提取分離番茄紅素的方法主要有有機溶劑提取法、超臨界CO2萃取法、微波法、超聲波法、高壓脈沖輔助提取法等。

5.1 有機溶劑萃取法

原理：番茄紅素是一種不飽和雙鍵的脂肪烴，它不溶于水，難溶于甲醇、乙醇，可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，易溶于氯仿、二硫化碳苯等有機溶劑。根據(jù)這一性質(zhì)，可利用親脂性有機溶劑從番茄中提取番茄紅素[34]。

提取工藝流程：番茄渣→有機溶劑浸提→過濾→濾液→測吸光度→提純→成品

有機溶劑萃取法提取番茄紅素的主要影響是浸提因素是料液比、溫度、pH、時間等。劉殿鋒等通過研究發(fā)現(xiàn)，氯仿是從番茄渣中提取番茄紅素的最佳溶劑，且最佳提取條件：料液比1:4(g:mL)，浸提時間為5h，浸提溫度50℃, pH為5[35]。張澤生研究了番茄皮經(jīng)乙醇處理后再取番茄紅素的工藝，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)以乙酸乙酯為提取溶劑,料液比1:6，提取溫度50℃，提取時間1 h，3級提取,番茄紅素提取率可達98%以上[36]。

5.2 超臨界CO2提取法

原理：物質(zhì)在較高的壓力下，液相和氣相差別縮小，達到某一溫度與壓力時，差別消失合成一相，此狀態(tài)成為臨界點，此時的溫度和壓力分別稱為臨界溫度和臨界壓力，當溫度和壓力超過臨界點時，其流體的性質(zhì)介于液體和氣體之間，稱為超臨界流體。超臨界流體具有氣液兩重性的特點，既有與氣體相當?shù)母邼B透能力和低的粘度，又有與液體相近的密度和對物質(zhì)優(yōu)良的溶解能力。它可從原料中提取出有用成分，從而實現(xiàn)所需要的分離目的，特別適于番茄紅素等熱敏性成分[37]。

提取工藝：番茄皮渣→真空干燥粉碎→過篩→稱重→裝萃取槽、密封→控制適宜的工作參數(shù)→靜態(tài)、動態(tài)萃取→降壓分離→由分離柱獲得番茄紅素→產(chǎn)品質(zhì)量檢測。

影響超臨界CO2提取法效率的主要因素有萃取壓力，萃取時間，萃取溫度，提攜劑等。一些學者的研究總結(jié)如表2：

5.3 超聲波法輔助提取

原理：超聲波是指頻率為20千赫～50兆赫左右的電磁波，它是一種機械波，需要能量載體-介質(zhì)-來進行傳播。超聲波能使溶劑和樣品之間產(chǎn)生聲波空化作用，導致溶液內(nèi)氣泡的形成、增長和爆破壓縮，從而使固體樣品分散，增大樣品與萃取溶劑之間的接觸面積，提高目標物從固相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)速率。

流程：番茄渣→水洗離心→有機溶劑提取→過濾→濾液→真空回收溶劑→番茄紅素油樹脂

超聲波法提取率的主要影響因素有超聲波輸出功率、料液比、提取總時間、超聲輻射時間等。蔡基智，周芳梅研究了超聲波輔助提取番茄紅素的工藝，并通過正交試驗確定最佳工藝條件：料液比為1:5(g:mL)，超聲波輸出功率為80 W，提取時間為20 min，提取溫度為40 ℃，pH值為6，番茄紅素的提取得率為62.52μg/g[38]。張澤生等用乙醇預處理番茄渣后，再用超聲波提取番茄皮渣中番茄紅素，研究發(fā)現(xiàn)：以乙酸乙酯為提取溶劑,95%乙醇按1:3的比例對番茄皮脫水處理,提取的超聲輸出功率300 W,料液比1:6,超聲提取時間6 min,超聲輻射時間3 s,三級提取,此條件下番茄紅素提取率可達98%以上[39]。

5.4 微波預處理法提取

原理：微波對萃取物料是內(nèi)加熱作用，使強極性分子溶劑將產(chǎn)生瞬時極化，并做極性變換運動，這就使固液浸取擴散過程所受到阻力減小，促進擴散過程進行。同時由于吸收微波能，細胞內(nèi)部溫度迅速上升，使其細胞內(nèi)部壓力超過細胞壁膨脹承受能力，促使細胞破裂，表現(xiàn)為遍布微孔，使溶劑易于穿透細胞壁。微波法可以使細胞內(nèi)有效成分自由流出，在較低的溫度條件下萃取介質(zhì)捕獲并溶解，從而在較低溫度下比較徹底的提取番茄紅素。

工藝流程：番茄皮渣→粉碎過篩→加入浸潤劑→微波預處理→有機溶劑提取→濾液真空減壓濃縮→紫外分光光度計檢測

蘇亞洲等研究了微波預處理法提取番茄皮中番茄紅素的提取工藝。研究的最佳工藝條件為：以乙酸乙酯為浸潤劑和提取劑，浸潤溶劑用量8ml，液料比8:1，微波功率720w，微波預處理60s[40]。

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5.5 超高壓法提取

原理：超高壓提取、是先對物料加壓，保持一定時間后，突然泄壓，造成細胞內(nèi)外的壓差急劇上升，以使細胞中的內(nèi)含物釋放出來。壓力大于300MPa，細胞的細胞壁和細胞膜才可充分被破壞。與傳統(tǒng)提取技術(shù)相比較，超高壓提取技術(shù)可以大大縮短提取時間、降低能耗、減少雜質(zhì)成分的溶出，提高有效成分回收率。用超高壓法提取番茄渣中的番茄紅素能夠取得較好效果。

工藝流程：稱取番茄渣→加入浸提液→真空包裝→高壓處理→過濾濃縮→計算提取率

超高壓法提取番茄紅素主要受壓力大小、保壓時間、固液比及提取次數(shù)的影響。靳學遠等通過實驗研究發(fā)現(xiàn)從番茄渣中超高壓提取番茄紅素的最佳工藝條件為壓力300MPa、保壓時間5min、固液比1:10、提取3次、番茄紅素提取率可達83.2%[41]。超高壓提取番茄紅素，時間短、提取率高，是一種適宜的提取番茄紅素的方法。

5.6 高壓脈沖電場輔助提取法

表2

原理：高壓脈沖電場（HIPEF）是近年來興起的非熱處理技術(shù)，在處理熱敏性物質(zhì)方面具有巨大的優(yōu)勢。由于高壓脈沖電場的處理不會造成原料溫度的升高，且高壓脈沖電場可破壞植物細胞膜，增加細胞內(nèi)物質(zhì)溶出。因而采用高壓脈沖電場處理可以有效地保護番茄紅素提取物的生理活性，并使有機溶劑易滲透穿過物質(zhì)的細胞壁和細胞膜，很好地將番茄紅素從細胞中溶出[42]。

工藝流程：番茄皮渣→蒸餾水洗滌→離心過濾→95%的乙醇預處理→脫水→加浸提液→高壓脈沖處理→冷卻處理測提取率

高壓脈沖提取的影響因素主要是提取溶劑、電場強度、脈沖數(shù)、料液比、提取溫度以及提取次數(shù)。金聲瑯、殷涌光等研究發(fā)現(xiàn)：高壓脈沖電場輔助提取番茄皮渣的番茄紅素的最佳工藝是以乙酸乙酯為提取溶劑、電場強度30 kV/cm、液料比9 mL/g、脈沖數(shù)8、溫度30℃、單次提取，番茄紅素提取率能達到96.7%[43]。

6、展望

番茄皮渣是番茄加工的廢棄物，且其番茄紅素的含量并不比果肉中的低。我國是番茄加工生產(chǎn)的大國，在加工番茄制品的同時也產(chǎn)生大量的番茄廢渣。番茄紅素是一種具有多種生理功能的天然的脂溶性色素，近年來對它的提取與應用越來越熱。番茄渣作為一種獨特的含有大量番茄紅素的加工下腳料，從中提取番茄紅素可以大大提高番茄廢渣的附加值，節(jié)省了其它提取資源，取得良好的經(jīng)濟效益，還擺脫季節(jié)和地域上的限制,增加番茄產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益, 符合我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，其開發(fā)前景非常廣闊。

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*通訊聯(lián)系人

中華供銷總社濟南果品研究院研究項目

劉林林(1987-)，女，碩士研究生，研究方向：功能食品與食品添加劑，13698615128；jxk1987@163.com。