番茄中番茄红素提取工艺的优化

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摘要：采用浸提法从番茄（Lycopersicon esculentum）中提取番茄红素，建立番茄红素含量测定的方法，并在单因素试验的基础上采用正交试验优化提取溶剂、料液比、提取时间和提取温度等提取条件。结果表明，以苏丹Ⅰ色素代替番茄红素标准品绘制标准曲线准确度高、重复性好，适合实验室常规定量测定番茄红素含量。优化的提取工艺条件为氯仿作提取溶剂、料液比1∶7（m番茄浆∶V提取溶剂，g/mL）、提取时间2.0 h、提取温度35 ℃，此条件下番茄红素提取率为0.483%。

关键词：番茄红素；番茄（Lycopersicon esculentum）；提取；优化

中图分类号：S641.2；R284.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）15-3642-05

番茄红素是植物和微生物合成的一种天然色素，具有极强的抗氧化活性。经流行病学研究证明，番茄红素具有预防癌症、延缓衰老、保护心血管、防止和减轻紫外线照射、保护皮肤、预防白内障等功用[1]。当前从番茄（Lycopersicon esculentum）果实中提取番茄红素和测定番茄红素含量的方法很多，本研究旨在建立一种简便易行、适合农业种植中心使用、常规实验室可行、具有一定稳定性的番茄红素含量测定方法，并优化提取工艺条件，为进一步研究番茄红素提供科学根据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

提取番茄红素的原料为取自南宁市广西现代农业技术展示中心内塑料大棚温室种植的金丹Ⅰ番茄。主要试剂包括苏丹Ⅰ、乙醇、丙酮、氯仿等，均为国产分析纯。

主要仪器包括800B型台式离心机，上海安亭科学仪器厂；CR-10小型色差计，杭州汇尔仪器设备有限公司；VIS-7220型可见分光光度计，北京瑞利分析仪器公司；AL204型电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；多功能食品搅拌机，任发电器实业有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 番茄中番茄红素的提取流程 番茄水洗后打浆准确称取番茄浆3 g无水乙醇预处理加入有机溶剂在一定温度下避光浸提测定提取液体积取提取液1 mL定容至10 mL测定番茄红素提取率。

1.2.2 番茄红素的吸收光谱 取坚熟期金丹Ⅰ番茄样品8个，洗净打浆，准确称取3 g番茄浆，用2 mL无水乙醇处理后3 000 r/min离心10 min，弃上清，沉淀中加入20 mL丙酮—石油醚提取2 h，水洗除去丙酮，取上层有机相1 mL用石油醚定容至10 mL，在波长400～700 nm范围内进行吸收光谱扫描。

1.2.3 番茄红素标准曲线的绘制 纯番茄红素标准品极不稳定，且价格极其昂贵[2]，而苏丹Ⅰ色素稳定，价格便宜，其乙醇溶液与番茄红素提取液的最大吸收波长相似，因此本试验参照文献[3]、[4]的测定方法，采用苏丹Ⅰ代替纯番茄红素绘制标准曲线，计算番茄红素提取率。称取0.025 0 g精制苏丹Ⅰ，用适量无水乙醇溶解后定容至50 mL，得苏丹Ⅰ标准液。准确吸取0.26、0.52、0.78、1.04、1.30 mL苏丹Ⅰ标准液，用无水乙醇稀释并定容至50 mL，所得苏丹Ⅰ系列工作液分别相当于0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 μg/mL的番茄红素标准液。以蒸馏水为对照，用分光光度计测定苏丹Ⅰ系列工作液在“1.2.2”测得的番茄红素最大吸收波长处的吸光度，以吸光度y为纵坐标、苏丹Ⅰ工作液所相当的番茄红素浓度x为横坐标绘制标准曲线。同法测定番茄红素提取液的吸光度，计算提取液中番茄红素浓度和番茄红素的提取率。

番茄红素提取率=提取液中番茄红素的浓度×提取液体积/番茄浆质量×100%

1.2.4 番茄红素提取工艺条件的优化 设置单因素试验和正交试验考察提取溶剂、料液比、提取时间和提取温度对番茄红素提取率的影响，优化番茄红素提取工艺条件。①提取溶剂对番茄红素提取率的影响。准确称取3 g番茄浆5份于小烧杯中，用2 mL乙醇处理后于3 000 r/min离心脱水10 min，弃去上清液，分别加入20 mL氯仿、丙酮、石油醚、丙酮—石油醚（体积比1∶1，下同）、无水乙醇作为提取溶剂，于35 ℃下避光提取2 h，其中以丙酮—石油醚为提取溶剂时先水洗除去丙酮，测定番茄红素提取率。②料液比对番茄红素提取率的影响。准确称取3 g番茄浆5份，用2 mL乙醇处理后于3 000 r/min离心脱水10 min，弃去上清液，分别加入12、15、18、21、24 mL丙酮—石油醚，即料液比（m番茄浆∶V提取溶剂，g/mL，下同）分别为1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8，于35 ℃下避光提取2 h，测定番茄红素提取率。③提取时间对番茄红素提取率的影响。准确称取3 g番茄浆5份，加入20 mL丙酮—石油醚，于35 ℃下避光提取，提取时间分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，测定番茄红素提取率。④提取温度对番茄红素提取率的影响。准确称取3 g番茄浆5份，加入20 mL丙酮—石油醚，分别于25、35、45、55、65 ℃下避光提取2 h，测定番茄红素提取率。⑤正交试验。选取提取溶剂、料液比、提取时间和提取温度4个因素，以番茄红素提取率为指标，设计四因素三水平正交试验优化番茄红素提取工艺条件，正交试验因素与水平见表1。

1.2.5 精密度和重复性试验 ①精密度试验。准确称取3 g金丹Ⅰ番茄浆，按优化的提取方法提取番茄红素，精确吸取2 份提取液各1 mL，分别用石油醚定容至10 mL；分别精确吸取苏丹Ⅰ标准溶液0.78、1.04 mL，用无水乙醇定容至50mL（相当于番茄红素标准溶液1.5、2.0 μg/mL），分别测定上述4份溶液的吸光度，重复5次。计算RSD，评价试验方法的精密度。②重复性试验。准确称取5份金丹Ⅰ番茄浆，按优化的提取方法提取番茄红素，分别测定提取液的吸光度，计算番茄红素提取率，并计算RSD，评价试验方法的重复性。③加样回收率试验。准确称取已测定番茄红素含量的番茄浆1.5 g 5份，各加入1 mL无水乙醇预处理后再准确加入0.58 mL苏丹Ⅰ标准溶液（相当于55.77 μg番茄红素标准品），再次测定番茄红素含量，计算回收率及RSD，评价试验方法的准确度。

1.2.6 番茄红素的稳定性 准确称取3 g金丹Ⅰ番茄浆，按最佳提取工艺提取番茄红素，精确吸取提取液1 mL，用石油醚定容至10 mL，加盖后于自然光条件下放置0、1、2、4、6 h后测定溶液吸光度，考察番茄红素的稳定性。

2 结果与分析

2.1 番茄红素的吸收光谱

金丹Ⅰ番茄红素提取液稀释后在400～700 nm波长范围内进行吸收光谱扫描，结果见图1。从图1可以看出，样品提取液在444、472、502 nm处各有一个吸收峰，其中最大吸收波长为472 nm，与文献报道的番茄红素标准品的吸收特性[2]完全一致，说明提取液中含有番茄红素。经分析，番茄红素提取液在502 nm处的吸光度为472 nm处吸光度的84.40%，此时β-胡萝卜素等杂质的干扰较小[4]，因此本试验选择测定波长为502 nm。

2.2 番茄红素标准曲线

以价格便宜、性质稳定的苏丹Ⅰ色素代替番茄红素作为标准品，测定系列标准液在502 nm处的吸光度，得到番茄红素浓度x对吸光度y的标准曲线见图2，回归方程为y=0.266x+0.005，R2=0.999，线性关系较好，适用于实验室常规定量测定番茄红素含量。

2.3 单因素试验结果

2.3.1 提取溶剂对番茄红素提取率的影响 分别以氯仿、丙酮、石油醚、丙酮—石油醚、无水乙醇作提取溶剂提取番茄红素，所得番茄红素提取率结果见图3。由图3可知，不同提取溶剂对番茄红素的提取效果不同，其中氯仿作提取溶剂番茄红素提取率最高，其次是丙酮—石油醚，番茄红素提取率为以氯仿作提取溶剂时的93.1%；石油醚与无水乙醇的提取效果最差，与沈连清等[5]、俞健等[6]的研究结果一致。试验过程中发现加入石油醚或无水乙醇后，经脱水的番茄浆以团状存在，不能分散，与溶剂不能充分接触，导致提取效果差，而加入其他3种提取溶剂后番茄浆能均匀分散在溶剂中，因此提取效果较好。考虑到氯仿毒性较大，后续试验选择丙酮—石油醚作提取溶剂。

2.3.2 料液比对番茄红素提取率的影响 以丙酮—石油醚为提取溶剂，分别在料液比1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8的条件下提取番茄浆中的番茄红素，所得番茄红素提取率结果见图4。由图4可知，番茄红素的提取率先随提取溶剂用量的增加而升高较快，料液比达1∶6后，再增加提取溶剂用量，提取率升高的幅度很小，提取效果基本稳定。

2.3.3 提取时间对番茄红素提取率的影响 提取时间分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，所得番茄红素提取率结果见图5。从图5可以看出，番茄红素提取率随提取时间的延长先迅速升高，提取时间超过1.0 h后升高速度较慢，提取时间为2.0 h时的提取率是提取时间为2.5 h时提取率的99.3%，说明2.0 h时番茄红素的提取已基本完成。

2.3.4 提取温度对番茄红素提取率的影响 提取温度对番茄红素提取率的影响结果见图6。从图6可以看出，提取温度由25 ℃升高到35 ℃，番茄红素的提取率略有升高，提取温度进一步升高，番茄红素提取率逐渐降低，表明番茄红素对热不稳定，长时间处在较高温度条件下容易分解，从而造成提取率降低。

2.4 正交试验结果

根据单因素试验结果，提取溶剂、料液比、提取时间和提取温度等因素均对番茄红素的提取率有一定影响，选取这4个因素及其对应的3个较优水平进行四因素三水平正交试验，结果见表2。由极差分析可知，各因素中对番茄红素提取率影响最大的是提取溶剂，其次是提取温度，再次是料液比，提取时间的影响最小。最佳工艺组合为A1B2C3D2，即氯仿作提取溶剂、料液比1∶7、提取时间2.5 h、提取温度35 ℃。由于提取时间对番茄红素提取率的影响很小，提取时间为2.0 h或2.5 h时提取率相差不大，从简化操作、节约成本的角度考虑，提取时间选择2.0 h，此条件下番茄红素的提取率为0.483%，高于其他正交试验组合的结果。考虑到氯仿与丙酮—石油醚作提取溶剂提取率相差不大，且氯仿有毒，在实际操作中还是建议采用丙酮—石油醚作提取溶剂。

2.5 精密度和重复性试验结果

2.5.1 精密度试验结果 分别取番茄红素提取液和苏丹Ⅰ标准溶液各2份，测定其在502 nm处的吸光度，用于表征番茄红素的含量，重复5次，进行精密度试验，结果见表3。由表3可知，使用本测定方法精密度较高，RSD均小于1.60%。

2.5.2 重复性试验结果 取5份番茄红素提取液，分别测定各提取液吸光度A502 nm，计算番茄红素提取率，结果见表4。由表4可知，采用优化的方法提取番茄红素，重复性较好，平均提取率为0.782%，RSD为2.22%。

2.5.3 加样回收率试验结果 准确称取已测定番茄红素含量的提取液，进行加样回收率试验，结果见表5，测得平均回收率为96.43%，RSD为3.57%，方法准确度较好。

2.6 番茄红素稳定性试验结果

将番茄红素提取液用石油醚定容后加盖，在自然光条件下放置0、1、2、4、6 h，测定溶液的吸光度，结果见图7。从图7可以看出，提取液中番茄红素的吸光度在6 h内随测定时间延长而升高，可能是由于石油醚溶液挥发而导致提取液浓度增大。但2 h内吸光度变化较小，比0 h仅增加了0.02倍。因此在试验过程中提取液中番茄红素含量的测定应在2 h内完成。

3 小结与讨论

本研究以金丹Ⅰ为原料采用热浸提法提取番茄红素，在单因素试验的基础上采用正交试验对影响番茄红素提取率的因素提取溶剂、料液比、提取时间和提取温度等进行探讨，优化提取条件。并建立简化的分光光度法测定提取液中番茄红素的含量。结果表明，提取番茄红素的最优工艺条件为氯仿作提取溶剂、料液比1∶7、提取时间2.0 h、提取温度35 ℃，番茄红素提取率为0.483%。考虑到氯仿有毒，在实际生产中建议以丙酮—石油醚作提取溶剂。该方法操作简便易行、精密度高、准确度好，具有一定的稳定性，适合农业种植中心使用。

此外，在提取条件相同时，番茄红素的提取率还与番茄原料的成熟度有关，番茄果实成熟度越高，番茄红素提取率越高[7]。因此，为了提高番茄红素提取率，应尽量采用成熟度高的番茄果实作原料。

参考文献：

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[2] 侯纯明，何 美.番茄红素测定方法研究[J].沈阳化工学院学报，2006，20（4）：248-250.

[3] GB/T 14215-93番茄酱罐头[S].

[4] 张连富，丁霄霖.番茄红素简便测定方法的建立[J]. 食品与发酵工业，2001，27（3）：51-55.

[5] 沈莲清，许明峰，王向阳.番茄红素的提取工艺研究[J]. 食品研究与开发，2007，28（8）：190-192.

[6] 俞 健，虢国成，何新益. 番茄下脚料番茄红素的提取[J]. 食品与机械，2008，24（1）：72-74.

[7] 何春玫，梁宇宁.西红柿采样部位及时期对番茄红素含量的影响[J].湖北农业科学，2010，49（6）：1393-1395.