首頁>技術(shù)中心>技術(shù)支持>番茄紅素提取工藝研究綜述
番茄紅素提取工藝研究綜述
發(fā)布時間：2013-11-25
番茄紅素是一種重要的類胡蘿卜素，具有抗氧化、清除自由基、防癌、抗癌以及護(hù)膚等多種生理功能，是一種功能性的天然色素。就番茄紅素的理化特性和目前工業(yè)上常用的提取方法作一簡要綜述。
1·前言
番茄紅素在自然界的分布很廣，它的抗氧化能力是β-胡蘿卜素的3.2倍，是維生素E的100倍，它能高效淬滅人體中的單線態(tài)氧和清除自由基，從而起到抗癌、抑癌作用及活化免疫細(xì)胞等功能，被稱為“植物黃金”。
2·番茄紅素的理化特性
番茄紅素是類胡蘿卜素的一種，研究表明這類物質(zhì)呈針狀深紅色晶體或深紅色油狀形態(tài)，分子式為C40H56，分子量536.85，熔點(diǎn)174℃（反式），是由11個共軛及2個非共軛碳-碳雙鍵組成的脂溶性的不飽和碳?xì)浠衔铮Y(jié)構(gòu)中的11個共軛雙鍵都能發(fā)生順反異構(gòu)化。
由于其特殊結(jié)構(gòu)，極易發(fā)生氧化降解反應(yīng)，易被氧化退色。天然植物中的番茄紅素都是全反式構(gòu)型，是最穩(wěn)定的熱力學(xué)構(gòu)型，從加工性能上看，番茄紅素的耐熱穩(wěn)定性比較好，但光、氧氣、金屬離子（如：Fe2+、Cu2+等）均會影響其穩(wěn)定性，番茄紅素對光尤其敏感，在日光、紫外光照射下分解很快，因此，在儲存或加工番茄紅素時應(yīng)盡量避光及與金屬離子接觸。研究表明，一些食品添加劑也會影響其穩(wěn)定性。比如：酸性物質(zhì)會降低番茄紅素的穩(wěn)定性，尤其是酸性較強(qiáng)或酸的濃度過大時，番茄紅素的穩(wěn)定性明顯下降；防腐劑因其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同對番茄紅素的穩(wěn)定性影響不同，其中苯甲酸影響不大，而山梨酸會明顯提高其穩(wěn)定性；抗氧化劑中的BHA、TBHQ能顯著提高番茄紅素的穩(wěn)定性，維生素E會增加其穩(wěn)定性，而L-抗壞血酸則會顯著降低其穩(wěn)定性。
番茄紅素主要存在于番茄、西瓜、胡蘿卜、草莓、葡萄以及柑桔等果實(shí)和紅色棕櫚油中，其中番茄中的含量最高，一般可達(dá)3～14mg/100g，并且含量隨品種和成熟度的不同而不同，成熟度越高，番茄紅素的含量也越高，最高可達(dá)每百克400mg以上。
3·番茄紅素的提取方法
現(xiàn)在市場上的番茄紅素產(chǎn)品主要分為：（1）采用化學(xué)方法合成的人工合成品；（2）采用微生物（三孢布拉霉）發(fā)酵法生產(chǎn)的生物合成品；（3）以天然生物資源為原料制備的番茄紅素天然產(chǎn)物。其中，根據(jù)制造工藝，可又分為：（1）以有機(jī)溶劑為萃取介質(zhì)制備的產(chǎn)品；（2）以超臨界流體（二氧化碳等）為萃取介質(zhì)制備的產(chǎn)品。產(chǎn)品的形式主要有作為食品著色劑和食品營養(yǎng)補(bǔ)充劑使用的番茄紅素結(jié)晶、番茄油樹脂以及番茄紅素膠囊等形式。國際市場上番茄紅素的產(chǎn)品達(dá)100多種。目前我國工業(yè)化生產(chǎn)方法主要是溶劑法和萃取法，整體而言，我國在番茄紅素的生產(chǎn)和研究方面近些年來盡管發(fā)展較快，但仍還處于起步階段，發(fā)展的空間很大。
目前番茄紅素的的提取方法主要有下列幾種：
3.1直接粉碎法
由于番茄紅素在番茄皮的下表皮細(xì)胞中含量較高，一般在10～15mg/100g，因此，可利用番茄皮提取番茄紅素。可將干燥過的番茄皮粉碎后直接作為著色劑食用。這是一種最為簡單實(shí)用的提取及使用方法。
3.2有機(jī)溶劑提取法
番茄紅素是一種脂溶性的類胡蘿卜素，不溶于水，難溶于甲醇、乙醇中，可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，易溶于氯仿、二硫化碳、苯等有劑溶劑。利用這一特性，可選用親油性有機(jī)溶劑從番茄或番茄制品的廢棄物中提取這種色素。一般步驟為：新鮮番茄或番茄皮經(jīng)過預(yù)處理、干燥、粉碎，選用一種有機(jī)溶劑或混合溶劑作為萃取液進(jìn)行固液萃取，最后將萃取液真空濃縮，得到番茄紅素的粗制品。此法簡單易行，但由于通過這種方法獲得的產(chǎn)品的純度低、收率低，番茄紅素含量約在5%～15%左右，而且通常不會產(chǎn)生番茄紅素晶體，而是一種呈油狀的物質(zhì)即番茄紅素油樹脂。再加上存在有機(jī)溶劑殘留等問題，影響了它的推廣使用。歐洲一專利采用95%的乙醇作溶劑，逆流法78℃浸提5h，獲得色素液，真空濃縮除去溶劑后得粉狀色素產(chǎn)品。最近有資料報道，胡文忠等研究了在不同的浸提溫度、料液比、浸提時間、浸提次數(shù)四個浸提單因素條件下的浸提效果，發(fā)現(xiàn)利用乙酸乙酯做番茄紅素的浸提溶劑，料液比為1g：3ml、溫度為55℃、時間為55分鐘、采用脫水?dāng)嚢杞岫疫x擇連續(xù)浸提3次浸提的效果較好。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，使用纖維素酶（0.3－0.5％）可以分解番茄果肉中的纖維素成分，破壞細(xì)胞壁，加快番茄紅素從細(xì)胞中的溶出速度，同時還可減少浸提次數(shù)和浸提劑的用量，提高浸提效果。
3.3超臨界流體萃取法
超臨界流體萃取技術(shù)是食品行業(yè)的一項(xiàng)新的萃取、分離和純化技術(shù)，與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑提取法相比，具有工藝簡單，萃取劑便宜、無毒、易回收，無化學(xué)溶劑消耗和殘留，避免萃取物在高溫下裂解，無污染等優(yōu)點(diǎn)。尤其因?yàn)檩腿∵^程是低溫處理，特別適合番茄紅素等熱敏較高的物質(zhì)的提取。蒼久娜等采用超臨界CO2萃取技術(shù)從番茄皮中提取番茄紅素，通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)研究了不同萃取壓力、萃取溫度、CO2流量和萃取時間對萃取率的影響，確定了萃取的最佳條件為萃取壓力26MPa，萃取時間3.0h，萃取溫度40℃，CO2流量30kg/h，在此條件下番茄紅素的萃取產(chǎn)量為26.34mg/100g。日本科研人員研究了超臨界CO2從番茄皮中提取番茄紅素，原料微粉碎或經(jīng)果膠酶、纖維素酶處理后，提取壓力270kg/cm2，提取溫度40℃，提取率可達(dá)95%。
3.4微波輻射萃取法
微波輻射萃取法是指使用微波及合適的溶劑在微波反應(yīng)器中從各種物質(zhì)中提取各種化學(xué)成分的技術(shù)與方法。因?yàn)榉鸭t素是脂溶性色素，有機(jī)溶劑不易滲透穿過這類物質(zhì)的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，所以提取時間較長。近年來，微波輻射技術(shù)已有所應(yīng)用，李芳等以番茄醬為原料，研究了微波輻射對番茄紅素提取效果的影響。研究結(jié)果表明，微波輻射能顯著提高番茄紅素的提取率，其最佳提取條件為：采用乙酸乙酯為提取溶劑，提取功率為360W，提取時間為15s，料液比為1g：2ml，提取次數(shù)為3次，提取率可達(dá)90%以上。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與超臨界CO2相比，微波輻射萃取法具有成本低、投資少、提取率高等優(yōu)點(diǎn)，在天然色素的提取工藝中具有較為廣闊的應(yīng)用前景。
3.5化學(xué)合成法
從1831年在胡蘿卜中首次分離胡蘿卜素到1950年首次完成β-胡蘿卜素的合成經(jīng)歷了100年的時間。到現(xiàn)在，能用化學(xué)法合成的類胡蘿卜素已很多。目前，瑞士羅氏公司和德國的巴斯夫化工公司等企業(yè)已有相應(yīng)的番茄紅素產(chǎn)品的生產(chǎn)。它們的生產(chǎn)與VA的生產(chǎn)類似，一般以β-紫羅酮作為原料來合成。另據(jù)資料報道，以乙酸松油酯為原料，經(jīng)過系列化學(xué)反應(yīng)，合成番茄紅素的代謝物：2，6-環(huán)番茄紅素-1，5-二醇和5，6-二羥基-5，6-二氫番茄紅素。近年來的研究表明，它們是人體內(nèi)血液中主要的類胡蘿卜素，具有較好的防癌和抗癌作用。
3.6酶反應(yīng)法
目前酶反應(yīng)法主要有兩種處理方法：一是利用番茄自身酶的作用提取番茄紅素，將番茄皮渣加堿調(diào)至pH7.5～9.0使番茄皮中的果膠酶和纖維素酶反應(yīng)，分解果膠和纖維素，使得番茄紅素的蛋白質(zhì)復(fù)合物從細(xì)胞中溶出，所得色素為水分散性色素。另一種是采用外加酶的方法提取番茄紅素，其工藝為：番茄原料(番茄醬、番茄泥等)用果膠酶和纖維素酶(0.2％～0.5％)在50℃處理3h，除去90%的果膠、纖維素等非色素物質(zhì)，離心沉淀，用96%的乙醇洗滌，過濾，然后用乙醇和植物油提取、分離油相，得到相應(yīng)產(chǎn)品。
3.7微生物發(fā)酵法
除了從含有番茄紅素的物質(zhì)中提取或用化學(xué)合成番茄紅素外，還可以采用藻類和真菌及酵母發(fā)酵生產(chǎn)番茄紅素。這是一種由布拉霉獲得類胡蘿卜素的新方法。主要是其基于三孢酸的加入能夠提高番茄紅素的產(chǎn)率。該方法在單獨(dú)的或混合的培養(yǎng)物中，從野生菌株或其突變體起進(jìn)行。三孢酸的加入可在發(fā)酵開始或發(fā)酵過程中進(jìn)行，其起始物可以是部分純化的制劑或是其非純化的來源。此外，三孢布拉霉菌株具有獨(dú)特的代謝過程，添加植物油，表面活性劑，抗氧化劑和各種結(jié)構(gòu)類似物能提高β-胡蘿卜素的產(chǎn)量，但如果添加其他的發(fā)酵促進(jìn)劑可有助于其他類胡蘿卜素的產(chǎn)量，如通過改變以β-胡蘿卜素為主的三孢布拉霉菌的生長條件和添加助劑(Na2CO3、呱啶等)，可阻斷該菌β-胡蘿卜素生物合成途徑中最后的二步環(huán)化反應(yīng)，從而使番茄紅素積累。
修宇等發(fā)現(xiàn)在三孢布拉氏霉發(fā)酵48h添加3.6mmol/L2-(4-甲基苯氧)-三乙基胺(MPTA)可有效抑制96％β-胡蘿卜素的合成；添加15g/L煙草可促進(jìn)總類胡蘿卜素的產(chǎn)量(170mg/L)，但其對β-胡蘿卜素的合成抑制作用低于MPTA。L27(313)正交實(shí)驗(yàn)從抑制劑添加時間、添加量以及兩種抑制劑的交互作用等方面考察了同時添加MPTA和煙草對番茄紅素產(chǎn)量的影響。發(fā)酵48h同時添加煙草10g/L與MP-TA2.2mmol/L,番茄紅素的產(chǎn)量可達(dá)205mg/L(占總類胡蘿卜素產(chǎn)量的94%)。
從產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)技術(shù)、資源成本等因素分析，利用微生物技術(shù)生產(chǎn)番茄紅素等天然類胡蘿卜素將是未來發(fā)展的方向。
3.8其他方法
在各國學(xué)者的不斷努力下，又開發(fā)出許多高科技的生產(chǎn)技術(shù)。目前以提高番茄紅素含量為目的的育種研究已在常規(guī)育種和基因工程育種兩方面取得了明顯成效。美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究服務(wù)局ARS的科學(xué)家開發(fā)出利用玉米纖維作為原料生產(chǎn)番茄紅素的新途徑，他們對鐮刀菌進(jìn)行了基因改良，可以直接從玉米纖維中提取番茄紅素，這種方法極大的降低了從番茄中提取番茄紅素的生產(chǎn)費(fèi)用。
由于番茄紅素具有優(yōu)越的生理功能，其作為天然色素已在全世界范圍內(nèi)被廣泛接受，同時也是國際上功能性食品成分研究中的一個熱點(diǎn)。歐洲經(jīng)濟(jì)共同體和英國允許使用的食用色素中就包括本品。目前，世界糧農(nóng)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）已將番茄紅素正式列入食品添加劑目錄。在今后它有望成為暢銷世界市場的保健食品添加劑。我國番茄資源豐富，如何采用經(jīng)濟(jì)合理的提取方法，從番茄或番茄制品的廢料中提取高附加值的番茄紅素并進(jìn)一步開拓國內(nèi)外市場，是值得有學(xué)者積極研究和探索的問題。
本文由“中國云試劑”編輯，如需了解更多請移步：http://www.hntfjt.cn，“中國云試劑商城”主營：化學(xué)試劑,標(biāo)準(zhǔn)品,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),卡爾費(fèi)休試劑,色譜試劑,高純試劑,電子純MOS級,優(yōu)級純試劑,分析純試劑,化學(xué)純試劑
