番茄红素的提取及其在功能性食品上的应用Word文档下载推荐.docx
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其主要是利用相似相溶原理[5]，将番茄红素从番茄等蔬果中提取出来，由于番茄红素是脂溶性色素，故常用的番茄色素提取剂有石油醚、乙酸乙酯，丙酮、氯仿等，马祥麟[6]与王晓军[7]等均利用新鲜番茄，通过多种有机溶剂对番茄红素进行对比，包括乙醇，乙醚，丙酮，氯仿，乙酸乙酯，正乙烷，环乙烷等，其实验结果表明，用乙酸乙酯对番茄红素提取的提取率最高。
林德菊[8]等以番茄酱为原料，通过正交试验的实验方法，优化了番茄红素提取方法，其番茄红素提取率为15.564mg/100g。
1.2.2超声波提取法
超声波辅助提取法主要是利用超声波产生的强烈空化、振动和热效应等，使植物细胞的细胞壁破裂，令番茄红素更快的溶出，促进溶剂和活性成分双向转移，提高提取效率[9-10]。
苏文贵[11]等利用超声波提取法对番茄酱进行了番茄红素的提取，通过响应面法对番茄红素的提取工艺参数进行了优化，再超声波功率620W，提取时间24min，提取温度48℃的条件下，番茄红素的提取率为89.19%。
Li[12]等比较了超声提取法、溶剂浸提法及索式提取法三种番茄红素的方法，其所得到的提取率分别为189.8μg/g、153.9μg/g、68.3μg/g，可见，超声提取的提取率比溶剂浸提及索式提取的番茄红素提取了都要高，并且，采用超声提取法得到的番茄红素可以直接用作食品添加剂。
1.2.3微波提取法
微波辅助提取法是将微波与传统有机溶剂提取法相结合的一种新型技术，使植物细胞吸收了大量的微波能，其内部产生了大量热量，细胞内部的温度突然升高，导致细胞内的压力急速上升，最终使细胞膨胀破裂，使细胞内容物溶出[13]。
马倩雯[14]等以新鲜番茄为原料，利用微波法对其进行番茄红素的提取，在单因素实验的基础上进行了正交实验，确定了在微波功率400W，提取时间30s，料液比1∶2，pH为7.0的条件下，进行3次提取的最佳提取工艺，此时的番茄红素提取率可达0.593mg/g。
李佳[15]等以新鲜番茄为原料，采用超声波-微波联用法辅助提取番茄红素，采用正交实验法确定了最佳的提取工艺为：
超声温度50℃，超声时间40min，微波功率325W，微波时间40s，料液比1∶17（g∶mL）。
在此工艺条件下，番茄红素提取率为1.293mg/g。
1.3番茄红素功能及应用
番茄红素具有抗氧化、抗癌，降低核酸损伤、预防心血管疾病、抑制基因突变，降血脂及提高免疫力等多种生物学作用[16-19]。
研究表明，番茄红素的抗氧化能力是β-胡萝卜素的2倍多，维生素E的100倍，是自然界最强的延缓衰老的抗氧化剂[20]。
已经有研究表明，番茄红素可以添加在化妆品中，制成具有可以减缓皮肤衰老的化妆品[21]。
随着对番茄红素研究的不断深入，越来越多的学者都在研究番茄红素的抗肿瘤作用。
研究表明，番茄红素可以抑制多种肿瘤的发生发展，如前列腺癌、食管癌、白血病、肉瘤等[22-23]。
另外，张卫佳[24]等做研究发现，番茄红素提取物的有效成分具有解酒的作用，可见，番茄红素也可用于解酒要的制作。
1.4番茄红素国内外进展
目前，国内外大部分还在采用传统的有机溶剂提取法进行番茄红素的提取，但是这种方法提取率较低，且纯度较低，而由于番茄红素的抗氧化、抗癌，抗肿瘤等作用，对番茄红素的需求量比较大，导致番茄红素的价格较高，含量5%的番茄红素价格在500~800元/kg，所以需要提高番茄红素的提取率。
Katherine[25]等以新鲜西瓜为原料，采用超临界CO2流体萃取法技术对其中的番茄红素进行提取，其确定的最佳工艺参数为萃取温度为70℃、压力为20.7MPa、乙醇体积为15%，此时番茄红素得率为（103±
6）μg/g，大大提高了番茄红素的提取率。
Gemma[26]等人利用高压脉冲电场辅助提取法提取西瓜汁中的番茄红素，所得的西瓜汁中番茄红素含量为7.006mg/100mL，是未经高压脉冲电场辅助提取法处理的1.13倍，并且能够100%的保全其抗氧化活力。
1.5研究目的及意义
番茄红素具有抗氧化、抗癌、降血脂等多种生物活性，现已成为人们研究的热点，但是传统方法提取率较低，需要更多的高效率的提取番茄红素的方法。
本试验以市售新鲜番茄为原料，将番茄洗净、切丁，使用超声波法提取番茄中的番茄红素，然后通过响应面分析法优化番茄红素的超声波提取工艺条件，旨在提高提取率，得到高纯度的番茄红素，并对番茄红素进行了抗氧化研究，将其与Vc的抗氧化性进行了对比，为植物果胶的提取及其在食品、制药及化工等行业的应用提供了理论依据，并为番茄资源的深度开发开辟了新的途径。
2材料与方法
2.1原料
市售番茄，采购于抚顺天天乐超市
2.2试验试剂
番茄红素标准品，苏丹红Ⅰ号色素、无水乙醇、乙酸乙酯、DPPH溶液、硫酸亚铁、维生素C、过氧化氢、水杨酸等均为分析纯：
国药集团化学试剂有限公司。
2.3仪器设备
可见分光光度计721：
上海精密科学仪器有限公司；
恒温水浴锅HH-6：
常州国华电器有限公司；
电子天平JD100-3：
沈阳龙腾电子有限公司；
低速台式离心机TDL-40B：
上海安亭科学仪器厂；
pH计PHS-3CU：
上海精密科学仪器有限公司。
2.4番茄红素的提取试验方法
2.4.1样品预处理
挑选新鲜，表面光滑的番茄，去蒂，洗净后，在番茄顶部划十字，置于沸水中煮2min~3min后去皮，用榨汁机将去皮的番茄打成匀浆，之后将番茄糊于4000r/min的离心机中离心30mins，弃去上层的水分，再用无水乙醇反复洗涤至滤液无色，以去除剩余的水分及部分水溶性糖[27-28]。
2.4.2番茄红素标准溶液的配制及标准曲线绘制
精确称取0.10g苏丹红I号，用无水乙醇溶解后，置于100mL容量瓶中，并定溶至刻度线。
用移液枪精确移取2.0mL、2.2mL、2.4mL、2.6mL、2.8mL、3.0mL、3.2mL、3.4mL苏丹红I号色素溶液，置于50mL容量瓶中，并加入无水乙醇至刻度线，分别配置成相当于40μg/mL、44μg/mL、48μg/mL、52μg/mL、56μg/mL、60μg/mL、64μg/mL、68μg/mL番茄红素的苏丹红I号色素标准溶液。
以无水乙醇为空白对照，用紫外分光光度计在472nm处测定其吸光度值，并制作番茄红素标准曲线。
以番茄红素质量浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标绘制标准曲线。
2.4.3番茄红素的提取及其含量的测定
称取10.0g经预处理过的番茄于锥形瓶中，向锥形瓶中加入50mL的乙酸乙酯，调整其提取pH为值为7.0，于的50℃的水浴中提取60min。
待提取完毕后过滤，弃去滤渣，所得滤液稀释20倍后用紫外分光光度计测定其在472nm处的吸光度值。
样品番茄红素含量计算公式为：
…………………………………………………………（2.1）
式中：
C为用回归方程计算出的稀释后的番茄红素的质量浓度（μg/mL）；
V为番茄红素提取液体积（mL）；
N为稀释倍数；
m为样品质量（g）。
2.4.4超声波辅助提取时间的确定
准确称取10.0g处理后的番茄5份，分别置于锥形瓶中，料液比为1：
5，提取pH为值为7.0的条件下，先在不同的超声波作用时间下进行预处理，之后在提取时间为60min，提取温度为50℃的条件下进行番茄红素的提取，待提取完毕后过滤，弃去滤渣所得滤液稀释20倍后用紫外分光光度计测定不同超声波辅助时间提取番茄红素的吸光度，并计算番茄红素含量，确定最佳的超声波辅助时间。
2.4.5单因素水平的确定
1、提取温度对番茄红素含量的影响
准确称取10.0g处理后的番茄7份，分别置于锥形瓶中，料液比为1：
5，提取pH为值为7.0的条件下，先在最佳超声波作用时间下进行预处理，之后在提取时间为60min的条件下，改变提取温度，进行番茄红素的提取，待提取完毕后过滤，弃去滤渣，所得滤液稀释20倍后用紫外分光光度计测定不同提取温度提取番茄红素的吸光度，并计算番茄红素含量，探究不同提取温度对番茄红素含量的影响。
2、提取时间对番茄红素含量的影响
5，提取pH为值为7.0的条件下，先在最佳超声波作用时间下进行预处理，之后在提取温度为50℃的条件下，改变提取时间，进行番茄红素的提取，待提取完毕后过滤，弃去滤渣，所得滤液稀释20倍后用紫外分光光度计测定不同提取时间提取番茄红素的吸光度，并计算番茄红素含量，探究不同提取时间对番茄红素含量的影响。
3、提取pH值对番茄红素含量的影响
5的条件下，改变提取pH值，先在最佳超声波作用时间下进行预处理，之后在提取温度为50℃的条件下，改变提取时间，进行番茄红素的提取，待提取完毕后过滤，弃去滤渣，所得滤液稀释20倍后用紫外分光光度计测定不同提取pH值提取番茄红素的吸光度，并计算番茄红素含量，探究不同提取pH值对番茄红素含量的影响。
4、料液比对番茄红素含量的影响
准确称取10.0g处理后的番茄7份，分别置于锥形瓶中，提取pH为值为7.0的条件下，改变料液比，先在最佳超声波作用时间下进行预处理，之后在提取时间为60min，提取温度为50℃的条件下进行番茄红素的提取，待提取完毕后过滤，弃去滤渣，所得滤液稀释20倍后用紫外分光光度计测定不同料液比提取番茄红素的吸光度，并计算番茄红素含量，探究不同料液比对番茄红素含量的影响。
2.4.6响应面试验
根据单因素试验结果和CentralCompositeDesign（CCD）设计原理，运用DesignExpert8.0.6软件进行响应面设计，以提取时间，料液比，提取pH值及提取温度为考察因素，建立响应值与影响因素间的数学模型，优化番茄红素的最佳提取工艺。
试验设计因素和水平见表2.1：
表2.1CentralCompositeDesign试验设计因素和水平
Table2.1FactorsandlevelsofCentralCompositeDesignexperimentdesign
因素
水平
-2
-1
1
2
提取温度（A）/℃
30
35
40
45
50
提取时间（B）/min
60
70
80
提取pH值（C）
5
6
7
8
9
料液比（D）/（mL/mL）
1:
4
2.4.7番茄红素抗氧化活性试验
1、番茄红素对DPPH·
清除能力的测定
参考Adetuyi[29]等和任顺成[30]等的方法略作改动，测定番茄红素对DPPH的清除率。
首先配制一定浓度梯度的番茄红素提取液。
试验时，向1-5号容量瓶中加入一定浓度的番茄红素提取液，6-10号容量瓶中加入一定浓度的Vc溶液，然后加入10.0mL浓度为0.1mg/mL的DPPH溶液，定容至刻度，轻轻震荡摇匀。
之后在室温下避光反应30min后，用紫外分光光度计于517nm处，测定其吸光度。
按下式计算清除率：
……………………………………………………（2.2）
A1为DPPH溶液与样品溶液吸光度；
A2为仅加入样品的吸光度；
A0为仅加DPPH的吸光度。
2、番茄红素对羟基自由基（·
OH）清除能力的测定
参考郝丽琴等[31]和刘钰华等[32]的方法略作改动，测定番茄红素对羟基自由基（·
OH）的清除率。
根据Fenton方法建立氢氧自由基生成体系。
首先在25mL容量瓶中依次加入6.0mmoL/L的硫酸亚铁溶液2.0mL，然后向1-5号容量瓶中加入一定浓度的番茄红素提取液，6-10号容量瓶中加入一定浓度的Vc溶液，轻轻震荡摇匀。
随后加入质量分数为0.1%过氧化氢溶液2.0mL，轻轻摇匀后静置15min，其次加入6.0mmoL/L水杨酸溶液2.0mL，轻轻震荡并静置30min。
最后用蒸馏水定容至刻度，在50℃水浴中恒温反应30min后，以蒸馏水作为参比，在510nm下测得吸光度数值并计算清除率：
……………………………………………………（2.3）
A0为蒸馏水吸光度数值；
Ai为加入番茄红素提取液测定吸光度；
Aj仅番茄红素提取液吸光度数值。
3结果与分析
3.1茄红素标准曲线的绘制
制作番茄红素标准曲线，以吸光度为纵坐标（Y），番茄红素含量（μg/mL）为横坐标（X），得到的标准曲线方程:
y=0.0855x-0.0022；
R²
=0.9991。
图3.1番茄红素标准曲线
Figure3.1LycopeneStandardCurve
3.2番茄红素的提取
3.2.1超声波辅助提取时间的确定
料液比为1：
5，提取pH为值为7.0的条件下，分别以超声波辅助提取时间为5min、10min、15min、20min、25min进行辅助提取。
提取时间为60min，提取温度为50℃的条件下进行番茄红素的提取，确定最佳超声波的提取时间，结果如图3.2所示。
图3.2超声波作用时间对番茄红素提取率的影响
Figure3.2EffectofultrasonictimeonextractionrateofLycopene
由图3.2可以看出，随着超声时间的逐渐增加，番茄红素含量先增加后迅速加少，原因可能是随着超声时间的增加，使其温度不断升高，进而促进了番茄红素的溶出，同时，合适的超声时间可以有效的使细胞破碎，使番茄红素有效的溶出；
而过长时间的超声则会导致温度过高，破环番茄红素的分子结构，使番茄红素分解导致番茄红素含量下降。
当超声波作用时间为15min时，番茄红素含量达到最大，为53.68μg/mL，可确定最佳超声波的提取时间为15min。
3.2.2提取温度对番茄红素提取率的影响
5，提取pH为值为7.0的条件下，在最佳的超声波提取时间15min下进行番茄红素的辅助提取，提取时间为60min，改变提取温度分别为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃的条件下进行番茄红素的提取，确定最佳提取温度，结果如图3.6所示。
图3.6提取温度对番茄红素提取率的影响
Figure3.6EffectofextractiontemperatureonextractionrateofLycopene
由图3.6可以看出，随着提取温度的逐渐增加，番茄红素含量先增加后缓慢下降，温度较低，不能使番茄红素有效的溶入提取剂中，导致番茄红素提取率较低，随着温度的提升，番茄红素提取率不断升高，在40℃时有最大提取率，此时番茄红素的含量为61.66μg/mL；
而随着温度的继续升高，番茄红素的含量逐渐下降，可能是由于过高的温度破坏了番茄红素的结构，使番茄红素发生了分解，导致番茄红素含量下降。
3.2.3提取时间对番茄红素提取率的影响
5，提取pH为值为7.0的条件下，在最佳的超声波提取时间15min下进行番茄红素的辅助提取，提取温度为50℃，提取时间分别为30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min的条件下进行番茄红素的提取，确定最佳的提取时间，结果如图3.3所示。
图3.3提取时间对番茄红素提取率的影响
Figure3.3EffectofextractiontimeonextractionrateofLycopene
由图3.3可以看出，随着提取提取时间的逐渐增加，番茄红素含量先增加后减小，当番茄红素的提取时间为60min时具有最大的提取率，此时番茄红素的含量为55.67μg/mL，可能由于长时间的热效应破环了番茄红素内部的温度和压力逐渐升高，对番茄红素产生破坏作用的影响，从而使番茄红素的含量降低。
3.2.4提取pH值对番茄红素提取率的影响
5，改变提取pH值分别为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的条件下，在最佳的超声波提取时间15min下进行番茄红素的辅助提取，提取时间为60min，提取温度为50℃的条件下进行番茄红素的提取，确定最佳提取pH值，结果如图3.5所示。
图3.5提取pH值对番茄红素提取率的影响
Figure3.5EffectofpHvalueonextractionrateofLycopene
由图3.5可以看出，随着提取pH值的逐渐增加，番茄红素含量先增加后迅速减小，出现这种情况的主要原因是，番茄红素的稳定性较差，自身并不稳定，在过酸或过碱的条件下，使本就不稳定的番茄红素变得更加不稳定，导致其提取率的快速下降，所以，在pH值为7.0的中性条件下，番茄红素的提取率最高，此时的含量为52.61μg/mL。
3.2.5料液比对番茄红素提取率的影响
在提取pH为值为7.0，料液比分别为1：
5、1：
10、1：
15、1：
20、1：
25的条件下，在最佳的超声波提取时间15min下进行番茄红素的辅助提取，提取时间为60min，提取温度为50℃的条件下进行番茄红素的提取，确定最佳提取料液比，如图3.4所示。
图3.4料液比对番茄红素提取率的影响
Figure3.4Effectofsolid-liquidratioonextractionrateofLycopene
由图3.4可以看出，随着提取料液比的逐渐增加，番茄红素含量先增加后减小，可能由于加入的提取剂过少，不能将样品完全溶解，使溶液的粘度过大，不能使番茄红素分子自由移动，使其扩散速度减慢，导致番茄红素的含量较低；
随着料液比的增加，番茄红素提取率增加缓慢，为了节约资源，故最佳料液比为1：
6，此时番茄红素含量为57.22μg/mL。
3.3响应面分析法优化红菇多糖的提取工艺
3.3.1回归模型的建立及方差分析
根据单因素试验结果，选取番茄红素含量为考察响应值，进行提取温度（A）、提取时间（B）、提取pH值（C）及料液比（D）的4因素5水平的CentralCompositeDesign（CCD）试验设计。
响应面分析方案与结果见表3.1。
利用Design-Expert8.0.6软件对表3.1试验数据进行多元回归拟合，获得以番茄红素含量为响应值的回归方程：
番茄红素含量=+60.10+2.64A-0.53B+0.44C+1.37D+0.58AB+0.60AC+1.28AD+1.99BC-0.97BD+1.57CD-2.35A2-1.73B2-0.32C2-0.24D2。
表3.1响应面分析方案及试验结果
Table3.1ProgramandexperimentalresultsofRSM
试验号
A提取温度/℃
B提取时间/min
C提取pH值
D料液比/（mL/mL）
番茄红素含量/μg/mL
54.61
55.85
3
-
57.12
60.96
60.42
60.37
54.19
61.08
57.45
10
60.01
11
51.32
12
54.49
13
57.13
14
47.69
15
16
53.14
17
58.53
18
53.18
19
63.57
20
62.19
21
59.62
22
60.03
23
56.72
24
55.75
25
51.67
26
62.02
27
55.91
28
44.19
29
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