劉林林，吳茂玉*

從番茄渣中提取番茄紅素的研究現(xiàn)狀

劉林林12，吳茂玉12*

（1.山東輕工業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250353；2.中華全國(guó)供銷總社濟(jì)南果品研究院，山東 濟(jì)南 250014）

綜述番茄渣利用的現(xiàn)狀，確定從番茄渣中提取番茄紅素的可行性，并介紹了番茄紅素的理化性質(zhì)及生理功能，以及從番茄渣中提取番茄紅素的各種加工工藝，對(duì)從番茄渣中提取番茄紅素的前景進(jìn)行了展望。

導(dǎo)師簡(jiǎn)介：吳茂玉，男，研究員，碩士生導(dǎo)師。

1、前言

我國(guó)是世界番茄生產(chǎn)大國(guó)，年產(chǎn)番茄量達(dá)3000萬噸以上。近年來，隨著國(guó)際市場(chǎng)番茄加工產(chǎn)品的價(jià)格的不斷提高，我國(guó)的番茄制品的產(chǎn)量也不斷升高。我國(guó)在2009年加工番茄的產(chǎn)量達(dá)865萬噸，同比增長(zhǎng)35.6%，占全球加工番茄產(chǎn)量的20.5%，居世界第三位[1]。隨著番茄深加工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了大量的番茄廢渣。目前，我國(guó)對(duì)于番茄渣的處理，只有一小部分用作雞飼料，其它的則直接廢棄掉，既浪費(fèi)了資源，又污染環(huán)境。

番茄紅素是一種在番茄中含量相對(duì)較高的天然脂溶性色素，其具有多中生理功能，被稱為“植物黃金”[2-4]。番茄紅素雖然在自然界分布較廣，但含量較少，目前僅能從番茄、西瓜等中提取，其中從番茄及其制品中提取番茄紅素的研究占大多數(shù)。番茄加工制品的廢料番茄渣中作為一種廢棄物，含有相對(duì)較高的番茄紅素，因而從番茄渣中提取番茄紅素既節(jié)省了新鮮番茄資源，又充分利用了番茄渣提高其附加值，防止了環(huán)境污染，是一個(gè)可行有效的方案。

2、番茄渣的組成成分

番茄皮渣主要由果皮和種子組成，其中番茄籽的含量一般在55%左右,番茄皮的含量在42%-45%左右。番茄皮渣中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維、番茄紅素以及維生素E等。番茄渣的主要成分的含量如表1[5]：

另外，番茄渣中還獨(dú)特的含有相對(duì)較高番茄紅素。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)番茄皮中番茄紅素含量最大，其次為番茄籽，再次為番茄醬，且番茄紅素的提取率的大小關(guān)系同樣是番茄皮>番茄籽>番茄醬[6]。

3、番茄渣的處理及利用現(xiàn)狀

3.1 當(dāng)做工業(yè)垃圾處理

番茄是我國(guó)主要的蔬菜品種，由于不耐貯藏，相當(dāng)一部分要加工成番茄醬(汁)罐頭，僅四川擁有“二線三鍋”規(guī)模的番茄醬生產(chǎn)廠就有十多家。而且隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的迅猛發(fā)展，番茄加工數(shù)量的仍會(huì)上升，皮渣還會(huì)不斷增多[7]。番茄加工中要產(chǎn)生大量皮渣，往往作為工業(yè)廢棄物倒掉，沒有及時(shí)清運(yùn)的皮籽則嚴(yán)重影響加工廠的排水水質(zhì)和廠區(qū)衛(wèi)生。這不僅污染環(huán)境，而且也是對(duì)食物資源的極大浪費(fèi)。

3.2 作為飼料替代品

番茄渣含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維、維生素E等，可以將番茄皮渣烘干后作為牲畜飼料的替代品[8-10]，因此一小部分皮籽直接被用低價(jià)售給農(nóng)民做為牲畜飼料,這樣雖然可以避免污染，也可以取得一定的經(jīng)濟(jì)效益，但增值有限。

4、番茄紅素的理化性質(zhì)及生理功能

4.1 番茄紅素的理化性質(zhì)

番茄紅素(lycopene)是一種重要的類胡蘿卜素, 由11個(gè)共軛雙鍵及2個(gè)非共軛碳-碳雙鍵組成的直鏈型碳?xì)浠衔铮浞肿邮綖镃40H56。天然存在于植物中的番茄紅素主要以全反式形式存在，只有小部分以順式結(jié)構(gòu)存在，在人體血液及組織中，番茄紅素是以異構(gòu)體混合物的形式存在，順式異構(gòu)體占多數(shù)[11,12]。

番茄紅素作為一種天然的脂溶性色素，不溶于水，可溶于脂肪、油脂、乙醚、石油醚和丙酮，難溶于甲醇、乙醇[13]。這給番茄紅素的提取與利用帶來了一定的困難。

4.2 番茄紅素的生理功能

番茄紅素的抗氧化清除自由基[14-16]、誘導(dǎo)細(xì)胞間信息傳遞、抑制細(xì)胞增殖、增加免疫力等功能,對(duì)預(yù)防疾病起著關(guān)鍵的作用。它具有防癌抗癌[17-20]、保護(hù)心血管[20-25]、抗衰老[27-29]、增強(qiáng)免疫力[27-33]等多種生物功能。此外，番茄紅素還具有提高男性生殖健康,預(yù)防高血糖等作用。

5、從番茄渣中提取分離番茄紅素的工藝

從番茄渣中提取分離番茄紅素的方法主要有有機(jī)溶劑提取法、超臨界CO2萃取法、微波法、超聲波法、高壓脈沖輔助提取法等。

5.1 有機(jī)溶劑萃取法

原理：番茄紅素是一種不飽和雙鍵的脂肪烴，它不溶于水，難溶于甲醇、乙醇，可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，易溶于氯仿、二硫化碳苯等有機(jī)溶劑。根據(jù)這一性質(zhì)，可利用親脂性有機(jī)溶劑從番茄中提取番茄紅素[34]。

提取工藝流程：番茄渣→有機(jī)溶劑浸提→過濾→濾液→測(cè)吸光度→提純→成品

有機(jī)溶劑萃取法提取番茄紅素的主要影響是浸提因素是料液比、溫度、pH、時(shí)間等。劉殿鋒等通過研究發(fā)現(xiàn)，氯仿是從番茄渣中提取番茄紅素的最佳溶劑，且最佳提取條件：料液比1:4(g:mL)，浸提時(shí)間為5h，浸提溫度50℃, pH為5[35]。張澤生研究了番茄皮經(jīng)乙醇處理后再取番茄紅素的工藝，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)以乙酸乙酯為提取溶劑,料液比1:6，提取溫度50℃，提取時(shí)間1 h，3級(jí)提取,番茄紅素提取率可達(dá)98%以上[36]。

5.2 超臨界CO2提取法

原理：物質(zhì)在較高的壓力下，液相和氣相差別縮小，達(dá)到某一溫度與壓力時(shí)，差別消失合成一相，此狀態(tài)成為臨界點(diǎn)，此時(shí)的溫度和壓力分別稱為臨界溫度和臨界壓力，當(dāng)溫度和壓力超過臨界點(diǎn)時(shí)，其流體的性質(zhì)介于液體和氣體之間，稱為超臨界流體。超臨界流體具有氣液兩重性的特點(diǎn)，既有與氣體相當(dāng)?shù)母邼B透能力和低的粘度，又有與液體相近的密度和對(duì)物質(zhì)優(yōu)良的溶解能力。它可從原料中提取出有用成分，從而實(shí)現(xiàn)所需要的分離目的，特別適于番茄紅素等熱敏性成分[37]。

提取工藝：番茄皮渣→真空干燥粉碎→過篩→稱重→裝萃取槽、密封→控制適宜的工作參數(shù)→靜態(tài)、動(dòng)態(tài)萃取→降壓分離→由分離柱獲得番茄紅素→產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)。

影響超臨界CO2提取法效率的主要因素有萃取壓力，萃取時(shí)間，萃取溫度，提攜劑等。一些學(xué)者的研究總結(jié)如表2：

5.3 超聲波法輔助提取

原理：超聲波是指頻率為20千赫～50兆赫左右的電磁波，它是一種機(jī)械波，需要能量載體-介質(zhì)-來進(jìn)行傳播。超聲波能使溶劑和樣品之間產(chǎn)生聲波空化作用，導(dǎo)致溶液內(nèi)氣泡的形成、增長(zhǎng)和爆破壓縮，從而使固體樣品分散，增大樣品與萃取溶劑之間的接觸面積，提高目標(biāo)物從固相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)速率。

流程：番茄渣→水洗離心→有機(jī)溶劑提取→過濾→濾液→真空回收溶劑→番茄紅素油樹脂

超聲波法提取率的主要影響因素有超聲波輸出功率、料液比、提取總時(shí)間、超聲輻射時(shí)間等。蔡基智，周芳梅研究了超聲波輔助提取番茄紅素的工藝，并通過正交試驗(yàn)確定最佳工藝條件：料液比為1:5(g:mL)，超聲波輸出功率為80 W，提取時(shí)間為20 min，提取溫度為40 ℃，pH值為6，番茄紅素的提取得率為62.52μg/g[38]。張澤生等用乙醇預(yù)處理番茄渣后，再用超聲波提取番茄皮渣中番茄紅素，研究發(fā)現(xiàn)：以乙酸乙酯為提取溶劑,95%乙醇按1:3的比例對(duì)番茄皮脫水處理,提取的超聲輸出功率300 W,料液比1:6,超聲提取時(shí)間6 min,超聲輻射時(shí)間3 s,三級(jí)提取,此條件下番茄紅素提取率可達(dá)98%以上[39]。

5.4 微波預(yù)處理法提取

原理：微波對(duì)萃取物料是內(nèi)加熱作用，使強(qiáng)極性分子溶劑將產(chǎn)生瞬時(shí)極化，并做極性變換運(yùn)動(dòng)，這就使固液浸取擴(kuò)散過程所受到阻力減小，促進(jìn)擴(kuò)散過程進(jìn)行。同時(shí)由于吸收微波能，細(xì)胞內(nèi)部溫度迅速上升，使其細(xì)胞內(nèi)部壓力超過細(xì)胞壁膨脹承受能力，促使細(xì)胞破裂，表現(xiàn)為遍布微孔，使溶劑易于穿透細(xì)胞壁。微波法可以使細(xì)胞內(nèi)有效成分自由流出，在較低的溫度條件下萃取介質(zhì)捕獲并溶解，從而在較低溫度下比較徹底的提取番茄紅素。

工藝流程：番茄皮渣→粉碎過篩→加入浸潤(rùn)劑→微波預(yù)處理→有機(jī)溶劑提取→濾液真空減壓濃縮→紫外分光光度計(jì)檢測(cè)

蘇亞洲等研究了微波預(yù)處理法提取番茄皮中番茄紅素的提取工藝。研究的最佳工藝條件為：以乙酸乙酯為浸潤(rùn)劑和提取劑，浸潤(rùn)溶劑用量8ml，液料比8:1，微波功率720w，微波預(yù)處理60s[40]。

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5.5 超高壓法提取

原理：超高壓提取、是先對(duì)物料加壓，保持一定時(shí)間后，突然泄壓，造成細(xì)胞內(nèi)外的壓差急劇上升，以使細(xì)胞中的內(nèi)含物釋放出來。壓力大于300MPa，細(xì)胞的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜才可充分被破壞。與傳統(tǒng)提取技術(shù)相比較，超高壓提取技術(shù)可以大大縮短提取時(shí)間、降低能耗、減少雜質(zhì)成分的溶出，提高有效成分回收率。用超高壓法提取番茄渣中的番茄紅素能夠取得較好效果。

工藝流程：稱取番茄渣→加入浸提液→真空包裝→高壓處理→過濾濃縮→計(jì)算提取率

超高壓法提取番茄紅素主要受壓力大小、保壓時(shí)間、固液比及提取次數(shù)的影響。靳學(xué)遠(yuǎn)等通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)從番茄渣中超高壓提取番茄紅素的最佳工藝條件為壓力300MPa、保壓時(shí)間5min、固液比1:10、提取3次、番茄紅素提取率可達(dá)83.2%[41]。超高壓提取番茄紅素，時(shí)間短、提取率高，是一種適宜的提取番茄紅素的方法。

5.6 高壓脈沖電場(chǎng)輔助提取法

表2

原理：高壓脈沖電場(chǎng)（HIPEF）是近年來興起的非熱處理技術(shù)，在處理熱敏性物質(zhì)方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)。由于高壓脈沖電場(chǎng)的處理不會(huì)造成原料溫度的升高，且高壓脈沖電場(chǎng)可破壞植物細(xì)胞膜，增加細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)溶出。因而采用高壓脈沖電場(chǎng)處理可以有效地保護(hù)番茄紅素提取物的生理活性，并使有機(jī)溶劑易滲透穿過物質(zhì)的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，很好地將番茄紅素從細(xì)胞中溶出[42]。

工藝流程：番茄皮渣→蒸餾水洗滌→離心過濾→95%的乙醇預(yù)處理→脫水→加浸提液→高壓脈沖處理→冷卻處理測(cè)提取率

高壓脈沖提取的影響因素主要是提取溶劑、電場(chǎng)強(qiáng)度、脈沖數(shù)、料液比、提取溫度以及提取次數(shù)。金聲瑯、殷涌光等研究發(fā)現(xiàn)：高壓脈沖電場(chǎng)輔助提取番茄皮渣的番茄紅素的最佳工藝是以乙酸乙酯為提取溶劑、電場(chǎng)強(qiáng)度30 kV/cm、液料比9 mL/g、脈沖數(shù)8、溫度30℃、單次提取，番茄紅素提取率能達(dá)到96.7%[43]。

6、展望

番茄皮渣是番茄加工的廢棄物，且其番茄紅素的含量并不比果肉中的低。我國(guó)是番茄加工生產(chǎn)的大國(guó)，在加工番茄制品的同時(shí)也產(chǎn)生大量的番茄廢渣。番茄紅素是一種具有多種生理功能的天然的脂溶性色素，近年來對(duì)它的提取與應(yīng)用越來越熱。番茄渣作為一種獨(dú)特的含有大量番茄紅素的加工下腳料，從中提取番茄紅素可以大大提高番茄廢渣的附加值，節(jié)省了其它提取資源，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，還擺脫季節(jié)和地域上的限制,增加番茄產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益, 符合我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，其開發(fā)前景非常廣闊。

[1] 2009-2010中國(guó)番茄制品行業(yè)預(yù)測(cè)及投資分析報(bào)告[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2011.

[2] 龔平,闞建全.番茄紅素的研究進(jìn)展[J].食品與發(fā)酵工業(yè), 2008, 34 (5): 143-147.

[3] 陳劍波.番茄紅素提取工藝研究[ J].食品研究與開發(fā),2005, 26 (5): 84-86.

[4] 李玉環(huán),王鋒,劉群.皂化法提取番茄紅素的研究[J].食品科學(xué)，2002, 23 (8): l46-150.

[5] 楊新輝,勵(lì)建榮.番茄皮籽的回收利用研究進(jìn)展[J].食品工業(yè)科技,2001,22(4):83-85.

[6] 姜紅,張坤生,任云霞.番茄各部位和番茄醬中番茄紅素提取效果比較[J].食品研究與開發(fā),2009, 30(5):63-66.

[7] 劉達(dá)玉,鐘世榮. 番茄皮渣組成與利用價(jià)值研究[J]. 四川輕化工學(xué)院學(xué)報(bào),2000, 13 (1): 28-30.

[8] 楊新輝,勵(lì)建榮. 番茄皮籽的回收利用研究進(jìn)展[J]. 食品工業(yè)科技，2001，22(4):83-85.

[9] 黃彪,彭曉青.干番茄渣作為蛋雞、肉雞飼料的消化能、代謝能評(píng)價(jià)[J].飼料資源,2009,(7):45-47.

[10] 黃彪,戴斌彬. 干番茄渣在蛋雞飼料中的應(yīng)用[J]. 飼料資源,2009,(15):41-43

[11] 李春生.番茄紅素的研究概況[J].農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊,2009,24(1):72-74.

[12] 劉遠(yuǎn)鵬.健康食品配料—番茄紅素的性質(zhì)及應(yīng)用[J].中國(guó)食品添加劑,2005,(2):257-263.

[13] 任穎.番茄紅素的開發(fā)與利用[J].食品發(fā)酵科技, 2010,46(1):39-46.

[14] 趙娟娟. 番茄紅素的抗氧化活性研究.食品科技, 2010,35(7):62-65.

[15] Lapar ra J,Michaud J,Masquelier J.Etude pharmacocine-t iquedes ol igomeres l fa vanol iques[J]. Plantes edi cinal es et Phytoterap ie,1977,(11):133-142.

[16]劉曉軍.番茄紅素抑制脂質(zhì)氧化損傷的研究進(jìn)展.國(guó)外醫(yī)學(xué)衛(wèi)生學(xué)冊(cè),2006,33(6):366-369.

[17] Mi l ls P K, Lawrence-Beeson W, Roland L, et al .Cohor t study of diet, l i festyle and prostate cancer in adventistmen[J]. Cancer,1989,64: 598-604.

[18] VAISHAMPAYAN U，HUSSAIN M，BANERJEE M，et a l.Lycopene and soy iso f l avones in the t reatment of pros tate cancer[J].Nut r Cancer,2007,59(1):69-71.

[19] 毛紅麗,張善鋒,王明臣.番茄紅素對(duì)宮頸癌HeLa細(xì)胞bax、bcl-2基因表達(dá)的影響[J].中國(guó)現(xiàn)代藥物應(yīng)用, 2008, 19(2): 6-9.

[20] 王愛紅,王明全,龐秋霞.番茄紅素對(duì)人乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞增殖的影響及機(jī)制[J].山東醫(yī)藥, 2008, 48(26): 80-81.

[21] 王海霞,李永明,陳文華,等.番茄紅素對(duì)苯并芘誘發(fā)小鼠前胃組織癌變的影響[J].中國(guó)臨床營(yíng)養(yǎng)雜志, 2008, 16(4): 243-247.

[22] 徐晉,徐貴.發(fā)番茄紅素對(duì)心血管疾病的預(yù)防作用綜述[J]. 衛(wèi)生研究,2008,37(3): 381-382.

[23] 楊艷暉,宋柏捷,朱孝娟等.番茄紅素對(duì)高脂血癥患者血脂的影響[J].中國(guó)臨床營(yíng)養(yǎng)雜志,2007,15(1): 43-45.

[24] 王蕾,唐湘宇,郭芳等. 番茄紅素對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化兔血脂的調(diào)節(jié)作用[J].中國(guó)藥理學(xué)通報(bào),2005,21(7):860-863.

[25] 孫慶杰,霄霖.番茄紅素的保健作用與開發(fā)[J].食品與發(fā)酵工業(yè),1998,23(4):72-75.

[26] 張莉,王政軍.番茄紅素的保健功能綜述[J].中國(guó)調(diào)味品,2009,34(9):98-99.

[27]De St e f ani E,Bo f f e t t a P,Or eggia F,Plant foods and risk of larynegeal cancer:a case-cont ro l study in Uruguay (J) .Int J Cancer,2000,87:129-132.

[28] 潘洪志,常東,吳偉慎等.食品級(jí)番茄紅素對(duì)小鼠的免疫調(diào)節(jié)功能[J].中國(guó)臨床營(yíng)養(yǎng)雜志,2006, 14(5): 308-310.

[29] 趙巖.番茄紅素對(duì)小鼠增強(qiáng)免疫力功能的研究[J]. 中國(guó)野生植物資源,2006,25(1):48-49.

[30] 盧連華,楊非,顏燕等.番茄紅素抗衰老作用的實(shí)驗(yàn)研究[J].預(yù)防醫(yī)學(xué)論壇, 2009,15(9):855-857.

[31] ANDREW S, JOHNN . Risk assessment for the carotenoids lutein and lycopene [J]·Regul Toxicol Phar-macol, 2006, 45(5):289-298.

[32] 凌關(guān)庭.可供開發(fā)食品添加劑（IV）：番茄色素及其生理功能.糧食與油脂，2003,(1)：47-50.

[33] Ribayo-MercadoJ D，Garmyn M，et al J.Nut r.1995,125,1854-1859.

[34] 王燕燕,邱進(jìn)申,鄭輝杰.番茄紅素分離與分析的研究進(jìn)展[J].中國(guó)食品添劑,2002,(4):16-20

[35] 劉殿鋒,吳春昊,王建軍.番茄渣中番茄紅素的提取工藝研究[J].中國(guó)食品添加劑-試驗(yàn)研究,2010(1):100-102.

[36] 張澤生,趙娟娟,史珅等.乙醇處理對(duì)番茄皮中番茄紅素提取率的影響[J].食品研究與開發(fā)2008,29(4): 15-20.

[37] 張美莉.食品功能成分的制備及其應(yīng)用[M].中國(guó)輕工業(yè)出版社,2006.

[38] 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.

[39] 張澤生,趙娟娟,王浩等.超聲波輔助提取番茄皮渣中番茄紅素工藝的研究[J].食品科技,2008(1): 140-145.

[40] 蘇亞洲,魏潔麟,雷靜,等.微波預(yù)處理法提取番茄皮中番茄紅素的工藝研究[J].中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng),2010(5): 59-61

[41] 靳學(xué)遠(yuǎn),李曉,秦霞等.超高壓提取番茄渣中番茄紅素的工藝優(yōu)化[J].食品科學(xué),2010, 31(0 2):25-27.

[42] Zhang Lianfu,Liu Zelong.Opt imization and comparison of ul t rasound/microwave assisted ext rac t ion(UMAE) and u l t rasoni c assisted ext ract ion(UAE) of lycopene f rom tomatoes[J].Ul trasonics Sonochemist ry,2008,15(5):731-737.

[43] 金聲瑯, 殷涌光.高壓脈沖電場(chǎng)輔助提取番茄皮渣的番茄紅素[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2010, 26(9):368-372.

*通訊聯(lián)系人

中華供銷總社濟(jì)南果品研究院研究項(xiàng)目

劉林林(1987-)，女，碩士研究生，研究方向：功能食品與食品添加劑，13698615128；jxk1987@163.com。