成建紅，劉惠斌，于喜濤（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)（煙臺(tái)），山東煙臺(tái)264670）

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秋橄欖番茄紅素超臨界CO2萃取工藝研究

成建紅，劉惠斌，于喜濤
（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)（煙臺(tái)），山東煙臺(tái)264670）

以野生秋橄欖為原料，采用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)果實(shí)番茄紅素?zé)o助提劑條件下的超臨界CO2提?。⊿FE）工藝進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在檢測(cè)的3個(gè)因素中萃取壓力對(duì)秋橄欖果實(shí)番茄紅素的提取效率影響最大，其次為溫度和提取時(shí)間。在CO2流速約為60L/h的條件下，果實(shí)番茄紅素提取的最佳工藝參數(shù)為45℃，30MPa，每次1.5h。

秋橄欖；超臨界CO2萃?。环鸭t素；提取工藝

秋橄欖（Elaeagnus umbellata Thunb.）為胡頹子科胡頹子屬多年生落葉灌木，學(xué)名秋胡頹子，俗稱麥粒子、牛奶子等，主要分布于東亞、中亞以及歐洲南部的部分地區(qū)［1］，植株多做藥用或觀賞樹(shù)木栽培。秋橄欖果實(shí)為紅色多肉小型核果，經(jīng)檢測(cè)其番茄紅素含量約為普通番茄含量的17倍［2-3］。番茄紅素（Lycopene）是一種天然食用色素，具有防癌、抗癌、抗衰老等多方面的生物學(xué)功能，目前天然番茄紅素的主要來(lái)源是從番茄中制取，高番茄紅素含量使得秋橄欖果實(shí)成為了一種極具開(kāi)發(fā)潛力的自然資源。天然色素的提取方法很多，超臨界CO2萃取技術(shù)（SFE）利用臨界壓力和臨界溫度所形成的介于氣體和液體之間的超臨界高密度的CO2流體，從目標(biāo)物中萃取分離沸點(diǎn)或熱不穩(wěn)定物而成為一項(xiàng)被廣泛使用于天然產(chǎn)物的分離提取的新技術(shù)。前人使用超臨界CO2萃取天然番茄紅素多用助提劑，本研究以秋橄欖果實(shí)為原料，以種子中天然的脂類物質(zhì)為伴同的助提劑，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究超臨界流體萃取秋橄欖果實(shí)番茄紅素的最佳工藝，以期為秋橄欖果實(shí)天然番茄紅素的制取及開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

秋橄欖：秋季果熟期于野生群落采集成熟果實(shí)；番茄：市購(gòu)。

二氯甲烷：分析純。

1.2儀器與設(shè)備

WKX高速粉碎機(jī)：上海新諾儀器設(shè)備有限公司；HA220-50-07超臨界萃取裝置：江蘇南通市華安超臨界萃取有限公司；T6新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限公司；BS223S電子天平：德國(guó)Sartorious公司；微量移液器：上海榮泰生化工程有限公司。

1.3方法

1.3.1溶劑法提取秋橄欖、番茄果實(shí)番茄紅素

參照李京方法［4］略有改動(dòng)：剝?nèi)」? g，加石英砂、Na2CO3適量，于研缽中研磨，先加5 mL丙酮，再用10 mL二氯甲烷提取3次～4次，直至無(wú)色，合并上清，4 000 r/min離心5 min，上清轉(zhuǎn)移至分液漏斗，加適量水，靜置片刻，分流下相，重復(fù)3次，合并收集下相，定容后低溫避光保存。

1.3.2超臨界CO2萃取秋橄欖果實(shí)番茄紅素

1.3.2.1提取工藝

秋橄欖果實(shí)→自然晾干→粉碎→稱量（每次進(jìn)樣200 g）→超臨界萃取→收集萃取物→分光光度計(jì)檢測(cè)

1.3.2.2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

李京［5］、宋鈺興［6］、廖益強(qiáng)［7］、王憲青［8］、左愛(ài)仁［9］等曾分別以秋橄欖、番茄等為材料研究了超臨界萃取番茄紅素的單因素試驗(yàn)，其研究的單因素影響因子涉及萃取溫度、壓力、時(shí)間、CO2流速、助提劑等，得出的最佳參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　不同材料番茄紅素提取各因素最佳參數(shù)Table 1　The optimal parameter of lycopene extraction on different materials

參考表1中各文獻(xiàn)研究結(jié)果，確定本研究正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)超臨界萃取影響因素為3個(gè)，即萃取溫度、萃取壓力、萃取時(shí)間，每因素設(shè)計(jì)3個(gè)水平，萃取溫度為40、45、50℃，萃取壓力為20、25、30 MPa（本設(shè)備最高壓力值），萃取時(shí)間為1、1.5、2 h，設(shè)計(jì)L9（33）正交試驗(yàn)各因素及水平見(jiàn)表2。

表2　L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平Table 2　Factors and levels of orthogonal experiment L9（33）

由于本研究所用超臨界萃取裝置的CO2流量不可控，設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)流速基本恒定在60 L/h，因此單因素試驗(yàn)不做流量影響設(shè)計(jì)。本研究萃取的番茄紅素主要考慮食用，前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)秋橄欖種子中含有較多的脂類物質(zhì)，內(nèi)含物包括大量不飽和脂肪酸，具有一定的保健功效，因此本試驗(yàn)將種子天然含有的油料成分做助提劑，研究未選擇丙酮等可能有化學(xué)殘留物的試劑做助提劑。

1.3.2.3番茄紅素含量的測(cè)定

取0.1 g萃取物，二氯甲烷溶解稀釋，分光光度計(jì)檢測(cè)其在481 nm波長(zhǎng)的吸光值，依據(jù)以下公式計(jì)算番茄紅素含量（參照李京方法［4-5］）：

X=A×y/（A1%1cm×100）

式中：X為樣品中番茄紅素的含量，g；y為樣品溶液體積，mL；A為樣品在檢測(cè)區(qū)間最大吸收波長(zhǎng)的吸光值；A1%1cm為吸光系數(shù)，定義為在1 cm光程長(zhǎng)的比色杯中1%濃度溶質(zhì)的理論吸光值。在此采用ε=3500。

1.3.2.4番茄紅素萃取率計(jì)算

番茄干物質(zhì)量按果實(shí)重量的80%扣除含水量計(jì)算，秋橄欖溶劑法干物質(zhì)量按果實(shí)重量及含水量有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算［3］；

萃取物中番茄紅素的純度/%=（番茄紅素萃取量/萃取物總量）×100。

2　結(jié)果與分析

2.1正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　L9（33）正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 3　L9（33）orthogonal test scheme and results

分析結(jié)果表明，超臨界CO2萃取技術(shù)中影響秋橄欖果實(shí)番茄紅素提取效果的因素由主要到次要依次為B＞A＞C，即萃取壓力對(duì)秋橄欖果實(shí)番茄紅素的提取效果影響最大，其次為萃取溫度，萃取時(shí)間對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響最小。結(jié)果同時(shí)表明A2、B3、C2分別為A、B、C 3個(gè)因素的優(yōu)水平，其組合A2B3C2為秋橄欖果實(shí)番茄紅素超臨界萃取的的最佳工藝參數(shù)，即以果實(shí)種子脂類物質(zhì)為天然助提劑條件下，超臨界CO2流速約為60 L/h，最佳提取工藝參數(shù)為45℃溫度，30 MPa的萃取壓力，提取1.5 h。最佳工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)所得番茄紅素總含量為15.38 mg/200 g，為最高值。

2.2番茄紅素萃取率分析

本研究溶劑法提取番茄果實(shí)番茄紅素，檢測(cè)果肉番茄紅素含量為6.21 mg/100 g鮮重，結(jié)果與大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道的0.88 mg/100 g～10 mg/100 g鮮果較為一致［2-4］；除去含水量，該結(jié)果相當(dāng)于每100克干重含番茄紅素31.05 mg。試驗(yàn)采用同樣的溶劑法提取秋橄欖鮮果番茄紅素，檢測(cè)果肉番茄紅素含量為62.20 mg/100 g鮮重（約為番茄鮮果的10倍），換算為果實(shí)重量相當(dāng)于每100克鮮果實(shí)（含種子）番茄紅素含量為52.27 mg，除去含水量，每100克干果實(shí)（含種子）番茄紅素含量約為182.51 mg（約為番茄的5.88倍），結(jié)果顯示秋橄欖果實(shí)含有豐富的番茄紅素，數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4　秋橄欖果實(shí)番茄紅素萃取率分析Table 4　The lycopene extraction yield analysis of autumn olive

然而，比較溶劑法，SFE法番茄紅素的萃取率在涂寶軍［10］（表4番茄4）和李京［9］（秋橄欖）的研究結(jié)果中都表現(xiàn)出較低水平。本研究采用種子天然油脂做助提劑進(jìn)行超臨界CO2萃取秋橄欖果實(shí)番茄紅素時(shí)，干果實(shí)中番茄紅素檢出量只有7.69 mg/100 g，分析原因可能主要受材料粉碎程度的影響。觀察發(fā)現(xiàn)，秋橄欖果實(shí)種皮外側(cè)有一層較厚的白色絲狀纖維組織，果實(shí)在粉碎過(guò)程中材料逐漸呈絮狀，很難過(guò)篩，粉碎不徹底可能是實(shí)驗(yàn)萃取率相對(duì)較低的主要因素。部分研究采用超臨界CO2萃取番茄中番茄紅素，干果實(shí)番茄紅素萃取量達(dá)到399.36 mg/100 g［8］的結(jié)果（表4番茄3）似乎遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了平常水平。同時(shí)，如僅考慮增加萃取物總量和番茄紅素產(chǎn)出率，今后可以探索使用大豆色拉油做助提劑做進(jìn)一步研究［9］。

3　結(jié)論

1）超臨界CO2萃取技術(shù)中影響秋橄欖果實(shí)番茄紅素提取效果的因素由主要到次要依次為萃取壓力＞萃取溫度＞萃取時(shí)間。

2）正交試驗(yàn)結(jié)果顯示在CO2流速約為60 L/h的條件下，以種子脂類物質(zhì)做天然助提劑，超臨界CO2萃取秋橄欖果實(shí)番茄紅素的最佳工藝為溫度45℃，萃取壓力30 MPa，提取1.5 h。

3）秋橄欖粉中番茄紅素檢出量為7.69 mg/100 g。

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The Study of Supercritical Fluid Extraction of Lycopene on Autumn Olive

CHENG Jian-hong，LIU Hui-bin，YU Xi-tao
（China Agricultural University（Yantai），Yantai 264670，Shandong，China）

In this paper，orthogonal test design of three factors at three different levels was applied to optimize the lycopene extraction technology from autumn olive using supercritical fluid extraction（SFE）.The results showed that the extraction temperature had significant influences on extraction yield of lycopene.The effects of extraction temperature and extract time were in order reduced.Under the 60 L/h CO2flow rate，the optimal parameter to extract the lycopene from the fruits of autumn olive was using 30 MPa extraction pressure，extracting for 1.5 h at 45℃.

autumn olive；supercritical carbon dioxide fluid extraction；lycopene；extraction technology

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.13.011

山東省中青年科學(xué)家獎(jiǎng)勵(lì)基金（BS2010NY032）

成建紅（1970—），女（漢），副教授，博士，研究方向：果樹(shù)生理與天然產(chǎn)物研究。

2015-06-25