CN1481237A - 不含有机溶剂的番茄红素浓缩物的制备方法、所得浓缩物及含该浓缩物的组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明方法涉及将番茄红素来源与超临界流体在能使番茄红素溶解在该超临界流体的条件下进行接触,以及通过将载有番茄红素的超临界流体减压来分离番茄红素浓缩物。当减压在10MPa以下的压力进行时,可以得到含油树脂,在这个压力以上进行时可以得到提取物,两者均富含没有有机溶剂的番茄红素。所述浓缩物和包含浓缩物的组合物具有抗氧化性质,可以用于制造食品、化妆品、药物以及营养品。
Description
发明领域
本发明涉及一种不含有机溶剂的番茄红素浓缩物,获得该物质所使用的方法以及该浓缩物的组合物。所述浓缩物及其组合物可以用于制备食品,化妆品,药物或者营养品。
发明背景
番茄红素是导致许多水果和蔬菜的红颜色的一种类胡萝卜素。作为一种增色剂,该化合物具有一些独特的性质,并且它虽然与β胡萝卜素成分类似,但却是一种更有效的色素。在这个意义上,必须提到的是番茄红素涵盖了从浅黄、到橙色再到深红的广泛颜色。而且,它的色彩强度更高,在黄-橙范围内比β胡萝卜素强6到8倍。它已被批准作为食品增色剂,在欧盟的代号是E-160d。
番茄红素作为增色剂的用途是有趣的,但毫无疑问,它的抗氧化潜能是它最出众的特性。在生物体内,由于自由基、尤其是单线态氧的存在,在细胞水平上会发生氧化。这些不利的反应非常危险,因为它们是自身催化性的,即,它们自己能够通过一个链式反应过程放大。最终会在一个称为氧胁迫的过程中(该过程与细胞衰老,退化疾病,闭塞性动脉(occluded arteries)以及不同类型的癌症的出现有关),在关键细胞成分(膜脂,核酸等)中造成不可逆的损伤[Castro(1999)](参见参考文献部分)。
番茄红素具有很强的抗氧化潜能(Burton(1989);Diplock(1991)),因此它是一个优良的单线态氧和自由基的钝化剂(Di Mascio等,(1989),(1991))。该天然色素将电子给予自由基,使之失活从而起到抗氧化剂的作用。这种抗氧化潜能使它们具有抗癌活性和预防心血管疾病的能力。Giovannucci(1998)和Giovannucci(1995)等的研究表明,食用番茄、番茄酱和比萨与降低患不同类型癌症,比如消化系统的癌症和前列腺癌的危险有直接关系。
心血管疾病是西方国家人口死亡的主要原因之一。以前,血浆胆固醇含量升高被认为是这些病症的一个主要危险因素。后来,自由基的作用所导致的胆固醇氧化被认为是动脉粥样化形成的关键阶段。研究表明,心血管疾病的发生与类胡萝卜素(cartooned)血浆含量密切相关,番茄红素能特别有效地在生理状况下清除过氧化物基团以及防止低分子量脂蛋白(LDL)氧化为致动脉粥样化的形式。
由于它的独特性质,番茄红素是一种真正的营养剂。营养剂的定义是“一种能提供医药或健康益处,包括预防和治疗疾病的食品或其部分”[De Felice,(1991)]。
目前市场上多数富含番茄红素,或者其他类胡萝卜素的浓缩物或产品在生产时需要使用有机溶剂(WO96/13178,EP671461 AL)。由于有机溶剂对这些产品的生产者以及消费者都有或多或少的毒性,不建议在制备营养品或医药用途的产品中使用有机溶剂,因为无法保证能完全消除它们。使用合成番茄红素也不能保证没有有机溶剂,因为这些溶剂在番茄红素合成过程中是要使用的。
因此,需要建立一个可以通过它来获得不含有机溶剂的番茄红素的方法。
本发明提供了对这种需要的一个解决方案,它是基于在超临界状态下用一种液体从含有番茄红素的原料中抽提番茄红素。利用超临界流体进行抽提所具备的优点是,在抽提结束后,可以完全清除该流体,浓缩物中没有残留。
因此,本发明的一个主题是不含有机溶剂的番茄红素浓缩物,以下称为番茄红素FOS。
本发明的另一个目的是获得所述番茄红素浓缩物FOS的方法。
本发明的再一个目的是所述番茄红素浓缩物FOS和合适的稀释剂以及,任选的一或多种可接受添加剂的组合物。
发明详述
本发明提供了一种通过超临界抽提番茄红素来源中所含番茄红素从而获得其浓缩物FOS的方法,以下称为本发明的方法,其包括:
a)在能将番茄红素溶解在超临界流体中的条件下,使番茄红素来源与所述流体接触,以及
b)通过对步骤a)获得的载有番茄红素的超临界流体进行减压来分离不含有机溶剂的番茄红素浓缩物。
任何含有番茄红素的产品都可以用作番茄红素的来源(原材料),例如番茄或西瓜。在一个具体应用中,所述番茄红素来源对应番茄加工业中产生的工业废料。这类副产品,其或者由番茄皮组成,或者由番茄皮和种子组成,适当加以处理,就是番茄红素的极好来源。
举一个例子,由包含番茄皮和种子的番茄加工过程工业废料,通过本发明的过程,所获得的番茄红素浓缩物FOS中的番茄红素浓度可以达到大约10000ppm,即每kg浓缩物含10g番茄红素,这取决于番茄的品种和用于发明所述方法中的条件,而新鲜番茄通常每kg番茄含有20到100mg(20-100ppm)(虽然有些近期培育的品种每kg番茄含有高达250mg番茄红素)。但是,当番茄红素来源完全由番茄皮构成时,番茄红素浓缩物FOS中能够得到的番茄红素浓度就更高,大约每kg浓缩物含37g(37000ppm),因为种子不含有番茄红素,并且脂类含量高,所以只起到稀释的效果。
用番茄皮做番茄红素来源,除了能产生番茄红素含量高的提取物,还有其他优点,包括以下:
i)番茄红素的提取更快,发明人进行的几项检测表明,使用番茄皮,在30MPa和80℃条件下进行超临界抽提,可以在1小时内提取70%的番茄红素,而当番茄红素来源由番茄皮和种子构成时,在相同的条件下,相同的时间内,只提取到25%;和
ii)来自种子的脂肪是多不饱和脂(亚油酸含量超过50%),因此容易被氧化。
另一方面,使用番茄加工业中的这类副产品给工业番茄废料相关的环境问题提供了一种解决办法,这些废料几乎没有任何商业价值,因此通常毫无控制地累积,很快引起发酵,带来相关的环境和健康问题。
在与超临界流体接触前,将番茄红素的来源进行干燥直到它达到合适的湿度。在一个具体应用中,将番茄红素来源干燥至湿度为1到10%,因为湿度更高会防碍超临界抽提过程,而低于1%的湿度预示着要使用极高的干燥条件,或者使用非常昂贵的干燥设备。如果干燥过程不能立即进行,建议将番茄红素来源冷藏以避免番茄红素的降解。
将湿度合适的番茄红素来源研磨或粉碎以获得适当的颗粒大小从而促进超临界流体的抽提。在一个具体应用中,所述番茄红素来源被研磨成颗粒大小在0.3-1.5mm。通常,降低颗粒大小能提高产量和提取速度。但是,太小的颗粒会引起技术问题,例如,潜在地很重要的压力发生损失。压力损失预示着超临界流体密度减小,因此抽提能力会下降。
所述超临界流体是处于其相应临界值以上的温度和压力下的流体,它同时具备固态、液态和气态的性质,比如高密度和扩散性。对于本发明所述方法的应用,可以使用任何无害、能抽提番茄红素的超临界流体,例如,二氧化碳、乙烯、乙烷、三氟氯甲烷、丙烯等。在一个具体应用中,所述超临界流体是二氧化碳,因为它成本低,本性无害,并还有其他一些优点,这种产品能抽提番茄红素来源中存在的非极性成分(Rizvi等,(1986))。
在常规超临界抽提设备中进行超临界流体抽提过程,所述设备包括超临界流体罐,压缩机,提取器,一或多个分离器,恒温系统和一些减压阀。
为了进行超临界抽提,将充分处理过的番茄红素来源引入提取器,在能使番茄红素溶解于超临界流体的压力和温度条件下,使所述超临界流体流过固态原材料床。当超临界流体通过原材料床时,该超临界流体提取了可溶性成分,然后流到分离器中,在此可获得目标产物。
一般来说,在超临界抽提阶段本身(stagea),所选的压力和温度条件能使番茄红素充分溶解。因此,在一个具体应用中,在高压、优选等于或大于30MPa、通常在30到70MPa下进行超临界抽提阶段。提取阶段的温度可以在一个较宽范围内变化,因为溶解度是压力-温度组合的函数。在一个具体应用中,超临界抽提阶段的温度在50℃到80℃之间,因为温度超过80℃会诱导抽提到的物质发生降解。虽然可以使用50℃以下的温度,但在这种情况下就需要极高的压力。
然后,对载有番茄红素的超临界流体进行减压来分离番茄红素浓缩物FOS。这个阶段非常重要。
由于番茄红素来源本身的性质,除了番茄红素,它还含有一些脂类化合物、主要是甘油三酯这类能被超临界流体和番茄红素一起抽提的化合物。通常,这些脂类化合物在中等温度和压力下,例如20MPa和40-50℃在二氧化碳(超临界流体)中溶解性极好,而番茄红素在这样的条件下不溶。这些特点使得能够对浓缩物中的番茄红素进行浓缩,因为:
a)如果将载有番茄红素的超临界流体减压到低的压力下,例如10MPa以下,就能得到番茄红素沉淀和多数脂类成分(主要是甘油三酯),以及不含有机溶剂的番茄红素浓缩物,这在本说明书中命名为“番茄红素含油树脂FOS”,所述含油树脂(一种来源于蔬菜的天然产品,包含树脂和对植物进行提取过程得到的精华油)与用有机溶剂抽提得到的产品类似,但具有未使用有害健康的产品的优点;以及
b)如果将载有番茄红素的超临界流体减压到较高的压力下,例如等于或高于10MPa,优选大约20MPa,温度在40到60℃之间,番茄红素将不溶,会发生沉淀,而溶解在超临界流体中的其他成分不沉淀并离开分离器,因此,在这种情况下,将得到本说明书中称为“富含番茄红素FOS的提取物”的番茄红素浓缩物FOS,而非含油树脂,因为几乎所有其他成分都被除去,该产物有更高的番茄红素含量。这样获得的番茄红素FOS提取物,也不含有有机溶剂,因为没有使用有机溶剂进行番茄红素的提取,同时基本不含脂类。
由于在提取过程中使用了超临界流体,在该过程的最后,当提取产物恢复到大气压时,流体变为气态,被完全去除不留痕迹。类似的,在推荐工作温度下,所得提取物不发生任何结构改变,得到的番茄红素可以看做是完全天然的番茄红素。
本发明还提供了按照发明所述方法获得的番茄红素浓缩物FOS。根据番茄红素FOS的浓度,该浓缩物可以是富含番茄红素FOS的含油树脂或者是富含番茄红素FOS的提取物,而番茄红素FOS浓度又取决于所应用的减压条件。
就本说明书所指的意思而言,表达方式“富含番茄红素”意味着所述浓缩物(含油树脂或提取物)含有的番茄红素浓度高于获得该浓缩物的天然产品(番茄红素来源)中的浓度。通常,番茄红素浓缩物FOS中的番茄红素浓度等于或高于用作番茄红素来源的天然产品中的番茄红素浓度的100倍,优选等于或高于它的500倍。举一个例子,由番茄加工的工业废料,该废料包含番茄皮,按照本发明的方法获得的富含番茄红素的提取物中的番茄红素浓度是37120ppm,而用新鲜番茄作为原料时,其中含有53ppm的番茄红素。
就在本说明书中使用的意思而言,表达方式“不含有机溶剂”暗示该产品完全没有有机溶剂,因为获得该产品所遵循的方法中没有使用有机溶剂。本发明的一个基本方面是番茄红素浓缩物完全不含有机溶剂。能够确保在获得番茄红素以及制造不同产品时所遵循的方法中不使用有机溶剂是非常重要的,因为本发明提供的番茄红素浓缩物的一个潜在市场是用于营养品。就本专利的发明人所知,先前没有不含有机溶剂的纯番茄红素,因为在已知方法中,将番茄红素溶解在有机溶剂中是纯化前的一个步骤。
就本说明书的意图而言,表达方式“富含番茄红素FOS的提取物”是指这样一种产品,它能通过本发明的方法获得,但要在相对较低的压力下进行减压,该产品中番茄红素FOS是主要成分。因此,富含番茄红素FOS的提取物不一定是纯番茄红素,但番茄红素FOS必须是主要成分。在一个具体应用中,富含番茄红素FOS的提取物中,番茄红素FOS含量等于或高于50重量%,优选等于或高于70重量%。
在另一个具体应用中,番茄红素来源是番茄或者番茄加工业中由番茄皮和种子构成的工业废料时,富含番茄红素FOS提取物的第二重要成分一般是β胡萝卜素,另一种具备有趣营养性质的类胡萝卜素。这种情况下,用番茄皮作为番茄红素来源时(其中番茄红素∶β胡萝卜素的比率是4.5∶1,依番茄的品种不同而有所不同),就有可能按照本发明的方法获得富含番茄红素FOS的提取物,其番茄红素大约为重量的70%(取决于获得该提取物所用方法的不同变量),其余的30%中大约15%为β胡萝卜素,即该提取物可以含有大约85%有营养价值的类胡萝卜素,而其余15%由许多次要成分构成。
就本说明书的意图而言,表达方式“富含番茄红素FOS的含油树脂”是指通过本发明的方法,但在相对较低压力下减压获得的含油树脂(来源于植物的天然产品,由树脂和对植物进行提取过程得到的精华油组成的混合物),其番茄红素含量高于得到它的天然产品中的番茄红素含量,它也不含有机溶剂。在一个具体应用中,所述含油树脂中的番茄红素浓度等于或高于天然产品中的番茄红素浓度的100倍,优选等于或高于它的500倍。因为取决于所用的原料和获得所使用的条件,该含油树脂中的番茄红素FOS浓度可以在一个非常宽的范围内变化。在一个具体应用中,原料是番茄皮时,含油树脂含有(总量的重量百分比):10%番茄红素,2.2%β-胡萝卜素,16.2%棕榈酸,5.1%硬脂酸,11.9%油酸,43.4%亚油酸,7.7%亚麻酸和其他次要成分。
本发明提供的番茄红素浓缩物FOS具有增色剂和抗氧化剂的性质,容易吸收,能够用于制造含有这些浓缩物的产品。
因此,本发明提供了一种组合物,以下称为本发明的组合物,其包括所述番茄红素浓缩物FOS以及与之相组合的适当的稀释剂。此外或任选地,本发明的组合物含有1或多种可接受的添加剂,例如抗氧化剂,乳化剂或者它们的混合物。本发明的组合物可以是食品、化妆品、药物或营养品。
通过用稀释剂将本发明所述浓缩物稀释到适当的番茄红素FOS浓度,并任选地添加一或两种其他合适的添加剂,例如抗氧化剂、乳化剂或者它们的混合物,可以得到本发明的组合物。
根据其应用,本发明的组合物可以含有可变量的番茄红素FOS。
作为稀释剂,可以使用任何能溶解番茄红素,并被该产品目的国的食品和药品管理条例所允许的物质,例如脂肪、油和它们的混合物。在一个具体应用中,所述稀释剂包括一或多种植物油,例如橄榄油、胡桃油、向日葵油、菜籽油等。在一个具体并优选的应用中,所述稀释剂是橄榄油,优选初榨橄榄油(virgin olive oil),因为这是一种不需使用溶剂即可获得、并且生育酚含量高的天然产品。后者是一些具有抗氧化性质的化合物,它们与本发明所述组合物中存在的番茄红素有协同效应。此外,多项研究表明,橄榄油对心血管疾病有预防作用。
作为抗氧化剂,可以使用所述产品目的国的食品管理条例所允许的任何抗氧化剂,例如抗坏血酸(维生素C),生育酚(维生素E)等。
作为乳化剂,可以使用所述产品目的国的食品管理条例所允许的任何乳化剂,例如卵磷脂、甘油单酯等。
在一个具体应用中,本发明提供了一种由包含5%番茄红素FOS的含油树脂和营养价值高的产品(例如初榨橄榄油)组成的组合物。该组合物可以直接食用或者用于其他产品,例如色拉调味料中。
本发明的组合物可以以任何形式存在,液体或固体,例如包裹在软明胶胶囊中。这类胶囊适合消费者直接食用。
在含油树脂胶囊的一个具体应用中,它是根据常规技术(Fauli和Trillo(1993)),在氮气下被包裹在软明胶胶囊中的,其中软胶囊应当有颜色以便防止任何光降解效应。得到的全部产品都应当在氮气中包装在避光的不透明容器内。
虽然对番茄红素的每日推荐摄取量没有共识,一般在5到10mg,但用更高浓度进行的研究没有显示损害效果。
本发明提供的产品,即番茄红素浓缩物FOS和含有该FOS浓缩物的组合物的另一个优点在于,与天然番茄红素来源相比,它们能促进番茄红素在肠道的吸收。的确,在天然番茄红素来源例如番茄中,番茄红素封闭在叶绿体内,而叶绿体是被壁环绕的细胞器,这就在一定程度上防碍了肠内吸收。
本发明对任何产生含有番茄红素的废料的工业(例如,番茄加工业)都有益,因为在这类工业废料中包含的残渣是番茄红素的极佳来源。本发明提供的番茄红素FOS浓缩物以及含有它们的组合物主要用于营养品制造业,从而产生附加值,对于该工业是一个重要的收入来源。
以下实施例阐明了本发明,并且不应看做是对应用范围的限定。
实施例1
从由番茄皮组成的工业废料获得富含番茄红素的提取物
本实施例中,描述了从由番茄皮组成的工业废料获得富含番茄红素的提取物的方法。将番茄皮干燥至湿度低于10%,确保产物温度不超过50-60℃。然后将它们磨成颗粒大小在0.3和1.5mm之间,将原料引入超临界抽提设备的提取器中,恒温在60到80℃的工作温度。达到该温度后,使预加热到相同温度的二氧化碳气流通过它,并施加30到70MPa的工作压力。二氧化碳以及被溶解的固体流过第一个分离器,该分离器在预先设置的能够得到决大多数番茄红素成分(>50%)的条件下工作,例如20MPa和40℃。
使二氧化碳以及剩下的溶质通过一些滤膜来除去其中的溶质,并且在纯化后可以送回到压缩机内或者通过保持在1到2MPa低压、温度在0到20℃的第二个分离器,从而所有仍然溶解的化合物能够沉淀,然后将二氧化碳送至压缩机。
在一个具体应用中,选用了颗粒大小为0.767mm,湿度为6%的番茄皮。提取温度是80℃,压力为30MPa。第一分离器中的条件是20MPa和40℃。得到番茄红素含量为86%的提取物。
实施例2
从由番茄皮组成的工业废料获得富含番茄红素的含油树脂
重复实施例1的过程,但本实施例中,解压是在较低压力(1到2MPa)、0到20℃的温度下于一个分离器内进行的,从而所有仍然溶解的化合物都将沉淀,然后将二氧化碳送至压缩机。获得纯度为3.712%,即37120ppm的含油树脂。
实施例3
含油树脂软胶囊
为了得到包含富含番茄红素FOS的含油树脂的软明胶胶囊,首先必须制备浓度适当的含油树脂。例如,通过用适当量的初榨橄榄油(稀释剂)来稀释根据实施例1或2获得的富含番茄红素的提取物或含油树脂,制备了重量百分比0.60%(6.0g番茄红素/kg含油树脂)的含油树脂。
举一个例子,如果我们用10%的含油树脂作原料,我们必须向每kg 10%含油树脂中加入15.67kg橄榄油,而如果我们以番茄红素含量为60%的提取物为原料,我们必须在每kg橄榄油中溶解10g这种提取物。这两种情况均可通过在真空下震荡(例如100rpm)使得到的0.6%含油树脂匀浆化。应该一直避光,因为番茄红素对光非常敏感。
匀浆后,通过常规方法,在氮气中,将含油树脂包裹在由焦糖色明胶制备的软胶囊中,从而得到包裹在软明胶胶囊内的产品。每个胶囊装有0.5g含油树脂,因此每个胶囊含有3mg番茄红素。
通过本发明得到了一种新的有营养价值的胶囊产品,它制备自天然产品,在制备过程的任何阶段都没有使用有机溶剂。该产品的推荐摄取量是3个胶囊/天,这总共将供给9mg番茄红素。
以上面描述的产品为基础,可以制造每个胶囊中还含有另外成分的其他产品:
乳化剂 1-15重量份(mg)
抗氧化剂 1-15重量份(mg)
每个胶囊中的总量 500重量份(mg)
现有技术中有许多文献说明番茄红素补充物的益处,任选将它与其他营养价值高的产品一起使用。例如,在发明背景中提到的文章反映了这类健康益处。本发明提供的产品的一个重要特性是这些产品比天然番茄红素吸收好。Dusseldorf大学的Drs.W.Stahl和H.Sies进行的研究表明,油的存在极大地提高了番茄红素的吸收(Stahl和Sies(1996))。
参考文献
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Stahl,W.,&Sies H.,Archives of Biochemistry and Biophysics,vol.336,No.1(1996).
Claims (24)
1.一种获得不含有机溶剂(FOS)的番茄红素浓缩物的方法,它包括:
a)将番茄红素来源与超临界流体在能使番茄红素溶解在该超临界流体中的条件下进行接触,以及
b)通过将阶段a)中获得的载有番茄红素的超临界流体减压来分离番茄红素浓缩物FOS。
2.权利要求1的方法,其中所述番茄红素的来源是一种含有番茄红素的产品。
3.权利要求1的方法,其中所述番茄红素来源对应于番茄加工业的工业废料。
4.权利要求1的方法,其中所述番茄红素来源对应于番茄皮,任选还有番茄籽。
5.权利要求1的方法,其中,在将所述番茄红素来源与超临界流体接触前,将该来源进行干燥和粉碎。
6.权利要求5的方法,其中进行所述干燥阶段直至得到湿度在1到10%之间的产物。
7.权利要求5的方法,其中进行所述粉碎阶段直至得到颗粒大小在0.3到1.5mm之间的产物。
8.权利要求1的方法,其中所述超临界流体选自二氧化碳、乙烯、乙烷、三氟氯甲烷和丙烯。
9.权利要求8的方法,其中所述超临界流体是二氧化碳。
10.权利要求1的方法,其中在等于或高于30MPa的工作压力下进行所述阶段a)。
11.权利要求1的方法,其中在30MPa到70MPa之间的工作压力下进行所述阶段a)。
12.权利要求1的方法,其中在等于或低于80℃的温度下进行阶段a)。
13.权利要求12的方法,其中在50℃到80℃之间的温度下进行阶段a)。
14.权利要求1的方法,其中番茄红素浓缩物FOS的分离是在将载有番茄红素的超临界流体减压到不超过10MPa下进行的。
15.权利要求1的方法,其中番茄红素浓缩物FOS的分离是在将载有番茄红素的超临界流体减压到等于或高于10MPa下进行的。
16.权利要求15的方法,其中番茄红素浓缩物FOS的分离是在将载有番茄红素的超临界流体减压到大约20MPa、温度在40℃到60℃之间下进行的。
17.一种不含有机溶剂(FOS)的番茄红素浓缩物,其可以通过权利要求1到16中任何一项的方法获得。
18.权利要求17的番茄红素浓缩物,其选自富含番茄红素FOS的含油树脂和富含番茄红素FOS的提取物。
19.一种组合物,其中包含不含有机溶剂(FOS)的番茄红素浓缩物以及可接受的稀释剂,该番茄红素浓缩物是如权利要求17或18所述,或者可通过权利要求1到16中任何一项的方法获得。
20.权利要求19的组合物,其中所述稀释剂选自脂肪、油或者它们的混合物。
21.权利要求20的组合物,其中所述稀释剂是初榨橄榄油。
22.权利要求19的组合物,其它还包括一或多种添加剂,所述添加剂选自抗氧化剂、乳化剂和它们的混合物。
23.权利要求20的组合物,其中包括番茄红素FOS重量百分比为5%的含油树脂和初榨橄榄油。
24.一种软明胶胶囊,其含有权利要求9到23中任何一项所具体描述的组合物。
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