番茄紅素提取、純化和穩(wěn)定性提高技術(shù)研究

周亞杰，郭原，馮鵬，馮敏

南京中科藥業(yè)有限公司，江蘇南京 210008

番茄紅素的各方面功效性比較好，具有強(qiáng)大的抗氧化性，去自由基、延緩衰老、抵御疾病的能力較強(qiáng)。對(duì)前列腺疾病的防治、惡性腫瘤、心腦血管均有正面的作用。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)之后，我國(guó)的番茄紅素需求量不斷提升，尤其是高濃度的番茄紅素制品已成為重要的研究方向。

現(xiàn)階段，使用有機(jī)溶劑從番茄中獲取大量的粗提物，采用此種方法獲得的番茄紅素純度比較低，無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前的市場(chǎng)需求。番茄紅素粗提物中含有一定的油性樹(shù)脂等成分，此類(lèi)溶劑有一定的毒副作用，并且有殘留，產(chǎn)品直接使用安全性得不到保證。通過(guò)對(duì)番茄紅素粗提物進(jìn)行科學(xué)的純化處理，并應(yīng)用到食品之中，能夠保證食品更為安全。鑒于此，該文重點(diǎn)分析番茄紅素提取、純化和穩(wěn)定性提高技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。

1 研究番茄紅素提取、純化和穩(wěn)定性提高技術(shù)的重要價(jià)值

番茄紅素是成熟番茄的主要色素，是一種脂溶性不飽和碳?xì)渫瑫r(shí)不含氧的類(lèi)胡蘿卜素，屬于開(kāi)鏈?zhǔn)讲伙柡秃}卜素。番茄紅素的抗氧化性能比較強(qiáng)，是比較好的自由基猝滅劑，結(jié)合相關(guān)研究能夠得知，在所有的胡蘿卜素中，番茄紅素的抗氧化性最強(qiáng)。根據(jù)大量的病學(xué)資料數(shù)據(jù)能夠得知[1]，在預(yù)防癌癥方面，番茄紅素的效果也比較突出，尤其是在預(yù)防心血管疾病層面，比其他的類(lèi)胡蘿卜素效果更為顯著。

番茄紅素分子式為C40H56，分子量為536．85，純品為針狀深紅色晶體，在分子結(jié)構(gòu)上有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?。在同一平面中，存在很多共軛雙鍵，特別容易被氧化分解，形成反式向順式構(gòu)型。番茄紅素在采收、提取、灌裝，包括存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，受外界眾多因素影響較大，使得番茄紅素產(chǎn)品失去既有的色澤，包括番茄紅素的抗氧化等生理活性，使得番茄紅素制品產(chǎn)生對(duì)人體有害的酮類(lèi)物質(zhì)。因?yàn)榉鸭t素的功能比較多樣，化學(xué)結(jié)構(gòu)也較為特殊，因此，研究番茄紅素提取、純化合穩(wěn)定性提高技術(shù)至關(guān)重要。

2 番茄紅素提取、純化技術(shù)分析

2.1 番茄紅素提取技術(shù)分析

2.1.1 溶劑提取技術(shù) 所謂溶劑提取法，是運(yùn)用相似相溶的原理，結(jié)合番茄紅素在有機(jī)溶劑當(dāng)中的溶解性能差異，將番茄紅素有效提取。此項(xiàng)方法的應(yīng)用時(shí)間比較長(zhǎng)，是最古老的提取方法之一，具體的操作步驟如下：將原料實(shí)施良好的預(yù)處理，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的溶劑萃取之后，將提取液進(jìn)行濃縮處理，獲得粗產(chǎn)品。研究人員經(jīng)常使用的有機(jī)溶劑主要有石油醚與丙酮等[2]。

因?yàn)槭褂玫奶崛∪軇┍壤嬖诓町?，番茄紅素提取率也不同，若氯仿與甲醇體積比例是2:1，能夠活得比較高的番茄紅素提取率，可以達(dá)到0.49 mg/g。運(yùn)用溶劑提取法提取番茄紅素，具有成本低、操作方便等特點(diǎn)，但是，運(yùn)用此提取法，番茄紅素的提取效率比較低，產(chǎn)品純度也比較低，產(chǎn)物回收率也較低，無(wú)法滿(mǎn)足番茄紅素制品生產(chǎn)需求。大部分的溶劑對(duì)人體有害。

2.1.2 超聲波輔助提取技術(shù) 此項(xiàng)提取技術(shù)主要指的是自天然原料當(dāng)中提取部分天然物質(zhì)，因?yàn)槌暡ň哂休^強(qiáng)的空化效應(yīng)與機(jī)械攪拌效應(yīng)，能夠促進(jìn)目的成分更好地進(jìn)入到溶劑之中，然后采用溶劑提取法，收集目的成分，使得產(chǎn)物提取率不斷提升[3]。國(guó)外相關(guān)人員運(yùn)用超聲波輔助技術(shù)提取番茄紅素，運(yùn)用響應(yīng)曲面進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：與常規(guī)的番茄紅素提取工藝相比較來(lái)講，此項(xiàng)提取方法的合理運(yùn)用，能夠保證反式番茄紅素產(chǎn)量有效提升，番茄紅素的提取效率顯著提高。在提取的過(guò)程當(dāng)中，需要在氮?dú)饬鳟?dāng)中進(jìn)行，有效防止番茄紅素出現(xiàn)降解現(xiàn)象。

2.1.3 超臨界流體萃取技術(shù) 此項(xiàng)提取方法主要指的是在超臨界狀態(tài)之下，在合適的溫度、壓力等條件中，讓待萃取物質(zhì)和處于超臨界狀態(tài)下的流體有效接觸，萃取物質(zhì)逐漸被萃取，最后采用減壓與升溫方法，將超臨界流體有效的還原，形成常規(guī)狀態(tài)，目的產(chǎn)物會(huì)直接析出，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的分離之后，獲得最終的產(chǎn)物。常用的萃取介質(zhì)主要由乙烯、甲醇、CO2，現(xiàn)階段使用最多的為CO2。

2.1.4 高壓脈沖電廠輔助提取技術(shù) 此項(xiàng)番茄紅素提取技術(shù)是最近幾年來(lái)興起的新型技術(shù)，其核心原理是針對(duì)處于兩級(jí)電場(chǎng)間物料，通過(guò)施加短脈沖高電壓，使得物料當(dāng)中的極性分子逐漸向電極方向運(yùn)動(dòng)，結(jié)合細(xì)胞膜電穿孔理論，組織細(xì)胞會(huì)受到破壞，使得番茄紅素自細(xì)胞中溶出。此項(xiàng)提取技術(shù)屬于非熱處理技術(shù)的一種，能夠防止食品的天然風(fēng)味和功能發(fā)生損失[4]。

2.2 番茄紅素純化技術(shù)分析

2.2.1 膜分離技術(shù) 這種技術(shù)的純化原理是通過(guò)選擇性透過(guò)膜作為分離的介質(zhì)，運(yùn)用膜將混合物中的各個(gè)組分滲透性不同原理，將番茄紅素進(jìn)行有效富集，真正達(dá)到分離目的。比如錯(cuò)流微過(guò)濾法的運(yùn)用，在不加熱情況下，能夠?qū)⑻崛∥镏械母黜?xiàng)成分有效分離。此項(xiàng)技術(shù)取得的效果，主要由膜選擇性決定，膜類(lèi)型比較多，例如陶瓷膜，此種膜的穩(wěn)定性比較好，機(jī)械強(qiáng)度較大，成本也比較低，應(yīng)用范圍比較廣泛。通過(guò)合理利用膜分離提取技術(shù)，即使操作溫度過(guò)低，仍然能夠防止番茄紅素?zé)崦粜猿煞至魇?，避免番茄紅素制品感官品質(zhì)發(fā)生較大變化[5]。

2.2.2 大孔吸附樹(shù)脂純化技術(shù) 大孔吸附樹(shù)脂主要由交聯(lián)劑與致孔劑、分散劑等通過(guò)聚合反應(yīng)，形成高分子聚合物，因?yàn)榇祟?lèi)物質(zhì)屬于多孔結(jié)構(gòu)，機(jī)械強(qiáng)度也比較大，而且具有較好的耐酸堿性，使用壽命也比較長(zhǎng)?，F(xiàn)階段，一些特異性基因團(tuán)移接于大孔吸附樹(shù)脂之上，使得其吸附性能得到良好改善，所以，此項(xiàng)純化技術(shù)被廣泛運(yùn)用到食品工業(yè)與廢水處理當(dāng)中[6]。

國(guó)外相關(guān)人員采用大孔吸附樹(shù)脂純化技術(shù)，將番茄皮中的番茄紅素有效純化，通過(guò)對(duì)20 種大孔樹(shù)脂吸附特性進(jìn)行全面分析，得出LX-68 類(lèi)型樹(shù)脂吸附性顯著，并將其作為吸附劑，經(jīng)過(guò)一系列處理之后，粗提物當(dāng)中的番茄紅素含量明顯增加，回收率提高到66.8%。

3 番茄紅素穩(wěn)定性提高技術(shù)研究

雖然番茄紅素對(duì)人體多方面的健康有很多的作用，其提取、純化方法也比較多，但是，將這些提取、純化方法應(yīng)用到食品工業(yè)領(lǐng)域有一定難度[7]。由于番茄紅素屬于開(kāi)放式直鏈不飽和碳?xì)渫瑫r(shí)不含氧的化合物，受自身結(jié)構(gòu)的影響，其化學(xué)不穩(wěn)定性較為突出，具體體現(xiàn)在水溶性差，對(duì)金屬離子敏感等。

3.1 微乳化穩(wěn)定性提高技術(shù)

微乳化穩(wěn)定性提高技術(shù)，主要指的是將番茄紅素、水相與表面活性劑根據(jù)相應(yīng)比例進(jìn)行攪拌均勻，形成透明、熱力學(xué)穩(wěn)定性比較好的小液滴。在操作過(guò)程中，表面活性劑能夠有效降低O/W 體系界面張力，可以將張力降為負(fù)值，使得界面逐漸擴(kuò)張，番茄紅素能夠更為均勻地分散在混合體系之中，使得番茄紅素的水溶性、穩(wěn)定性得到良好改善。番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)表1。

表1 番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線分析

3.2 微囊穩(wěn)定性提高技術(shù)

為了充分利用番茄紅素，可采用微膠囊技術(shù)將番茄紅素包埋。所謂微膠囊技術(shù)，就是通過(guò)選用合適的成膜材料（壁材）將液體、固體甚至是氣體（芯材）包覆形成微小顆粒的技術(shù)，微膠囊處理后，芯材不與外界環(huán)境因素直接接觸，得到有效保護(hù)。壁材對(duì)芯材內(nèi)部的番茄紅素起到良好保護(hù)作用，防止番茄紅素被直接氧化，避免了番茄紅素與外界環(huán)境的直接接觸，遇光發(fā)生分解，進(jìn)而提高穩(wěn)定性。成膜的材料具備較強(qiáng)的緩釋功能，能夠保證番茄紅素在人體內(nèi)部發(fā)揮作用時(shí)間有效延長(zhǎng)[8]。

研究人員采用明膠、破壁靈芝孢子粉、鹿糖、脫脂奶粉作為包裹番茄紅素膜材料，在一級(jí)反應(yīng)中，準(zhǔn)確測(cè)定了番茄紅素在微膠囊當(dāng)中的分解情況，結(jié)果表明，通過(guò)模擬人類(lèi)胃系統(tǒng)的pH 是3.5，經(jīng)過(guò)2 h 之后，成膜材微膠囊之中的番茄紅素釋放率較低，很大一部分的番茄紅素隨著微膠囊直接進(jìn)入到了小腸中，使得番茄紅素被人體吸收的效率不斷提升。

3.3 納米穩(wěn)定性處理技術(shù)

納米處理技術(shù)和微囊包埋技術(shù)原理相似，但是，微囊技術(shù)能夠?qū)Ⅲw系直接縮小，達(dá)到納米級(jí)別，讓材料具有納米特性，例如體積效應(yīng)與表面效應(yīng)等。此項(xiàng)處理技術(shù)的表現(xiàn)形式多樣，可以直接將材料加工為納米囊與納米球。通過(guò)采用納米穩(wěn)定性處理技術(shù)，能夠保證番茄紅素的溶解性與穩(wěn)定性，包括靶向釋放性能不斷提升，生物利用度逐漸提升。番茄紅素在不同的有機(jī)溶劑中，其最大吸收峰見(jiàn)表2。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)番茄紅素提取、純化和穩(wěn)定性提高技術(shù)進(jìn)行全面分析與思考，例如溶劑提取技術(shù)、超聲波輔助提取技術(shù)、超臨界流體萃取技術(shù)、高壓脈沖電廠輔助提取技術(shù)、微乳化穩(wěn)定性提高技術(shù)、納米穩(wěn)定性處理技術(shù)、微膠囊穩(wěn)定性提高技術(shù)等，能夠保證番茄紅素提取、純化和穩(wěn)定性提高技術(shù)得到更好運(yùn)用，有效提升番茄紅素的提取、純化效率。

表2 番茄紅素在不同有機(jī)溶劑中的最大吸收峰