高 歌,王永濤,連運(yùn)河,安曉東,廖小軍,*,孫志健(.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院,農(nóng)業(yè)部果蔬加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國(guó)家果蔬加工工程技術(shù)研究中心,北京00083;.晨光生物科技集團(tuán)股份有限公司,河北邯鄲05750)
番茄加工副產(chǎn)物利用研究進(jìn)展
高歌1,王永濤1,連運(yùn)河2,安曉東2,廖小軍1,*,孫志健1
(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院,農(nóng)業(yè)部果蔬加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國(guó)家果蔬加工工程技術(shù)研究中心,北京100083;2.晨光生物科技集團(tuán)股份有限公司,河北邯鄲057250)
番茄是國(guó)際上廣泛種植的蔬菜,可以加工成番茄醬、番茄罐頭、番茄粉等產(chǎn)品,加工過(guò)程中產(chǎn)生3%~8%的副產(chǎn)物,這些副產(chǎn)物不利用會(huì)造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。本文主要對(duì)目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)番茄副產(chǎn)物的食品化利用情況進(jìn)行了綜述,包括作為食品配料直接添加和提取副產(chǎn)物中的番茄紅素、膳食纖維、蛋白質(zhì)、籽油等有效成分,深入分析了番茄副產(chǎn)物利用中面臨的問(wèn)題,以期為番茄加工副產(chǎn)物的綜合利用研究提供新思路。
番茄,副產(chǎn)物,利用,研究進(jìn)展
番茄(Lycopersionesculentum)是世界上大部分地區(qū)種植的大宗蔬菜,最早種植于16世紀(jì)的南美洲[1]。據(jù)FAO統(tǒng)計(jì)[2],2012年全球番茄產(chǎn)量約1.62億噸種植面積達(dá)480萬(wàn)公頃,加工量近0.4億噸[3],近1/4番茄加工成番茄醬、番茄罐頭、番茄粉等產(chǎn)品。番茄加工后產(chǎn)生3%~8%的副產(chǎn)物[4-5],按這個(gè)數(shù)據(jù)推算全球每年產(chǎn)生近120~320萬(wàn)噸副產(chǎn)物。番茄副產(chǎn)物干燥后主要為皮渣(包括皮和籽),其中皮占42%~45%、籽占55%,其他組分不到3%[6]。番茄皮渣含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、纖維和礦物質(zhì)等,還含豐富的維生素E、維生素C、類胡蘿卜素、類黃酮和酚類等抗氧化物質(zhì),具有較好的開發(fā)潛力[7]。
目前,番茄加工副產(chǎn)物主要作為飼料使用,在食品中作為配料以及進(jìn)行深加工的應(yīng)用較少[8]。因此,根據(jù)番茄加工副產(chǎn)物的成分特性,對(duì)其進(jìn)行利用具有重要意義。根據(jù)現(xiàn)有研究,番茄加工副產(chǎn)物可以進(jìn)行食品化、飼料化、肥料化以及能源化等方面的應(yīng)用,本文僅從食品化的角度,綜述番茄加工副產(chǎn)物如何作為食品配料進(jìn)行直接利用以及從副產(chǎn)物提取番茄紅素、膳食纖維、蛋白質(zhì)和籽油等的情況,并針對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了討論。
番茄皮渣可以直接添加到肉制品,用以改善產(chǎn)品的感官、硬度、質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)以及提高產(chǎn)品色澤和番茄紅素含量[9-11]。García等報(bào)道漢堡牛肉餅中添加4.5%的干番茄皮渣,提高了肉餅35.6%紅色度和3.5%硬度值,降低38.8%亮度,番茄紅素含量達(dá)到49 μg/g[10]。Calvo等報(bào)道熱發(fā)酵香腸中添加1.2%的干番茄皮渣經(jīng)21 d發(fā)酵,紅色度提高12%、亮度下降4.2%、硬度提高17.3%,番茄紅素含量達(dá)到2.6~5.8 μg/g,氣味、質(zhì)構(gòu)、口感和整體接受度等無(wú)影響[12]??梢?,番茄皮渣作為食品配料添加到肉制品中,主要作用是增加紅色度、提高番茄紅素含量,一定程度上會(huì)提高硬度,但添加會(huì)降低產(chǎn)品亮度,這是由于番茄皮渣的添加一定程度上改變了肉制品的色澤。因此,在肉制品的研發(fā)中,番茄皮渣可以考慮用來(lái)作為提高紅色色度和強(qiáng)化番茄紅素的添加劑,但也要考慮其對(duì)產(chǎn)品亮度、硬度的影響。
面類制品中,番茄皮渣可以用來(lái)提高產(chǎn)品色澤以及蛋白質(zhì)、膳食纖維和賴氨酸含量,而感官質(zhì)量、整體接受度和質(zhì)構(gòu)指標(biāo)會(huì)因產(chǎn)品不同而產(chǎn)生不同影響。大麥面粉添加2%和10%的番茄皮渣時(shí),在溫度為160℃以及螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min的條件下擠出,色澤、質(zhì)構(gòu)、整體接受度分別提高29.1%、39.6%、36.1%和34.5%、23.1%、32.7%,對(duì)口感無(wú)影響,沒(méi)有產(chǎn)生異味[9],但添加量過(guò)多會(huì)降低面粉的質(zhì)構(gòu)和整體接受度。Carlson等報(bào)道小麥面粉中番茄皮渣添加量為10%和20%時(shí),面包中賴氨酸含量分別提高40.2%和69%[13]。徐桂花等報(bào)道小麥面粉中添加5%番茄皮渣、10%白砂糖以及3%活性干酵母,經(jīng)2.5 h發(fā)酵后,面包比普通面包比容下降13.4%、失重率下降31.9%,是由于面包發(fā)酵過(guò)程中,番茄皮渣中粗纖維在一定程度上束縛面筋的拉伸,導(dǎo)致面包體積下降、結(jié)構(gòu)更加致密、持水性增強(qiáng),利于延長(zhǎng)貨架期[14]。小麥面粉中添加7%番茄皮渣粉末生產(chǎn)粗面包時(shí),色澤、口感和總接受度顯著下降,但對(duì)質(zhì)構(gòu)無(wú)明顯影響[15]。面條中添加10%的脫脂番茄籽時(shí),黃色度增加3倍、蛋白質(zhì)提高24%、膳食纖維提高1.55倍、賴氨酸提高1倍,并且面條煮后重量增加12.6%,顯著提高了蛋白質(zhì)、賴氨酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量,但感官、異味、平滑度和整體接受度等顯著下降,對(duì)嚼勁和彈性等無(wú)影響[16]。可見,在面制品中添加番茄皮渣可以提高蛋白質(zhì)、纖維、賴氨酸等含量,但其對(duì)色澤、口感、總體接受度、質(zhì)構(gòu)的影響與番茄皮渣添加量和產(chǎn)品類型密切相關(guān),因此番茄皮渣作為食品配料直接添加到食品中時(shí)需要優(yōu)化工藝,篩選出適宜的添加量以提高食品質(zhì)量。
2.1番茄紅素
番茄紅素(C40H56)是11個(gè)共軛雙鍵和2個(gè)非共軛雙鍵組成的直鏈型碳?xì)浠衔?,是番茄中主要的類胡蘿卜素,在成熟的番茄中含量較高[17-18]。番茄紅素具有較強(qiáng)的抗氧化性,清除單線態(tài)氧的能力是維生素E的100倍、β-胡蘿卜素的2倍,具有抗氧化、調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝、減少心血管疾病及預(yù)防癌癥等生理功能[19-22]。不同地區(qū)、不同品種番茄的番茄紅素含量不同,含量為30~350 μg/g[23],主要存在于番茄皮細(xì)胞中[24]。目前,番茄紅素提取方法主要包括有機(jī)溶劑提取和超臨界二氧化碳提?。⊿C-CO2)。近年來(lái),為提高番茄紅素提取率,果膠酶、纖維素酶等生物酶提取方法以及超聲波、微波、高壓等物理方法作為輔助手段被開發(fā)應(yīng)用于番茄紅素的提取中[25-28]。
2.1.1有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑提取主要利用丙酮、乙醇、己烷及其混合液,以及乙酸乙酯、乳酸乙酯等溶劑[29],而乙醇多作為促進(jìn)番茄紅素從細(xì)胞中溶出的前處理溶劑[24]。在單一有機(jī)溶劑的提取中,乳酸乙酯比丙酮、乙醇和己烷具有更強(qiáng)的提取番茄紅素能力。Periago等[29]以丙酮、乙醇、己烷、乳酸乙酯為溶劑,在溫度70℃、時(shí)間30 min的條件下,番茄紅素得率分別為52、17、34和243 μg/g,發(fā)現(xiàn)乳酸乙酯具有最高的提取率。Kaur等[27]利用己烷、丙酮、乙醇(2∶1∶1)作為溶劑,優(yōu)化得到番茄紅素提取條件為溫度45℃、時(shí)間8 min、料液比1∶30(w/v)、粒度0.15 mm,得率為19.8 μg/g。梁智慧[30]用95%乙醇作為溶劑、料液比1∶3(w/v),經(jīng)過(guò)20 min預(yù)處理后,再以乙酸乙酯作為溶劑,在溫度60℃、時(shí)間30 min、料液比1∶4(w/v)的條件下,番茄紅素提取率為85%。因此,需要綜合考慮原料粒度、溫度、料液比、單一或混合溶劑、提取次數(shù)等因素以提高番茄紅素的提取率。
2.1.2生物酶輔助生物酶輔助是一種高效提取番茄紅素的新方法,主要采用纖維素酶和果膠酶對(duì)皮渣進(jìn)行預(yù)處理,再用有機(jī)溶劑進(jìn)行提取,具有處理溫度低、得率高的優(yōu)點(diǎn),提取率受酶量、pH、表面活性物質(zhì)等因素影響[31-32]。
Lavecchia等報(bào)道,番茄皮渣經(jīng)果膠酶處理1 h后,以己烷、丙酮、乙醇(2∶1∶1)為溶劑在溫度40℃、時(shí)間3 h條件下提取得到44 μg/g的番茄紅素[34]。Zuorro等報(bào)道,番茄皮渣經(jīng)果膠酶、纖維素酶(1∶1,加酶量:0.16%),在溫度30℃、時(shí)間3.18 h處理后,再用己烷提取,番茄紅素提取率比非酶處理組高18倍[35]。Renveer等報(bào)道了番茄中不同部位番茄紅素提取率,經(jīng)2%果膠酶和1.5%纖維素酶處理4 h后,利用己烷、丙酮、乙醇(2∶1∶1)為溶劑進(jìn)行提取,番茄皮中番茄紅素得率為418 μg/g,比非酶處理組提高4倍[7]??梢姽z酶和纖維素酶輔助提取可提高番茄紅素提取率。
Cuccolini等[32]研究了pH對(duì)果膠酶和纖維素酶處理番茄皮渣的作用,pH降低到2.2時(shí),以甲醇、四氫呋喃(1∶1)為溶劑進(jìn)行提取,番茄紅素提取率比對(duì)照提高10倍,因?yàn)樗峤Y(jié)合酶處理使番茄皮細(xì)胞破損更充分,有利于溶劑的滲入和番茄紅素的浸出。Papaioannon等在提取液中加入Span 20后,皮渣中番茄紅素提取率分別比單獨(dú)酶處理和對(duì)照提高4倍和10倍[31],表明表面活性物質(zhì)與酶輔助提取結(jié)合也可提高番茄紅素提取率。綜上所述,酶處理可以提高番茄紅素提取率,相比單一果膠酶,果膠酶和纖維素酶結(jié)合具有更好提取效果。但酶量、pH和表面活性物質(zhì)等均會(huì)影響番茄紅素的提取率。
2.1.3物理輔助近年來(lái),超聲波、微波、高壓等物理方法被用于輔助提取番茄紅素,與單純有機(jī)溶劑提取相比,具有能耗低、時(shí)間短、提取率高的優(yōu)點(diǎn)[32-36]。
蔡基智等[37]以乙酸乙酯、丙酮(2∶1)為溶劑,在超聲功率80 W、溫度40℃、時(shí)間20 min、料液比1∶5(w/v)和pH6條件下,番茄紅素得率62.52 μg/g。Kumcuaglu等[33]利用己烷、丙酮、乙醇(2∶1∶1)為溶劑,用超聲頻率90 W、時(shí)間30 min、料液比1∶35(w/v)的條件替代單純有機(jī)溶劑(溫度60℃、時(shí)間40 min、料液比1∶51)的條件,番茄紅素提取率均可達(dá)到80%。可見,超聲輔助萃取實(shí)現(xiàn)了與單純有機(jī)溶劑提取相同的提取率,但溶劑使用量減少三分之一;而與酶輔助提取相比,處理時(shí)間從3~6 h降為20~60 min;超聲頻率代替了溫度條件,是較為節(jié)能環(huán)保的物理處理方式。
張曉敏等在微波頻率360 W、時(shí)間60 s、料液比1∶11(w/v)條件下提取4次,番茄紅素提取率達(dá)到92%[38]。蘇亞洲研究了超聲和微波提取番茄皮渣中番茄紅素的工藝條件,以乙酸乙酯為溶劑,經(jīng)超聲頻率60 W、時(shí)間30 min、料液比1∶10(w/v)條件與微波頻率720 W、時(shí)間60 s、料液比1∶8(w/v)條件均處理三次,番茄紅素提取率均達(dá)90%以上[39]。微波輔助提取番茄紅素可以達(dá)到與超聲處理相同的效果,幾十秒的處理時(shí)間遠(yuǎn)低于超聲20~60 min的作用時(shí)間。
Xi以75%乙醇為溶劑,在壓力500 MPa、時(shí)間1 min、料液比1∶6(w/v)條件下,番茄紅素提取率45%,與單純有機(jī)溶劑提取30 min的效果相同[40]。超高壓會(huì)破壞細(xì)胞壁,利于番茄紅素的提取,超高壓在番茄紅素提取中的應(yīng)用需要進(jìn)一步研究。
總之,超聲波、微波、高壓等物理方法在輔助提取番茄紅素中,比單純有機(jī)溶劑提取時(shí)間短,溶劑使用量少,能耗更少,是較為綠色的提取方式,但有關(guān)工藝優(yōu)化及作用機(jī)理需進(jìn)一步研究。
2.1.4SC-CO2SC-CO2具有安全性好、滲透性強(qiáng)、溶解性高和處理溫度低等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物的分離與提?。?1]。Konar等對(duì)SC-CO2提取番茄紅素進(jìn)行了綜述,提取效果主要受溫度、壓力、助溶劑和CO2流速等影響[42]。提取溫度一般為50~110℃,但有研究報(bào)道溫度在60℃上時(shí)會(huì)導(dǎo)致番茄紅素的異構(gòu)化,影響其氧化性和穩(wěn)定性[43-47]。提取壓力為30~40 MPa,在壓力40 MPa、溫度57℃、時(shí)間1.8 h條件下,番茄紅素提取率最高達(dá)到93%,與30 MPa相比相同提取率所需時(shí)間縮短1.78倍[46-48]。另外,SC-CO2提取番茄紅素多數(shù)使用乙醇作為助溶劑[24-28,48-49],其他助溶劑還有四氫呋喃[50]、丙酮[51]、橄欖油[49]等,助溶劑可以提高提取率。提取時(shí)間范圍較大為0.5~3 h,具體提取條件根據(jù)設(shè)備類型以及CO2流速的不同而略有差異。
2.2膳食纖維
番茄膳食纖維具有較好的復(fù)水性和持水性,具有維持血糖水平、降低血脂、促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)等作用,添加到食品中可以提高食品質(zhì)量以及保健功效[52-53]。干燥的番茄皮渣中膳食纖維含量為31%~69%,其中不溶性膳食纖維約為80%[54-55]。4%~8%的番茄膳食纖維添加到酥性餅干中,能提高餅干的口感、色澤、脆度和疏松度[56],還可以添加到掛面、面包、豆奶、巧克力、酸奶、飲料等食品中改善食品品質(zhì)[57]。
淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶和糖化酶等被用于分解番茄皮渣中淀粉、蛋白質(zhì)等物質(zhì),提高膳食纖維得率。對(duì)淀粉酶酶解能力影響因素為:溫度>時(shí)間>酶量>pH,對(duì)蛋白酶酶解能力影響因素為:溫度>酶量>pH>時(shí)間[58]。劉紹鵬等利用10%纖維素酶在溫度55℃、時(shí)間6 h、pH4.0條件下處理番茄皮渣,可溶性膳食纖維提取率為31%[54]。林文庭利用1%淀粉酶在溫度70℃、時(shí)間3 h、pH6處理后,經(jīng)0.3%蛋白酶在溫度60℃、時(shí)間2 h、pH6.5再次處理,最后在1%糖化酶溫度40℃、時(shí)間1 h、pH4.6條件下處理,膳食纖維提取率為46%[59]。酶解是提取膳食纖維的主要方法,一般處理?xiàng)l件較為溫和,溫度為50~70℃,但時(shí)間較長(zhǎng),需數(shù)小時(shí)。
2.3籽蛋白
番茄籽蛋白主要由球蛋白、清蛋白、醇溶蛋白和麥谷蛋白等組成,其中球蛋白含量達(dá)到70%[60]。番茄籽蛋白中必需氨基酸賴氨酸含量占11.38%、蘇氨酸含量占6.25%,均大于小麥蛋白的氨基酸含量,可作為氨基酸強(qiáng)化劑[61-64]。Carlon等報(bào)道,加入10%和20%番茄籽蛋白,小麥面包中賴氨酸含量分別提高40%和69%[13]。番茄籽蛋白是高品質(zhì)蛋白質(zhì),其總膳食、去脂肪膳食、蛋白精料的蛋白質(zhì)功效比值分別是1.8、1.9和2.0,蛋白質(zhì)凈利用率分別是2.7、2.5和2.5[5]。
干燥的番茄籽中蛋白質(zhì)含量為22.2%~33.9%,主要提取方法有酸、堿、鹽提取以及冷、熱處理提取等[65-70]。高pH和低pH均有利于番茄籽蛋白的提取,但提取的蛋白質(zhì)的性質(zhì)略有不同[65-66]。高pH提取的蛋白質(zhì)具有更好的乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性和起泡穩(wěn)定性,而低pH提取的蛋白質(zhì)具有更高的體積密度和較低的黏膜彈性[66-70]。Liadakis報(bào)道在溫度50℃、時(shí)間20 min、料液比1∶30(w/v)和pH11.5條件下,番茄籽蛋白提取率為66%[67],但pH降到3.5時(shí),提取的蛋白含量和賴氨酸以外的其他必須氨基酸含量都會(huì)減少[65]。不同鹽溶液對(duì)番茄籽蛋白提取率也有影響,在pH7.5條件下,0.5%(w/v)Na2SO3的番茄籽蛋白提取率為77%;5%(w/v)NaCl的提取率為93%[68]。
熱破碎處理后脫脂番茄籽蛋白提取率(9%~26%)比冷破碎脫脂番茄籽蛋白(25%~33%)提取率低,但熱破碎提取的蛋白乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性、起泡穩(wěn)定性、油吸收能力和水吸收能力更強(qiáng)[70]。因此,在提取番茄籽蛋白過(guò)程中,要考慮到所需蛋白特性選擇不同的提取方式和條件。
2.4番茄籽油
番茄籽油中脂肪酸主要是以C16和C18兩種形式存在,其脂肪酸組成和大豆油類似,密度、十六烷值、低溫流動(dòng)性與其他植物油類似,但粘度較高,揮發(fā)性、硫含量和灰分含量相對(duì)較低[71]。干燥番茄籽中脂肪含量為20.5%~29.6%,其中不飽和脂肪酸含量約為81%,飽和脂肪酸含量約為19%[71-72];不飽和脂肪酸中主要是亞油酸(含量約為48%~59%)和油酸(含量約為20%),飽和脂肪酸中主要是軟脂酸(含量約為12%~20%)和硬脂酸(含量<5%)[71-76]。較高的不飽和脂肪酸含量使得番茄籽油可以抑制胞內(nèi)氧自由基產(chǎn)生并中和氧化應(yīng)激信號(hào),在一定程度上具有降低體內(nèi)生理生化反應(yīng)的功能[77-78]。未進(jìn)行皮籽分離處理的皮渣提取得到的番茄籽油富含番茄紅素等類胡蘿卜素功能成分,可以用來(lái)強(qiáng)化橄欖油、葵花籽油、大豆油等食用油的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[79]。
番茄籽油主要通過(guò)乙醇、己烷等有機(jī)溶劑以及SC-CO2等方法進(jìn)行提取。溫度對(duì)番茄籽油的主要成分和生理活性無(wú)顯著影響,但不同提取方式對(duì)籽油提取率以及功能成分的含量會(huì)產(chǎn)生顯著影響[72-80]。Eller等以番茄籽油得率為指標(biāo),研究發(fā)現(xiàn)乙醇、己烷和SC-CO2的提取率分別為23.1%、20%和17.3%[80];以籽油中總植物甾醇為指標(biāo),SC-CO2的植物甾醇提取率最高,為1.23%,大于己烷提取的1.08%和乙醇提取的1.05%;并且含有最高的單植物甾醇含量,如豆甾醇、谷甾醇、環(huán)木菠蘿烷醇等。
SC-CO2提取番茄籽油主要影響因素是提取壓力,其次是時(shí)間和溫度,在30 MPa、50℃、2 h條件下番茄籽油提取率為96%[75]。由于溶劑密度會(huì)引起番茄籽油的溶解度改變,在壓力11~25 MPa和溫度40~70℃范圍內(nèi),番茄籽油提取率隨壓力升高而增加、隨溫度升高而降低[76]。
目前,針對(duì)番茄加工副產(chǎn)物的利用已經(jīng)開展了一些研究,但是這些研究更多地關(guān)注副產(chǎn)物利用的必要性和有關(guān)技術(shù)的開發(fā)研究,而利用中可能面臨和需要突破的瓶頸問(wèn)題還沒(méi)有系統(tǒng)的思考,正是這些問(wèn)題的存在使得副產(chǎn)物的利用技術(shù)難以得到應(yīng)用和推廣。
3.1番茄副產(chǎn)物收集與貯藏研究
番茄加工后的副產(chǎn)物含有大量水分,可達(dá)到60%~80%,高水分含量容易導(dǎo)致皮渣的腐爛,同時(shí)一些主要組分也會(huì)發(fā)生降解?,F(xiàn)有的文獻(xiàn)研究主要集中在番茄皮渣的應(yīng)用和組分的提取,而皮渣的收集、預(yù)處理和貯藏非常重要。一般來(lái)講,皮渣要及時(shí)進(jìn)行干燥脫水,并貯藏在通風(fēng)干燥的場(chǎng)所。目前對(duì)于原料的干燥、貯藏等預(yù)處理技術(shù)的研究尚無(wú)報(bào)道,因此干燥、貯藏等預(yù)處理技術(shù)與參數(shù)的優(yōu)化需要進(jìn)行系統(tǒng)而深入的研究。
3.2作為食品配料直接利用進(jìn)一步研究
番茄皮渣作為食品配料直接添加到食品,可以提高產(chǎn)品中蛋白質(zhì)、膳食纖維、賴氨酸等含量,并利于改善色澤。但是現(xiàn)有的研究表明添加過(guò)多會(huì)給食品的口感和整體接受度帶來(lái)不利影響,關(guān)于添加的優(yōu)化研究尚未見報(bào)道;同時(shí),除添加到肉制品和面制品外,還沒(méi)有在其他食品的應(yīng)用研究。因此,要進(jìn)一步優(yōu)化添加量,還要擴(kuò)大其應(yīng)用研究范圍,結(jié)合生產(chǎn)中的實(shí)際情況,提高食品質(zhì)量。
3.3高效提取技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用
番茄加工后副產(chǎn)物具有很好的深加工利用價(jià)值,通過(guò)化學(xué)、生物和物理等方法以及這些方法的結(jié)合已實(shí)現(xiàn)了皮渣中番茄紅素、蛋白質(zhì)、油脂等成分的有效提取,這些研究側(cè)重在研究方面,有關(guān)其產(chǎn)業(yè)開發(fā)的可行性和經(jīng)濟(jì)性研究還很缺乏。減少有機(jī)溶劑的使用、提高產(chǎn)品安全性、節(jié)能降耗以及降低生產(chǎn)成本等方面,需要進(jìn)一步開發(fā)提取技術(shù)及優(yōu)化副產(chǎn)物提取工藝,提高其應(yīng)用的可行性。
3.4番茄加工副產(chǎn)物的全效利用
對(duì)番茄加工副產(chǎn)物的利用應(yīng)遵循梯度開發(fā)、綜合利用的原則,應(yīng)通過(guò)對(duì)副產(chǎn)物的組分含量、衛(wèi)生程度、技術(shù)成熟性、經(jīng)濟(jì)性能等方面的系統(tǒng)評(píng)估后采用不同的開發(fā)方案,從食品化、飼料化、肥料化以及能源化等多方面進(jìn)行考慮,實(shí)現(xiàn)一物多用、全效利用,避免副產(chǎn)物利用后產(chǎn)生的二次副產(chǎn)物問(wèn)題,徹底實(shí)現(xiàn)零排放零污染。
總之,如何實(shí)現(xiàn)番茄副產(chǎn)物開發(fā)過(guò)程中的安全高效、綠色環(huán)保、節(jié)能降耗以及經(jīng)濟(jì)可行,仍然是副產(chǎn)物利用過(guò)程中面臨的重要研究課題。
[1]Encinar JM,González JF,Martínez G.Energetic use of the tomato plant waste[J].Fuel Processing Technology,2008,89(11):1193-1200.
[2]聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織數(shù)據(jù)庫(kù)FAOSTAT.http://faostat3.fao. org/home/index.html.
[3]全球及中國(guó)番茄制品行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀分析[R].中國(guó)產(chǎn)業(yè)調(diào)查網(wǎng),2013.
[4]Sogi D,Kiran J,Bawa H.Characterization and utilization of tomato seed oil from tomato processing waste[J].Journal of Food Science and Technology,1999,36(3):248-249.
[5]Sogi DS,Bhatia R,Garg SK,et al.Biological evaluation of tomatowasteseedmealsandproteinconcentrate[J].Food Chemistry,2005,89(1):53-56.
[6]Martine DM,Ehret EL,Papadopoulos AP.Tomato(Solanumly copersicum)health components:from the seed to the consumer[J].Phytochem Rev,2008,21(7):231-250.
[7]Ranveer RC,Patil SN,Sahoo AK.Effect of different parameters on enzyme-assisted extraction of lycopene from tomato processing waste[J].Food and Bioproducts Processing,2013,91(4):370-375.
[8]Lavelli V,Torresani MC.Modelling the stability of lycopenerich by-products of tomato processing[J].Food Chemistry,2011,125(2):529-535.
[9]Altan A,McCarthy KL,Maskan M.Evaluation of snack foods from barley-tomato pomace blends by extrusion processing[J]. Journal of Food Engineering,2008,84(2):231-242.
[10]Garcia ML,Calvo M M,Selgas MD.Beef hamburgers enriched in lycopene using dry tomato peel as an ingredient[J].Meat Science,2009,83:45-49.
[11]Sayed AN,Azeem AM.Evaluation of Dried Tomato Pomace as Feedstuff in the Diets of Growing Rabbits[J].IJAVMS,2009(3):13-18.
[12]Calvo M,García M,Selgas M.Dry fermented sausages enriched with lycopene from tomato peel[J].Meat Science,2008,80(2):167-172.
[13]Carlson BL,Knorr D,Watkins TR.Influence of tomato seed addition on the quality of wheat flour breads[J].Journal of Food Science,1981,46(4):1029-1031.
[14]徐桂花,霍超,于穎,等.番茄渣營(yíng)養(yǎng)面包的研制[J].糧油加工,2008(11):110-113.
[15]Majzoobi M,Ghavi F S,F(xiàn)arahnaky A,et al.Effect of tomato pomace powder on the physicochemical properties of flat bread(barbari bread)[J].Journal of Food Processing and Preservation,2011,35(2):247-256.
[16]Ekthamasut K.Effect of tomato seed meal on wheat pasting properties and alkaline noodle qualities[J].Australian Journal of Technology,2006(9):147-152.
[17]Lopez P,Nijsse J,Blonk HC,et al.Effect of mechanical and thermal treatments on the microstructure and rheological properties of carrot,broccoli and tomato dispersions[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2001,91(2):207-217.
[18]Agarwal L,Rao S.Carotenoids and chronic diseases[J]. Drug Metabol,2000,17(1-4):189-210.
[19]Pyke KA,Howells CA.Plastid and Stromule Morphogenesis in Tomato[J].Analysis of botany,2002,90(5):559-566.
[20]Shi J,Maguer ML,Bryan M,et al.Kinetics of lycopene degradation in tomato puree by heat and light irradiation[J]. Journal of Food Process Engineering,2003,25(6):485-498.
[21]Hirsch K,Atzmon A,Danilenko M,et al.Lycopene and other carotenoids inhibit estrogenic activity of 17 β-estradiol and genistein in cancer cells[J].Breast Cancer Research and Treatment,2007,104(2):221-230.
[22]Sapuntzakis MS,Borthakur G,Burns JL,et al.Correlations of dietary patterns with prostate health[J].Molecular Nutrition &Food Research,2008,52(1):114-130.
[23]Sharma SK,Maguer ML.Kinetics of lycopene degradation in tomato pulp solids underdifferentprocessingandstorage conditions[J].Food Research International,1996,29(3-4):309-315.
[24]Cadoni E,De Giorgi MR,Medda E,et al.Supercritical CO2extraction of lycopene and β-carotene from ripe tomatoes[J]. Dye Pigment,2000,44:27-32.
[25]Choksi M,Joshi C.A review on Lycopene-Extraction[J]. Purification,Stability and Applications,2007,10(2):289-298.[26]Nguyen M,F(xiàn)rancis D,Schwartz S.Thermal isomerisation susceptibility of carotenoids in different tomato varieties[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture,2001,81(9):910-917.
[27]Kaur D,Wani AA,Sogi D,et al.Sorption isotherms and drying characteristics of tomato peel isolated from tomato pomace[J].Drying technology,2006,24(11):1515-1520.
[28]Kassama LS,Shi J,Mittal GS.Optimization of supercritical fluid extraction of lycopene from tomato skin with central composite rotatable design models[J].Separation and Purification Technology,2008,60(3-6):278-284.
[29]Periago MJ,Rincon F,Agüera MD,et al.Mixture approach for optimizing lycopene extraction from tomato and tomato products[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2004,52(19):5796-5802.
[30]梁智慧.番茄皮渣中番茄紅素的提取及其穩(wěn)定性的研究[D].石河子:石河子大學(xué),2004.
[31]Papaioannou EH,Karabelas AJ.Lycopene recovery from tomato peel under mild conditions assisted by enzymatic pretreatment and non-ionic surfactants[J].Acta Biochimica Polonica,2012,59(1):71.
[32]Cuccolini S,Aldini A,Visai L,et al.Environmentally friendly lycopene purification from tomato peel waste:enzymatic assisted aqueous extraction[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2012,61(8):1646-1651.
[33]Kumcuoglu S,Yilmaz T,Tavman S.Ultrasound assisted extraction of lycopene from tomato processing wastes[J].Journal of Food Science and Technology,2013,23(7):1-6.
[34]Lavecchia R,Zuorro A.Improved lycopene extraction from tomato peels using cell-wall degrading enzymes[J].European Food Research and Technology,2008,228(1):153-158.
[35]Zuorro A,F(xiàn)idaleo M,Lavecchia R.Enzyme-assisted extraction of lycopene from tomato processing waste[J].Enzyme and microbial technology,2011,49(6):567-573.
[36]Eh AL,Teoh SG.Novel modified ultrasonication technique for the extraction of lycopene from tomatoes[J].Ultrasonicssonochemistry,2012,19(1):151-159.
[37]蔡基智,周芳梅.超聲法輔助提取番茄渣中番茄紅素的工藝研究[J].現(xiàn)代食品科技,2010,26(7):724-727.
[38]張曉敏,徐金玉,杜鵑,等.微波萃取番茄皮中番茄紅素的工藝研究[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2006(2):117-120.
[39]蘇亞洲.番茄皮中番茄紅素的提取分離及穩(wěn)定性研究[D].烏魯木齊:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué),2010.
[40]Xi J.Effect of high pressure processing on the extraction of lycopene in tomato paste waste[J].Chemical engineering& technology,2006,29(6):736-739.
[41]Fernandez R V,Torrecilla J S,Camara M,et al.Radial basis network analysis of color parameters to estimate lycopene content on tomato fruits[J].Talanta,2010,83(1):9-13.
[42]Konar N,Haspolat I,Poyrazogˇlu ES,et al.A Review on Supercritical Fluid Extraction(SFE)of Lycopene from Tomato and Tomato Products[J].Karaelmas Science and Engineering Journal,2012,2(1):69-75.
[43]Cadoni E,Griorgi MR,Medda E,et al.Supercritical CO2extration of lycopene and β-carotene from ripe tomatoes[J]. DysPigments,2000,1:27-32.
[44]Sabio E,Lozano M,Montero V,et al.Lycopene and β-Carotene Extraction from Tomato Processing Waste Using Supercritical CO2[J].Industrial and Engineering Chemistry Research,2003,42(25):6641-6646.
[45]Montesano D,F(xiàn)allarino F,Cossignani L,et al.Innovative extraction procedure for obtaining high pure lycopene from tomato[J].European Food Research and Technology,2008,226(3):327-335.
[46]Nobre B P,Palavrab A F,Pessoac L P,et al.Supercritical CO2extraction of trans-lycopene from Portuguese tomato industrial waste[J].Food Chemistry,2009,116(3):680-685.
[47]Wang Y H,Mosebach C M,Kibbey A S,et al.Generation of Arabidopsis Mutants by Heterologous Expression of a Full-Length cDNA Library from Tomato Fruits[J].Plant Molecular Biology Reporter,2009,27(4):454-461.
[48]Liang Q X,Huang Q C,Cao G Q,et al.Study of Biological Effects of Low Energy Ion Implantation on Tomato and Radish Breeding[J].Plasma Science and Technology,2008(2):1088-1009.
[49]Shi ML,Hua GG,Liu HX,et al.Analysis of defence enzymesinduced by antagonistic bacterium Bacillussubtilis strain AR12 to wards Ralstoniasolanacearum in tomato[J].Annals of Microbiology,2008,58(4):573-578.
[50]Ciurlia L,Bleve M,Rescio L.Supercritical carbon dioxide co-extraction of tomatoes(Lycopersicumesculentum L.)and hazelnuts(Corylusavellana L.):A new procedure in obtaining a source of natural lycopene[J].The Journal of Supercritical Fluids,2009,49(3):338-344.
[51]Ollanketo M,Hartonen K,Riekkola ML,et al.Supercritical carbon dioxide extraction of lycopene in tomato skins[J]. European Food Research and Technology,2001,212(5):561-565.
[52]Claye SS,Idouraine A,Weber C W.Extraction and fractionation of insoluble fiber from five fiber sources[J].Food Chemistry,1996,57(2):305-310.
[53]Bobek P,Ozdín L,Hromadová M.The effect of dried tomato,grape and apple pomace on the cholesterol metabolism and antioxidative enzymatic system in rats with hypercholesterolemia[J].Food Nahrung,1998,42(5):317-320.
[54]劉紹鵬,陳文,慕春海.纖維素酶提取水溶性膳食纖維工藝的研究[J].食品與藥品,2008,10(4):32-34.
[55]Alfaro AA,Cebrián MC,Herrera JA,et al.Molecular variability of Spanish and Hungarian isolates of Tomato torrado virus[J].Plant Pathology,2010,59(4):785-793.
[56]劉洵妤.改性番茄皮渣膳食纖維理化性質(zhì)及其應(yīng)用[D].重慶:西南大學(xué),2011.
[57]敬思群,楊文菊.番茄渣、皮成分分析及在食品加工中的應(yīng)用[J].新疆大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,23(2):197-200.
[58]Fahey G,Merchen N,Corbin J,et al.Dietary fiber for dogs:II.Iso-total dietary fiber(TDF)additions of divergent fiber sources to dog diets and their effects on nutrient intake,digestibility,metabolizable energy and digesta mean retention time[J].Journal of Animal Science,1990,68(12):4229-4235.
[59]林文庭.番茄渣膳食纖維酶法提取工藝及其特性研究[J].中國(guó)食品添加劑,2006,9(30):55-57.
[60]Muhtaseb AH,Harahsheh M,Hararah M,et al.Drying characteristics and quality change of unutilized-protein richtomato pomace with and without osmotic pre-treatment[J]. Industrial Crops and Products,2010,31(1):171-177.
[61]Rao PU.Nutrient composition and biological evaluation of defatted tomato(Lycopersicum esculentus)seed cake[J].Plant Foods for Human Nutrition,1991,41(1):101-106.
[62]Wandawi HA,Rahman MA,Shaikhly KA.Tomato processing wastes as essential raw materials source.Agricultural and Food Chemistry[J].Food Chem,1985,33(5):804-807.
[63]Chumpawadee S.Degradation Characteristic of Tomato Pomace,Soybean Hull and Peanut Pod in the Rumen Using Nylon Bag Technique[J].Asian Network for Scientific Information,2009,10:1717-1721.
[64]Sogi D,Shivhare U,Garg S,et al.Water sorption isotherm and drying characteristics of tomato seeds[J].Biosystems Engineering, 2003,84(3):297-301.
[65]Kramer A,Kwee W H.Functional and nutritional properties of tomato protein contentrates[J].Journal of Food Science,1997,42(1):207-211.
[66]Kiosseoglou V,Theodorakis K,Doxastakis G.The rheology of tomato seed protein isolate films at the corn oil-water interface[J].Colloid and Polymer Science,1989,267(9):834-838.
[67]Liadakis G N,Tzia C,Oreopoulou V,et al.Protein Isolation from Tomato Seed Meal,Extraction Optimization[J].Journal of Food Science,1995,60(3):477-482.
[68]Liadakis G N,Tzia C,Oreopoulou V,et al.Isolation of Tomato Seed Meal Proteins with Salt Solutions[J].Journal of Food Science,1998,63(3):450-453.
[69]Shao D,Bartley G E,Yokoyama W,et al.Plasma and hepatic cholesterol-lowering effects of tomato pomace,tomato seed oil and defatted tomato seed in hamsters fed with high-fat diets[J]. Food Chemistry,2013,139(1-4):589-596.
[70]Shao D,Atungulu G,Pan Z,et al.Characteristics of Isolation and Functionality of Protein from Tomato Pomace Produced with Different Industrial Processing Methods[J].Food and Bioprocess Technology,2014,7(2):532-541.
[71]Giannelos P,Sxizas S,Lois F,et al.Physical,chemical and fuel related properties of tomato seed oil for evaluating its direct use in diesel engines[J].Industrial Crops and Products,2005,22(3):193-199.
[72]Cantarelli P,Regitano M,Palma E.Physicochemical characteristics and fatty acid composition of tomato seed oils from processing wastes[J].Scientia Agricola,1993,50(1):117-120.
[73]Dabrowska M.Utilisation of tomato seed for oil production[J].PraceInstytutowiLaboratoriowBadawczychPrzemystu Spozywczego,1970,20:511-522.
[74]Lazos E S,Tsaknis J,Lalas S.Characteristics and composition of tomato seed oil[J].Grasasyaceites,1998,49(5-6):440-445.
[75]Shen X Y,Xu S Y.Supercritical CO2extraction of tomato seed oil[J].Journal of Food Technology,2005,3(2):226-231.
[76]Roy B C,Goto M,Hirose T.Temperature and pressure effects on supercritical CO2extraction of tomato seed oil[J].International Journal of Food Science&Technology,1996,31(2):137-141.
[77]Sogi D S,Garg S K,Bawa A S.Functional Properties of Seed Meals and Protein Concentrates From Tomato-processing Waste[J].Journal of Food Science,2002,67(8):2997-3001.
[78]Müller L,Catalano A,Simone R,et al.Antioxidant capacity of tomato seed oil in solution and its redox properties in cultured macrophages[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2013,61(2):346-354.
[79]Benakmoum A,Abbeddou S,Ammouche A,et al.Valorisation of low quality edible oil with tomato peel waste[J].Food Chemistry,2008,110(3):684-690.
[80]Eller F,Moser J,Kenar J,et al.Extraction and analysis of tomato seed oil[J].Journal of the American Oil Chemists’Society,2010,87(7):755-762.
Utilization of by-products from tomato processing
GAO Ge1,WANG Yong-tao1,LIAN Yun-he2,AN Xiao-dong2,LIAO Xiao-jun1,*,SUN Zhi-jian1
(1.College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University,National Engineering Research Centre for Fruit and Vegetable Processing,Key Laboratory of Fruit and Vegetable Processing,Ministry of Agriculture,Beijing 100083,China;2.Chenguang Biotech Group Co,Ltd,Handan 057250,China)
Tomato,which is widely planted as an vegetable in the world,can be processed into tomato paste,canned tomato,tomato powder and other products.About 3%~8%of the by-products are produced from tomato processing,its waste will pollute the environment.This paper mainly reviewed the utilization of byproducts from tomato processing,including direct application in foods as food ingredients and extraction of functional constituents,such as lycopene,dietary fiber,seed protein and seed oil.Moreover,the issues concerning the use of the tomato by-products were discussed and analyzed.
tomato;by-products;utilization;development
TS255.36
A
1002-0306(2015)18-0385-06
10.13386/j.issn1002-0306.2015.18.070
2014-12-01
高歌(1990-),女,博士研究生,主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏方面的研究,E-mail:ireneggg@126.com。
廖小軍(1966-),男,博士,教授,主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏方面的研究,E-mail:liaoxjun@hotmail.com。
公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201403079)。