CN109096037A - 一种从西瓜中提取番茄红素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从西瓜中提取番茄红素的方法，属于天然物质提取技术领域。本发明从西瓜中提取番茄红素的方法，包括原料酶解处理、超声辅助有机溶剂浸提、减压浓缩和纯化步骤；所述酶解为添加0.1～0.3％(m/m)的生物酶，40～50℃、酶解1～2h。本发明方法对西瓜中的番茄红素具有较高的提取效果，并且，获得番茄红素产品的纯度较高且稳定，可以作为原料用于食品和保健品行业，为西瓜的利用提供了新的途径，具有良好的社会和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于天然物质提取技术领域，具体涉及一种从西瓜中提取番茄红素的方法。
背景技术
西瓜在我国种植范围广，生长周期短，产量高，年种植面积约200万公顷，总产量6800 万吨，分别占当年世界西瓜栽培总面积和总产量的58.99％和71.45％，均居世界首位。由于 西瓜种植的季节性强，上市集中，不易贮存，供需失衡导致西瓜价格大幅下跌甚至滞销，造 成大量腐烂。此外种植过程中的残次瓜，不适宜作为鲜销，常常只能烂在地里或者极其廉价 出售，造成资源的浪费。解决这些问题的关键在于大力发展西瓜深加工，提高西瓜的附加值。
目前国内对西瓜加工通常是侧重于西瓜饮料(包括西瓜汁、西瓜酒、西瓜醋等)及西瓜 酱的研制，但是，利用西瓜加工成直接食用的初级产品，对作为原料的西瓜品质(例如成熟 程度、新鲜程度)要求比较高，即使这样，西瓜经过热处理后会丧失原有的风味，依然难以 符合消费者的口味，所以将西瓜加工成饮料或果酱的可操作性较差，难以实现产业化。
番茄红素是植物中所含的一种天然色素。主要存在于茄科植物西红柿的成熟果实中。由 于其具有独特的长链分子结构，含有11个共轭双键和2个非共轭双键，因此使其具有极强的 自由基清除能力和抗氧化活性。目前，番茄红素的开发生产主要采用从番茄或者番茄加工产 品中提取，在充分成熟的红瓤品种的西瓜中，番茄红素的含量一般约为4.51～5.32mg/100g FW，最高可达到7mg/100g FW以上，平均为4.87mg/100g FW，而市售红熟番茄中番茄红素 的平均含量仅为3.02mg/100g FW，西瓜中的番茄红素含量较番茄高约60％，因此西瓜也是 一个巨大的番茄红素资源。
尽管国内外对番茄红素的提取纯化已有较多的研究，但大部分都是以番茄及其制品为原 料，所得到的工艺方法不一定适用于西瓜。因此，结合西瓜原料特性、开发从西瓜中高效提 取提取番茄红素的技术，是增加西瓜附加值，推动西瓜深加工产业发展的动力。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于西瓜中番茄红素提取的 方法，该方法不仅能够高效的提取西瓜中的番茄红素，而且提取的番茄红素中重金属及微生 物等指标均符合相关卫生要求与产品质量标准。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种从西瓜中提取番茄红素的方法，包括原料酶解处理、超声辅助有机溶剂浸提、减压 浓缩和纯化步骤；
所述酶解为添加0.1～0.3％(m/m)的生物酶，40～50℃、酶解1～2h。
在上述方案的基础上，所述生物酶为果胶酶、纤维素酶和蛋白酶中的一种或几种的组合。
在上述方案的基础上，所述生物酶为果胶酶、纤维素酶和蛋白酶组成的复合酶。
在上述方案的基础上，所述超声辅助有机溶剂浸提中，超声功率为80-120W。
在上述方案的基础上，所述超声辅助有机溶剂浸提中，所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮、 三氯甲烷、乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、正己烷、石油醚、四氯化碳中的一种或几种。
在上述方案的基础上，所述超声辅助有机溶剂浸提中，所述有机溶剂为乙酸乙酯。
在上述方案的基础上，所述有机溶剂的添加量为1:4～1:8(kg/L)。
在上述方案的基础上，所述超声辅助有机溶剂浸提中，提取条件为：温度40～50℃、提 取时间30～90min、提取次数2次。
在上述方案的基础上，所述从西瓜中提取番茄红素的方法，步骤如下：
(1)原料酶解处理：取西瓜果肉打浆去除种籽，添加0.3％的生物酶，45℃、酶解1.5h； 酶解完成后过滤，滤液离心，收集沉淀，将沉淀与滤渣合并经冷冻干燥得酶解料；
(2)超声辅助有机溶剂浸提：将冻干的酶解料研磨成粉末，向酶解料中按照1:6的料液 比加入乙酸乙酯混合均匀，45℃、超声输出功率100W、提取时间30min、提取次数2次，得番茄红素粗提液；
(3)减压浓缩：将番茄红素粗提液经40℃减压浓缩，回收溶剂，得番茄红素粗提物；
(4)纯化：按照1:3(kg/L)的料液比向番茄红素粗提物中加入无水乙醇浸洗2次，除去无水乙醇，得番茄红素粉末。
上述方法制备的番茄红素。
在上述方案的基础上，所述的番茄红素在制备抗氧化、抗衰老、抗缺氧反应、防治癌症、 保护心血管食品中的应用。
在上述方案的基础上，所述的食品为保健品。
本发明技术方案的优点
1、本发明以西瓜为原料，提供了一种适用于西瓜的番茄红素提取方法，本发明方法对西 瓜中的番茄红素具有较高的提取效果，并且，获得番茄红素产品的纯度较高且稳定，可以作 为原料用于食品和保健品行业，为西瓜的利用提供了新的途径，具有良好的社会和经济效益；
2、本发明采用超声-酶法联合提取西瓜中的番茄红素，提取条件温和，有效增加了对西 瓜中番茄红素的提取率，使用乙酸乙酯提取效果好且有效降低了生产成本，对人体的无毒害， 还可以有效回收利用；
3、本发明所得的番茄红素分别采用紫外/可见光吸收光谱和高效液相色谱(以Symmetry C18色谱柱为固定相，采用甲醇：乙腈：四氢呋喃＝52：40：8为流动相，检测波长472nm) 检测分析后，显示本发明所得的番茄红素纯度较高；
4、本发明对所得的番茄红素提取物中的重金属及微生物等卫生指标进行检验，并与市售 番茄红素油树脂产品的质量标准比较，结果显示本发明所得的番茄红素符合相关卫生要求与 产品质量标准。
附图说明
图1不同处理方式对西瓜番茄红素提取效果的影响；
图2超声处理功率对西瓜番茄红素提取效果的影响；
图3温度对西瓜番茄红素超声提取效果的影响；
图4西瓜番茄红素提取物的吸收光谱；
图5西瓜番茄红素提取物的HPLC图。
具体实施方式
在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的 含义。
下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例 说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
一种从西瓜中提取番茄红素的方法，步骤如下：
(1)原料酶解处理：取西瓜果肉打浆去除种籽，添加0.3％的生物酶，45℃、酶解1.5h； 酶解完成后过滤，滤液离心，收集沉淀，将沉淀与滤渣合并经冷冻干燥得酶解料；
(2)超声辅助有机溶剂浸提：将冻干的酶解料研磨成粉末，向酶解料中按照1:6的料液 比加入乙酸乙酯混合均匀，45℃、超声输出功率100W、提取时间30min、提取次数2次，得番茄红素粗提液；
(3)减压浓缩：将番茄红素粗提液经40℃减压浓缩，回收溶剂，得番茄红素粗提物；
(4)纯化：按照1:3的料液比向番茄红素粗提物中加入无水乙醇浸洗2次，离心，收集 沉淀，冷冻干燥得番茄红素粉末。
所述生物酶为0.1％果胶酶+0.1％纤维素酶+0.1％蛋白酶。
所述果胶酶、纤维素酶和蛋白酶购自天津市利华酶制剂技术有限公司，酶活为1000U/mg。
实施例2
一种从西瓜中提取番茄红素的方法，步骤如下：
(1)原料酶解处理：取西瓜果肉打浆去除种籽，添加0.3％的生物酶，45℃、酶解1.5h； 酶解完成后过滤，滤液离心，收集沉淀，将沉淀与滤渣合并经冷冻干燥得酶解料；
(2)超声辅助有机溶剂浸提：将冻干的酶解料研磨成粉末，向酶解料中按照1:7的料液 比加入乙酸乙酯混合均匀，45℃、超声输出功率120W、提取时间30min、提取次数2次，得番茄红素粗提液；
(3)减压浓缩：将番茄红素粗提液经40℃减压浓缩，回收溶剂，得番茄红素粗提物；
(4)纯化：按照1:3的料液比向番茄红素粗提物中加入无水乙醇浸洗2次，离心，收集 沉淀，冷冻干燥得番茄红素粉末。
所述生物酶为0.1％果胶酶+0.1％纤维素酶+0.1％蛋白酶。
实施例3
一种从西瓜中提取番茄红素的方法，步骤如下：
(1)原料酶解处理：取西瓜果肉打浆去除种籽，添加0.3％的生物酶，45℃、酶解1.5h； 酶解完成后过滤，滤液离心，收集沉淀，将沉淀与滤渣合并经冷冻干燥得酶解料；
(2)超声辅助有机溶剂浸提：将冻干的酶解料研磨成粉末，向酶解料中按照1:6的料液 比加入乙酸乙酯混合均匀，40℃、超声输出功率100W、提取时间60min、提取次数2次，得 番茄红素粗提液；
(3)减压浓缩：将番茄红素粗提液经40℃减压浓缩，回收溶剂，得番茄红素粗提物；
(4)纯化：按照1:3的料液比向番茄红素粗提物中加入无水乙醇浸洗2次，离心，收集 沉淀，冷冻干燥得番茄红素粉末。
所述生物酶为0.1％果胶酶+0.1％纤维素酶+0.1％蛋白酶。
实施例4
一种从西瓜中提取番茄红素的方法，步骤如下：
(1)原料酶解处理：取西瓜果肉打浆去除种籽，添加0.3％的生物酶，45℃、酶解1.5h； 酶解完成后过滤，滤液离心，收集沉淀，将沉淀与滤渣合并经冷冻干燥得酶解料；
(2)超声辅助有机溶剂浸提：将冻干的酶解料研磨成粉末，向酶解料中按照1:6的料液 比加入乙酸乙酯混合均匀，50℃、超声输出功率80W、提取时间90min、提取次数2次，得番茄红素粗提液；
(3)减压浓缩：将番茄红素粗提液经40℃减压浓缩，回收溶剂，得番茄红素粗提物；
(4)纯化：按照1:3的料液比向番茄红素粗提物中加入无水乙醇浸洗2次，离心，收集 沉淀，冷冻干燥得番茄红素粉末。
所述生物酶为0.1％果胶酶+0.1％纤维素酶+0.1％蛋白酶。
实施例5
一种从西瓜中提取番茄红素的方法，步骤如下：
(1)原料酶解处理：取西瓜果肉打浆去除种籽，添加0.3％的生物酶，40℃、酶解2h；酶解完成后过滤，滤液离心，收集沉淀，将沉淀与滤渣合并经冷冻干燥得酶解料；
(2)超声辅助有机溶剂浸提：将冻干的酶解料研磨成粉末，向酶解料中按照1:6的料液 比加入乙酸乙酯混合均匀，45℃、超声输出功率100W、提取时间30min、提取次数2次，得番茄红素粗提液；
(3)减压浓缩：将番茄红素粗提液经40℃减压浓缩，回收溶剂，得番茄红素粗提物；
(4)纯化：按照1:3的料液比向番茄红素粗提物中加入无水乙醇浸洗2次，离心，收集 沉淀，冷冻干燥得番茄红素粉末。
所述生物酶为0.1％果胶酶+0.1％纤维素酶+0.1％蛋白酶。
实施例6
一种从西瓜中提取番茄红素的方法，步骤如下：
(1)原料酶解处理：取西瓜果肉打浆去除种籽，添加0.3％的生物酶，50℃、酶解1h；酶解完成后过滤，滤液离心，收集沉淀，将沉淀与滤渣合并经冷冻干燥得酶解料；
(2)超声辅助有机溶剂浸提：将冻干的酶解料研磨成粉末，向酶解料中按照1:6的料液 比加入乙酸乙酯混合均匀，45℃、超声输出功率100W、提取时间30min、提取次数2次，得番茄红素粗提液；
(3)减压浓缩：将番茄红素粗提液经40℃减压浓缩，回收溶剂，得番茄红素粗提物；
(4)纯化：按照1:3的料液比向番茄红素粗提物中加入无水乙醇浸洗2次，离心，收集 沉淀，冷冻干燥得番茄红素粉末。
所述生物酶为0.1％果胶酶+0.1％纤维素酶+0.1％蛋白酶。
对比例1
一种从西瓜中提取番茄红素的方法，步骤如下：
(1)原料预处理：取西瓜果肉打浆，去除种籽后过滤，滤液离心，收集沉淀，将沉淀与 滤渣合并后冷冻干燥得预处理物料；
(2)有机溶剂浸提：将冻干的预处理物料研磨成粉末，向粉末中按照1:6的料液比加入 乙酸乙酯混合均匀，再加入0.3％的生物酶，45℃、酶解1.5h；
(2)超声提取：将上述酶解后的物料超声处理，超声输出功率100W、提取时间30min； 提取次数2次，得番茄红素粗提液；
(3)减压浓缩：将番茄红素粗提液经40℃减压浓缩，回收溶剂，得番茄红素粗提物；
(4)纯化：按照1:3的料液比向番茄红素粗提物中加入无水乙醇浸洗2次，离心，收集 沉淀，冷冻干燥得番茄红素粉末。
所述生物酶为0.1％果胶酶+0.1％纤维素酶+0.1％蛋白酶。
对比例2
将实施例1中的原料替换成番茄，提取番茄红素。
一、不同提取方法对番茄红素提取率的影响
根据GB/T 14215-93中番茄红素测定方法，分析实施例1～6和对比例1的番茄红素的提 取率，结果如表1所示：
表1不同提取方法对番茄红素提取率的影响
| 组别 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 对比例1 | 对比例2 |
| 提取率％ | 91.76 | 88.35 | 85.77 | 80.28 | 89.43 | 86.56 | 41.81 | 32.44 |
由表1可知，本发明的方法能够有效的提取西瓜中的番茄红素，对番茄红素恶提取率高 达80％以上，其中，实施例1效果最好，提取率高达91.76％；本发明提取方法中的酶解过程 是打破胶态西瓜浆从而促使番茄红素沉淀，对比例1在有机溶剂提取时才加入酶，酶在有机 溶剂中呈悬浮态，影响了酶与底物的接触以及影响了酶的反应构象，从而限制了其作用的发 挥，而导致番茄红素的提取率低。此外，本发明方法适用于以西瓜为原料的番茄红素的提取， 当以番茄为原料时，番茄红素的提取率低。
二、不同有机溶剂对西瓜番茄红素的提取效果
在实施例1番茄红素提取方法的基础上，分别采用无水乙醇、丙酮、二氯甲烷、三氯甲 烷、正己烷、石油醚、乙醚、四氯化碳替换乙酸乙酯作为有机溶剂，以此评价不同有机溶剂 对西瓜番茄红素的提取效果，如表2所示：
表2不同有机溶剂对西瓜番茄红素的提取效果
| 溶剂种类 | 提取率/％ | 溶剂种类 | 提取率/％ |
| 无水乙醇 | 36.17 | 二氯甲烷 | 90.97 |
| 丙酮 | 82.75 | 正己烷 | 85.97 |
| 三氯甲烷 | 84.02 | 石油醚 | 87.69 |
| 乙醚 | 90.02 | 四氯化碳 | 88.16 |
| 乙酸乙酯 | 91.76 |
由表2可知，采用乙酸乙酯作为有机溶剂对西瓜中的番茄红素具有较好的提取效果，而 且其他有机溶剂存在毒性和提取率低的问题。
三、不同酶处理对西瓜番茄红素提取效果的影响
在实施例1番茄红素提取方法的基础上，分别添加不同的生物酶对西瓜浆进行酶解处理， 并测定不同酶处理对西瓜番茄红素提取效果的影响，对照组不添加生物酶，结果如表3所示。
表3不同酶处理对西瓜番茄红素提取效果的影响
由表3试验结果可见，对西瓜浆原料添加果胶酶、纤维素酶和蛋白酶进行酶解处理都有 利于番茄红素的提取，其中果胶酶的效果为最好，纤维素酶次之，蛋白酶稍差一些，而复合 酶处理的效果更佳。这是由于复合酶预处理后增加了细胞壁结构的破坏，使萃取溶剂与番茄 红素的接触更加充分，从而达到提高提取效率的效果。
四、不同处理方式对西瓜番茄红素提取效果的影响
在实施例1番茄红素提取方法的基础上，分别采用不经超声辅助提取(复合酶法)、不经 酶解处理(超声波法)、既不经超声辅助提取也不添加生物酶进行酶解处理的只采用有机溶剂 浸提法(对照)和实施例1的提取方法(超声-酶法)对西瓜中的番茄红素进行提取，并测定 提取效果如图1所示。
由图1可知，超声-酶法联合处理能够提高西瓜中番茄红素的提取效果，此外，酶解处理 的效果优于超声波处理法。
五、提取次数对西瓜番茄红素提取效果的影响
在实施例1番茄红素提取方法的基础上，分别检测每提取一次对番茄红素的提取量，共 提取3次，结果如表4所示：
表4提取次数对提取率的影响
由表4的结果可以看出，实施例1的提取方法可以高效提取西瓜果肉中的番茄红素，前 两次提取量占总提取量的91.76％，第三次提取量仅占总提取量的8.24％，说明提取两次即可 将大部分番茄红素提取出来。
六、超声处理功率对西瓜番茄红素提取效果的影响
在实施例1番茄红素提取方法的基础上，分别采用40W、60W、80W、100W、120W、 140W的功率辅助有机溶剂提取西瓜中的番茄红素，不同超声处理功率对西瓜番茄红素提取 效果的影响如图2所示。
由图2可见，随着输出功率的增大，西瓜番茄红素的提取率也呈上升趋势，但当输出功 率增大到80W后，提取率增加不明显，输出功率超过100W后提取率还有下降趋势，因此选 择超声输出功率80～100W作为适宜提取功率。
七、温度对西瓜番茄红素超声提取效果的影响
在实施例1番茄红素提取方法的基础上，在超声辅助有机溶剂提取中分别采用30、35、 40、45、50、55℃的温度来提取西瓜中的番茄红素，不同温度对西瓜番茄红素超声提取效果 的影响如图3所示。
由图3可知，在一定范围内提高提取温度可以提高提取率，但由于番茄红素不稳定，极 易氧化，提取温度过高不利于番茄红素的提取，因此，将提取温度设置在40～50℃较为适宜。
八、乙醇洗涤次数对番茄红素回收量的影响
在实施例1番茄红素提取方法的基础上，分别检测乙醇洗涤1次、2次、3次番茄红素的 回收率，结果如表5所示：
表5乙醇洗涤对番茄红素回收率的影响
由表5试验结果可知，用无水乙醇洗涤对西瓜番茄红素，可以有效提高番茄红素粗提物 中番茄红素的含量。这是因为番茄红素难溶于乙醇，但乙酸乙酯提取物中所含有的其它一些 成分溶于乙醇，因此经乙醇洗涤后这些溶于乙醇的成分可以被除去，从而提高番茄红素粗提 物中番茄红素的含量。
九、西瓜番茄红素提取物的分析检测
9.1紫外/可见吸收光谱
取适量实施例1提取的西瓜番茄红素提取物以及番茄红素标准品溶于正己烷中，在350～ 600nm范围内扫描测定紫外/可见吸收光谱，结果见图4。
由图4可见，在350～550nm范围内，西瓜番茄红素提取物正己烷溶液在444nm、472nm、 502nm处有较大吸收峰，且峰形、吸收强度等与标准样品的吸收非常一致。
9.2高效液相色谱分析结果
以Symmetry C18色谱柱为固定相，采用甲醇：乙腈：四氢呋喃＝52：40：8为流动相，检测波长472nm，对实施例1提取的西瓜番茄红素提取物进行高效液相色谱分析，结果如图5所示。
由图5可见，西瓜番茄红素提取物中除含有较多的番茄红素外，还含有一些其它色素。 这些色素主要是一些与番茄红素结构与性质比较相近的类胡萝卜素，应用一般的分离方法很 难将它们分离开来。但这些色素的存在一般不影响番茄红素的营养价值和保健功能，甚至还 有报道称番茄红素油树脂中的一些其它成分会对番茄红素起到一定的保护作用和协同增效功 能，这可能也是造成高纯度番茄红素的稳定性极差的原因之一，因此除非有特殊要求，一般 无需对番茄红素提取物进行过度纯化。
9.3卫生指标
对实施例1提取的西瓜番茄红素提取物中的重金属及微生物等卫生指标进行了检验，并 与市售番茄红素油树脂产品的质量标准比较，结果见表6。
表6西瓜番茄红素提取物的卫生指标
由表6检验结果可知，本发明方法提取的西瓜番茄红素提取物的重金属及微生物等指标 均符合相关卫生要求与产品质量标准。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对 本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载 的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使 相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种从西瓜中提取番茄红素的方法，其特征在于：包括原料酶解处理、超声辅助有机溶剂浸提、减压浓缩和纯化步骤；
所述酶解为添加0.1～0.3％的生物酶，40～50℃、酶解1～2h。
2.根据权利要求1所述从西瓜中提取番茄红素的方法，其特征在于：所述生物酶为果胶酶、纤维素酶和蛋白酶中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述从西瓜中提取番茄红素的方法，其特征在于：所述超声辅助有机溶剂浸提中，超声功率为80-120W。
4.根据权利要求1所述从西瓜中提取番茄红素的方法，其特征在于：所述超声辅助有机溶剂浸提中，所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮、三氯甲烷、乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、正己烷、石油醚、四氯化碳中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述从西瓜中提取番茄红素的方法，其特征在于：所述有机溶剂的添加量为1:4～1:8。
6.根据权利要求3～5所述从西瓜中提取番茄红素的方法，其特征在于：所述超声辅助有机溶剂浸提中，提取条件为：温度40～50℃、提取时间30～90min、提取次数2次。
7.权利要求1-6任一项所述从西瓜中提取番茄红素的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)原料酶解处理：取西瓜果肉打浆去除种籽，添加0.3％的生物酶，45℃、酶解1.5h；酶解完成后过滤，滤液离心，收集沉淀，将沉淀与滤渣合并经冷冻干燥得酶解料；
(2)超声辅助有机溶剂浸提：将冻干的酶解料研磨成粉末，向酶解料中按照1:6的料液比加入乙酸乙酯混合均匀，45℃、超声输出功率100W、提取时间30min、提取次数2次，得番茄红素粗提液；
(3)减压浓缩：将番茄红素粗提液经40℃减压浓缩，回收溶剂，得番茄红素粗提物；
(4)纯化：按照1:3的料液比向番茄红素粗提物中加入无水乙醇浸洗2次，除去无水乙醇，得番茄红素粉末。
8.权利要求1～7任一项所述方法制备的番茄红素。
9.权利要求8所述的番茄红素在制备抗氧化、抗衰老、抗缺氧反应、防治癌症、保护心血管食品中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述的食品为保健品。
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