当前位置: 首页  >  行业  >  添加剂与配料   >   天然番茄红素提取工艺研究进展

天然番茄红素提取工艺研究进展

2016-02-18 14:37    来源:中国食品安全报 中国食品安全网    作者:林泽华 任娇艳

番茄红素( lycopene) 属于类胡萝卜素,动物和人类无法在体内合成番茄红素,只能通过膳食来源而摄入。 番茄及番茄产品是膳食中番茄红素的主要来源,其他来源还包括西瓜、红葡萄柚、杏、番石榴、番木瓜等。 在成熟的番茄中,80%~90%的色素成分是由番茄红素构成。 在人体中,番茄红素存在于血液、肝脏、肾脏、肾上腺、前列腺等器官或组织中。 番茄红素是一种重要的抗氧化剂和自由基清除剂。 流行病学、动物试验和组织培养都证明番茄红素具有抗癌和抗动脉粥样硬化功能,尤其是能降低患前列腺癌、消化道癌症和心血管疾病的风险。天然的番茄红素是GB 2760—2011《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》许可使用的着色剂,可应用于风味发酵乳和饮料类。 番茄红素的生产方法有天然番茄红素提取法、化学合成法及微生物发酵法。 天然番茄红素的研究主要集中于生物活性、提取工艺及分析检测等。 本文按提取方法分析了国内外近十年来天然番茄红素提取工艺的研究概况。

有机溶剂萃取法 有机溶剂萃取法是提取生物活性物质的传统方法,主要涉及两个过程: 溶剂萃取和蒸发溶剂。 其优点是设备投资成本较低、工艺技术成熟。 番茄红素是一种脂溶性色素,常用的提取剂有正己烷、乙醇、丙酮、石油醚、乙酸乙酯等,影响因素主要有提取剂、温度、时间、料液比、粒度、浸提次数、pH 值等。有机溶剂萃取法的优点是操作简单且易于实现工业化,但是对于番茄红素的提取存在着选择性不高、萃取得率较低的缺点,常常需要利用多种溶剂进行提取,因而增加了安全性风险。 另外由于番茄红素在较高的温度下易发生异构化反应和氧化反应,需要考虑温度对番茄红素的影响。

超临界CO2萃取法 超临界流体萃取是通过升温和加压使流体在高于临界温度和临界压力的状态下萃取目标组分的分离技术。 流体在超临界状态下,密度接近于液体、黏度接近于气体而扩散性介于二者之间。 萃取的原理是通过改变温度或压力来改变超临界流体的密度,从而改变流体的溶解能力。影响因素主要有萃取压力、温度、时间、CO2流量、夹带剂、原料水分含量、原料粒度等。超临界CO2萃取法的优点是提取效率高、得率高并且环境友好,缺点是设备成本高。 由于番茄红素在CO2中溶解度有限,需使用夹带剂来提高萃取率,并寻找合适的食用油为夹带剂。

酶解辅助萃取法 酶解辅助萃取法是一种条件温和、环境友好的提取方法。 利用特定酶来降解或破坏细胞壁或细胞膜中的果胶、糖蛋白、纤维素和半纤维素,使生物活性物质从细胞中释放出来,能够减少使用有机溶剂,加快提取速度并提高萃取得率。番茄中的番茄红素大部分是以与脂蛋白结合的形式存在于色素母细胞中。 常用的酶有纤维素酶、果胶酶、半纤维素酶、胃蛋白酶等。 影响酶解辅助萃取的因素主要有: 酶解辅助萃取法操作条件温和、提取时间短,比较适合番茄红素这类易被氧化降解物质的提取,但需要考虑酶制剂的成本及其在有机溶剂中的活性问题。

超声波辅助萃取法 超声波辅助萃取技术是利用超声波的空化效应、机械效应、热效应等多级效应来辅助和强化溶剂萃取的一种新型化工分离技术。超声波能产生并传递强大的能量,在液体里产生空化效应。空化效应产生极大的压力而破坏细胞壁及整个固体颗粒。 同时,超声波产生的机械振动加强了胞内物质的释放、扩散及溶解,强化有效成分的提取。 空化效应的大小取决于超声波性质、产品的特性( 如黏度和表面张力) 以及环境条件( 如温度和压强) 。对于天然番茄红素的提取,超声波辅助萃取能有效提高萃取得率并缩短萃取时间,与其他新型萃取技术如微波辅助萃取等相比,它的设备价格更低而且操作简单。

微波辅助萃取法 微波辅助萃取技术是利用微波的热效应、生物效应等多级效应来辅助和强化溶剂萃取的一种新型化工分离技术。 微波是通过离子传导和偶极子转动两种方式内外同时加热。 在微波电场的作用下会引起水分子等极性分子强烈极性振荡,破坏或削弱氢键、范德华力、疏水相互作用、离子键等次级键。 加入极性有机溶剂( 乙醇、甲醇等) 或者盐类可改善加热效果。微波辅助萃取番茄红素具有提取效率高、溶剂消耗少、提取率大的优点,但是由于番茄红素在较高的温度下易发生异构化反应和氧化降解反应,而且微波对极性物质具有选择性加热效应,因此采用微波辅助萃取时要尽可能选择介电常数小的溶剂。

超声波-微波协同萃取法 超声波-微波协同萃取法是利用微波功率和辐照时间连续可调,超声振动、微波加热方式和程度可任意组合和设定来强化萃取的新型分离技术。 它保留了微波辅助和超声波辅助的优点,并克服了微波穿透能力有限和萃取不均匀、超声波声振效率低和噪声大的缺点。超声波- 微波协同萃取法兼具二者的优点,提取率高、萃取时间短。 然而,关于超声波-微波协同萃取法的传质机理以及超声波-微波协同对番茄红素的结构及活性的影响目前尚不明确。

超高压辅助萃取法 超高压辅助萃取法是利用超高压( 大于100MPa) 改变基质材料组织结构、减少溶质扩散阻力,同时为溶质扩散提供高压传质动力,来辅助和强化溶剂萃取的新型非热技术。目前关于超高压辅助萃取番茄红素的研究较少,虽然该方法加工成本较高且处理量较少,却是一种具有开发前景的非热加工技术。 实际应用时还需考虑超高压工艺参数对番茄红素稳定性的影响。

高压脉冲电场辅助萃取法 高压脉冲电场辅助提取技术是使脉冲高电压( 通常大于20 kV/cm) 作用于液态原料基质,利用脉冲电场产生的电穿孔效应等多级效应破坏细胞膜来辅助和强化溶剂萃取的新型非热提取技术。高压脉冲电场辅助提取法具有提取时间短、提取率高、处理条件温和等优点,尤其适用于热敏性物质的提取。 关于高压脉冲电场工艺参数对番茄红素稳定性的影响及萃取机理等方面的基础研究尚待深入。 应用脉冲电场技术的障碍主要为:一是 因操作方式和材料等的不同使得文献的研究结果难以进行对比,二是 由于该技术本身的复杂性而难以实现工艺条件的实时监控。

存在的问题与展望 番茄红素是具有重要生理活性的脂溶性色素,在较高的温度下易发生异构化反应和氧化降解反应,在萃取的过程中应注意番茄红素的保护问题。国外对超临界萃取番茄红素的研究相对较为深入,而寻找合适的夹带剂是一个突破口。 由于天然番茄红素存在于色素母细胞中并被细胞壁包裹,酶解辅助可有效改善萃取效果,但需解决酶的成本高和利用率低的问题。 超声法能有效提高番茄红素萃取率并缩短提取时间,然而超声波在介质中会随着传播距离的增大而振幅逐渐衰减,这是工业化应用需解决的问题。 高压脉冲电场辅助提取法适用于热敏性物质的提取,但是关于脉冲电场工艺参数对番茄红素稳定性的影响等方面的研究尚待深入。 未来的研究应集中于萃取机理、工艺参数对番茄红素结构及活性的影响,以及多技术联用协同萃取及工艺的优化,同时应注重开拓原料来源,降低提取成本以及实现原料的综合利用。

 


关键字:

责任编辑:E06