CN101289364A - 一种番茄红素的提取制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种番茄红素的提取制备方法，属于食品工程技术领域。该方法以番茄或西瓜果肉为原料，采用超声波和提取袋技术，包括以下步骤：(1)原料处理、打浆；(2)果浆的固、液分离；(3)果酱的乙醇水溶液处理；(4)果酱的番茄红素提取剂提取；以及(5)番茄红素结晶品的制备。本发明提取时间由常规的10～20h减少为10～60min，并明显提高了产物的纯度含量，由一般的10～20％提高为70～80％，具有高效、快速、易操作、低成本、产品番茄红素含量高等特点，适宜在工业化大规模生产高纯度天然番茄红素的企业中推广应用。

Description

一种番茄红素的提取制备方法

技术领域

本发明属于食品工程技术领域，尤其涉及一种以番茄、两瓜为原料，提取、制备天然番茄红素的方法。

背景技术

番茄红素是一种呈红色的脂溶性多功能天然色素，主要存在于成熟的番茄、西瓜、番石榴等蔬菜与水果中。除色素功能外，番茄红素还具有强抗氧化功能，能有效清除体内自由基、防止细胞病变与癌变、保持细胞正常代谢等，从而起到提高人体免疫力和延缓人体衰老的作用，另外对三高症、心脑血管疾病、前列腺疾病、食道癌、肺癌、乳腺癌、子宫癌、皮肤癌等病症也有显著改善效果。番茄红素也因其在色素、医药、添加剂、保健品、化妆品等领域的应用价值而成为当今国际上功能性天然色素研究与开发的一个热点。

目前关于天然番茄红素提取、制备方法的专利和文献已有许多，其中溶剂法尤其是单一溶剂法结合加热搅拌工艺，成为工业化大规模生产番茄红素最常用方法。比如专利号02124576.2以番茄浓缩物或粉碎的湿番茄皮为原料，先用甲醇、乙醇、丙酮或丁酮50～90℃逆流搅拌浸提或连续搅拌浸提多次，每次20min；残留固体在50～85℃条件下先减压脱除残留有机溶剂再用乙酸乙酯、丙醚、乙醚、石油醚、二氯甲烷、丙酮或丁酮加热回流提取多次，每次25min；提取液减压浓缩后析出结晶体，抽滤、洗涤、真空干燥结晶体得到纯度大于50％的番茄红素粉，总路线耗时至少4～8h。专利号00128226.3以番茄酱或番茄皮渣为原料，20～70℃加热搅拌，经水洗——离心、碱洗——离心、水洗——离心后用常压方式干燥粉碎，再用酒精、汽油、乙酸乙酯、乙醚、石油醚、己烷或丙酮30～75℃加热搅拌浸提2～7次，每次10～60min，提取液经滤布过滤后用闪蒸浓缩，-25～-10℃低温条件下结晶(0.5～5h)，干燥结晶物得到番茄红素含量大于10％的结晶产品，总程序耗时6～14h。专利号200410003051.6以番茄酱为原料，在自制的一个浸提装置中加热搅拌条件下用己烷、氯仿、乙酸乙酯或丙酮50～55℃加热搅拌浸提45min，提取两次，过滤分离后低压浓缩，再经15～24h的-10～-25℃的结晶，得到1～6％的天然番茄红素油树脂，总程序耗时约30h。

虽然以上所述方法具有设备简易、成本低廉的优点，但普遍存在提取级数多、耗时长、提取率偏低、溶剂用量大、能源消耗高等弊端，不利于工业化的高效率、低成本地番茄红素生产，而且操作时间过长易造成番茄红素的氧化损失。

近年来超声波辅助提取在医药、食品分析中的应用日益广泛。利用超声波辐射压强在媒质中产生的强烈空化效应、热效应以及搅拌、均质、分散、破碎、凝聚和定向等的力学效应，可以增大物质分子运动频率和速度、增加溶剂穿透力、加速欲提取成分的扩散释放，从而促进欲提取成分的提取。另外，超声波还具有杀菌、干燥、除气和结晶等有利于提高提取质量和效率的其它辅助作用。张泽生等2006年初次报道了超声波辅助提取番茄红素的方法，主要步骤包括番茄酱的水洗、离心——70％乙醇搅拌提取酱渣3次(每次20min)——抽滤——用乙酸乙酯在超声波加热条件下提取酱渣2次(每次20min)——抽滤、真空减压浓缩得到番茄红素含量为7.7％的油树脂(《食品研究与开发》2006年27卷10期：超声波湿法提取番茄酱中番茄红素工艺的研究)。不过，此方法只在有机溶剂提取番茄红素步骤中使用了超声波技术，而在预处理过程中仍使用常规的加热搅拌技术，没有充分利用超声波技术，整个过程至少需2～3h，并且仅仅获得番茄红素含量较低的油树脂。

发明内容

本发明目的是，针对上述已有技术存在的提取级数多、提取率偏低、溶剂用量大、能源消耗高及操作时间长等缺陷，提供一种高效、快速、易操作、低成本的适宜于工业化大规模生产高纯度天然番茄红素的提取制备方法。

本发明目的通过以下技术方案得以实现。

一种番茄红素的提取制备方法，该方法按以下步骤进行：

(1)原料处理、打浆：以番茄或西瓜果肉为原料，经去皮、去籽后用打浆机制备成果浆，备用；

(2)果浆的固、液分离：将果浆装入提取袋内、扎口后放入负压抽滤装置中，经负压抽滤分离出滤液1，提取袋内留存果酱1；

(3)果酱的乙醇水溶液处理：将含果酱1的提取袋放入提取罐1中，并按果酱1与乙醇水溶液为1Kg∶5～15L的重量体积比向提取罐1中加入70～95％乙醇水溶液；超声波提取1～5min后，把提取液以及提取袋一并放入负压抽滤装置中，抽滤分离出滤液2，袋内留存果酱2；果酱2再按照相同方法提取、抽滤1次后获得滤液3与果酱3，完成第1次乙醇水溶液去杂处理；并从滤液2和滤液3中回收乙醇；

(4)果酱的番茄红素提取剂提取：将含果酱3的提取袋放入提取罐2中，按果酱3与番茄红素提取剂为1Kg∶25～100L的重量体积比，向提取罐2中加入番茄红素提取剂，进行超声波提取1～5min后，把提取液及提取袋一并放入负压抽滤分离装置中，分离出酱渣1与滤液4；袋内留存的酱渣1再用相同方法提取、抽滤1次获得酱渣2与滤液5；

(5)番茄红素结晶品的制备：在低于番茄红素提取剂沸点5～10℃温度下，用旋转蒸发仪蒸干滤液4和滤液5，得番茄红素结晶粗品，并回收番茄红素提取剂；按结晶粗品与乙醇为1Kg∶10L的重量体积比例，用-20℃冷乙醇缓慢淋洗结晶粗品2min，完成第2次乙醇去杂处理，并从乙醇洗涤液中回收乙醇；将淋洗后的结晶粗品在-20℃条件下用氮气吹干得番茄红素结晶品，经包装、封口即成产品。

步骤(2)、(3)及(4)所述的提取袋，袋口设有抽拉式提绳，袋体材料为100～400目耐高温、低温和有机溶剂腐蚀的锦纶筛绢或涤纶筛绢；

步骤(3)及(4)所述的提取罐，设有罐体、提盖、提柄，罐体材料为耐高温、低温和有机溶剂腐蚀的聚酰胺或聚四氟乙烯等材料；

步骤(2)、(3)及(4)所述的负压抽滤，是把存有果浆的提取袋或存有果酱或酱渣的提取袋连并提取罐中的提取液放入负压抽滤装置中，用-70～-10Kpa的负压把液体抽至抽滤瓶中，实现固液分离；

步骤(2)及(3)所述的果酱1、果酱2和果酱3的固形物含量为20～30％；步骤(4)所述的酱渣1和酱渣2的固形物含量为80～90％；

步骤(3)及(4)所述的超声波提取，是将内含果酱1或果酱2的提取袋和乙醇水溶液的提取罐1，或内含果酱3或酱渣1的提取袋和番茄红素提取剂的提取罐2，置入槽式超声波清洗机或超声波震板投入式清洗机内后，以水为工作液，超声频率为40～80KHz，其中乙醇水溶液处理时的工作液为60～80℃，番茄红素提取剂提取番茄红素时的工作液温度比该提取剂的沸点低5～15℃；

步骤(4)所述的番茄红素提取剂为四氢呋喃、丙酮、乙醚或甲基叔丁基醚；

所述的操作步骤均要求在弱光条件下进行；制好的结晶品在-70℃条件下密闭遮光保存；

步骤(2)所述的滤液1可用于加工果汁或饮料；步骤(4)所述的酱渣2可用于加工果实纤维素。

本发明的有益效果是：

一、本发明采用的番茄红素提取剂提取番茄红素的速度和提取率明显好于上述国内外常用的其它单一提取剂方法；

二、本发明利用超声波的空化效应、热效应和力学效应，在果酱的杂质去除和番茄红素提取两个步骤中都使用了超声波技术，超声波处理时间只需1～5min，提取级数只有2级，显著提高了工作效率；

三、本发明的提取袋技术既保护了含番茄红素固体物质在果酱制备和提纯过程中的流失，又因袋体本身的过滤作用，提高了过滤效果；而且通过提取袋的整体提入或提出，简化了提取程序，具有方便、快捷的作用；

四、本发明在乙醇水溶液处理和番茄红素提取剂提取步骤中使用了独立的提取罐，避免了不同步骤提取液之间的相互污染，适合于程序式的工业化操作；

五、本发明通过乙醇水溶液去除果酱中一些水溶性和脂溶性物质进行第一次去杂，以及冷乙醇淋洗番茄红素结晶粗品进行第二次去杂，显著提高了番茄红素结晶品的纯度与含量；

六、本发明采用了高效番茄红素提取剂和超声波加热相结合的提取技术，每千克鲜番茄或西瓜果肉仅需8～10L番茄红素提取剂，大大减小了有机溶剂使用量；而且旋转蒸发仪减压蒸干利于有机溶剂的挥发，产品有机溶剂残留较少；

七、本发明番茄红素提取技术使用的打浆机、超声波清洗机、负压抽滤装置、旋转蒸发仪等都是食品工业常用的设备，设备成本低、易操作；

八、本发明通过高效番茄红素提取剂的提取、超声波、提取袋的保护与过滤双重作用、独立提取罐的使用以及2次去杂技术，提取时间由常规的10～20h减少为10～60min，并明显提高了产物的纯度含量，由一般的10～20％提高为70～80％。

附图说明

图1本发明番茄红素提取、制备流程示意图。

图2本发明的提取袋-提取罐-超声波清洗机的结构示意图。

图2又为摘要附图。其中，1.超声波清洗机；2.提取罐；3.提取袋；4.果酱或酱渣；5.超声波清洗机工作液；6.乙醇水溶液或番茄红素提取剂；7.提取袋提绳；8.提取罐的盖子；9.提取罐的提柄；10.提钩。

具体实施方式

以下通过实施例并结合附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不受这些内容所限制。

实施例和实验例中所述的乙醇水溶液用乙醇和纯净水按照体积比配制而成。所用化学试剂均为分析纯；石油醚30～60℃沸程，正戊醇136.5～138.5℃沸程，四氢呋喃66℃±1沸程；除正己烷纯度高于97％外，其它试剂纯度都高于99％。超声波工作液为自来水。

实施例1：(从番茄中提取、制备番茄红素)

称取100kg无病害、无破损的成熟番茄，清水清洗表面；90℃热水淋洗6min再迅速用20℃冷水淋洗4min，在机械滚动和水力冲击辅助下完成脱皮；把脱皮番茄环切两半，手工完成去籽；果肉经机械压碎后用打浆机制成果浆；果浆装入150目的涤纶筛绢提取袋3内、扎口，经-30Kpa负压抽滤分离出滤液1(可用于加工果汁或饮料)，提取袋3内留存20kg的果酱1；将含果酱1的提取袋3放入提取罐2-1中，向罐中加入80％乙醇水溶液200L，60℃、50KHz条件下超声波1处理4min，把提取袋3从提取罐2-1中取出，把提取液以及提取袋3一并放入负压抽滤装置中，经-60Kpa负压抽滤分离出滤液2，提取袋3内留存果酱2；果酱2再用相同方法提取、抽滤1次获得滤液3与17.5kg果酱3；滤液2和滤液3可用于回收乙醇；将含果酱3的提取袋3放入提取罐2-2中，加入500L丙酮，45℃、60KHz条件下超声波1提取3min，提取液以及提取袋3放入负压抽滤分离装置中，经-50Kpa负压抽滤分离出滤液4；提取袋3内留存酱渣再用相同方法重复提取、抽滤1次获得滤液5；提取袋3内最后所存酱渣可用于加工果实纤维素；将滤液4与滤液5合并，50℃条件下用旋转蒸发仪进行蒸干，得番茄红素结晶粗品，并回收丙酮；将该结晶粗品在-20℃条件下用20ml-20℃乙醇缓慢淋洗2min，再用氮气吹至干燥得2g左右72％的番茄红素结晶品，经包装、封口即成产品，并回收乙醇；所有操作要求弱光条件下进行，制好的结晶品在-70℃条件下密闭遮光保存。

实施例2：(从西瓜中提取、制备番茄红素)

称取100kg无病害、无破损、成熟的红色西瓜果肉，制成果浆后装入200目的锦纶筛绢提取袋3；经-20Kpa负压抽滤后把留存果酱1(22kg)的提取袋3放入提取罐2-1中，向提取罐2-1中加入70％乙醇水溶液250L，80℃、50KHz条件下超声波1提取2min，经-55Kpa负压抽滤分离后，提取袋3内留存果酱2；果酱2再用相同方法重复提取、抽滤一次获得15kg果酱3；将含果酱3的提取袋3放入提取罐2-2中，向提取罐2-2中加入400L四氢呋喃，50℃、50KHz条件下超声波1提取2min，再经-60Kpa负压抽滤分离酱渣与提取液，提取袋3内留存酱渣再用相同方法重复提取、抽滤1次；合并两次四氢呋喃提取液，在60℃条件下蒸干得到结晶粗品，再经乙醇淋洗、氮气吹干后制备3g左右75％番茄红素结晶品。其余工艺、步骤同实施例1。

实施例3：(从西瓜酱提取、制备番茄红素)

称取西瓜酱1Kg，装入300目的锦纶筛绢提取袋3，加入40L乙醚，30℃、80KHz条件下超声波1提取5min，提取液在35℃条件下旋转蒸干得到结晶粗品，再经乙醇淋洗、氮气吹干制备0.15g左右76％番茄红素结晶品。西瓜酱的制备、乙醇处理等工艺、步骤同实施例2。

实施例4：(从番茄粉提取、制备番茄红素)

称取一定量经乙醇水溶液处理好的番茄酱用冷冻干燥机冻干，粉碎、过60目筛网后，制备番茄粉。称取番茄粉1Kg，装入400目涤纶筛绢提取袋3，加入100L甲基叔丁基醚，45℃、70KHz条件下超声波1提取1min，提取液在55℃条件下蒸干得到结晶粗品，再经乙醇淋洗、氮气干燥后制备0.5g左右74％番茄红素结晶品。番茄酱的制备、包括乙醇处理以及其余工艺、步骤同实施例1。

实验例1：(搅拌方法与超声波方法的番茄红素提取效率比较)

称取0.05g番茄粉于50ml离心管中，加入70％乙醇水溶液5ml进行超声波提取2min，离心过滤去掉上清液后的沉淀物中加入10ml丙酮进行超声波或搅拌加热提取1min，离心过滤后于474nm处检测1级丙酮提取上清液吸光值，酱渣再用丙酮按照相同方法重复提取几次，直至酱渣无色，并检测各级提取上清液吸光值。提取效率(Abs/g·ml·min)用1min内1ml丙酮提取1g番茄粉所获得的吸光值。提取百分率(％)指每级提取吸光值占全部提取级吸光值之和的百分比。本实验例设4次重复，实验结果见表1，不仅40℃超声波方法的番茄红素提取量高，第1级提取百分率达91.77％，而且第1级和第2级的提取百分率之和达到99.55％，明显好于40℃搅拌提取方法。

表1：搅拌方法与超声波方法的番茄红素提取效率比较

实验例2：(不同提取溶剂番茄红素提取效率比较)

选取国内外常用的番茄红素提取溶剂，包括单一溶剂、混合溶剂共26种(表2)，进行不同提取溶剂的番茄红素提取效率比较。称取番茄酱0.15g于10ml离心管中，加10ml 75％乙醇水溶液，60℃超声波提取5min，离心弃去上清液，加入10ml番茄红素提取溶剂在超声波中40℃下提取10min，离心过滤后保存上清液，酱渣按照相同方法重复提取2次，合并3次提取上清液，于最大吸收波长处检测吸光值(Abs)。本实验例设3次重复，实验结果见表2，丙酮、甲基叔丁基醚、四氢呋喃和乙醚等四个单一提取溶剂的提取效果明显好于其它单一提取溶剂，而且与甲醇/四氢呋喃(1∶1，v/v)、乙醇/正己烷(4∶3，v/v)、乙醇/正己烷/丙酮(2∶2∶1，v/v/v)和正己烷/丙酮/乙醇(2∶1∶1，v/v/v)等4种混合提取溶剂的提取效果无显著差异。

表2不同提取溶剂番茄红素提取效率比较

Claims (9)

1、一种番茄红素的提取制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)原料处理、打浆：以番茄或西瓜果肉为原料，经去皮、去籽后用打浆机制备成果浆，备用；

(2)果浆的固、液分离：将果浆装入提取袋内、扎口后放入负压抽滤装置中，经负压抽滤分离出滤液1，提取袋内留存果酱1；

(3)果酱的乙醇水溶液处理：将含果酱1的提取袋放入提取罐1中，并按果酱1与乙醇水溶液为1Kg∶5～15L的重量体积比例向提取罐1中加入70～95％乙醇水溶液；超声波提取1～5min后，把提取液以及提取袋一并放入负压抽滤装置中，抽滤分离出滤液2，袋内留存果酱2；果酱2按照相同方法提取、抽滤1次获得滤液3与果酱3，完成第1次乙醇水溶液去杂处理，并从滤液2和滤液3中回收乙醇；

(4)果酱的番茄红素提取剂提取：将含果酱3的提取袋放入提取罐2中，按果酱3与番茄红素提取剂为1Kg∶25～100L的重量体积比，向提取罐2中加入番茄红素提取剂，进行超声波提取1～5min，把提取液及提取袋一并放入负压抽滤分离装置中，分离出酱渣1与滤液4；袋内留存的酱渣1再用相同方法提取、抽滤1次获得酱渣2与滤液5；

(5)番茄红素结晶品的制备：在低于番茄红素提取剂沸点5～10℃温度下，用旋转蒸发仪蒸干滤液4和滤液5，得番茄红素结晶粗品，并回收番茄红素提取剂；按结晶粗品与乙醇为1Kg∶10L的重量体积比例，用-20℃冷乙醇缓慢淋洗结晶粗品2min，完成第2次乙醇去杂处理，并从乙醇洗涤液中回收乙醇；将淋洗后的结晶粗品在-20℃条件下用氮气吹干得番茄红素结晶品，经包装、封口即成产品。

2、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述提取袋的袋口设有抽拉式提绳，袋体材料为100～400目耐高温、低温和有机溶剂腐蚀的锦纶筛绢或涤纶筛绢。

3、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述提取罐设有罐体、提盖、提柄，罐体材料为耐高温、低温和有机溶剂腐蚀的聚酰胺或聚四氟乙烯。

4、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的负压抽滤是把存有果浆的提取袋或存有果酱或酱渣的提取袋连并提取罐中的提取液放入负压抽滤装置中，用-70～-10Kpa的负压把液体抽至抽滤瓶中，实现固液分离。

5、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的果酱固形物含量为20～30％，酱渣固形物含量为80～90％。

6、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的超声波提取，是将内含果酱1或果酱2的提取袋和乙醇水溶液的提取罐1，或内含果酱3或酱渣1的提取袋和番茄红素提取剂的提取罐2，置入槽式超声波清洗机或超声波震板投入式清洗机内，以水为工作液，超声频率40～80KHz，其中乙醇水溶液处理时的工作液为60～80℃，番茄红素提取剂提取番茄红素时的工作液温度比番茄红素提取剂沸点低5～15℃。

7、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的番茄红素提取剂为四氢呋喃、丙酮、乙醚或甲基叔丁基醚。

8、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的(1)至(5)操作步骤均要求在弱光条件下进行；制备好的结晶品在-70℃条件下密闭遮光保存。

9、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的滤液1可用于加工果汁或饮料；所述的酱渣2可用于加工果实纤维素。

Images