响应面法优化番茄红素的提取工艺研究
摘要：番茄红素是类胡萝卜素的异构体，其纯净物为针状的深红色的晶体，分子式为 C40H56结构中共含有 11 个共轭双键以及两个非共轭碳-碳双键，分子量为 536.85，难溶于甲醇和乙醇、可以溶于乙醚，乙烷，易溶于氯仿等有机溶剂，但不溶于水。我国每年大量出产番茄，应充分利用番茄高产量的优势，结合现代提取分析检测技术，将番茄红素应用到农业、食品加工业、医药美容业等行业。
关键词：番茄红素，提取工艺
番茄红素( Lycopene)是类胡萝卜素的一种,具有独特的长链分子结构,具有强有力的消除自由基能力和较高的抗氧化能力[1] ,并对皮肤癌[2] 、前列腺癌[3] 有一定的防治的作用,是一种很好的天然食品添加剂[4] ,番茄红 素已被欧洲经济共同体(ECC) 准许进入色素市场[5] 。番茄红素主要存在于茄科植物西红柿的成熟果实中,在西瓜、葡萄和其他一些水果蔬菜中也存在,成熟番茄果实中番茄红素含量可达90～190mu;g/g[6]。番茄红素不溶于水,难溶于甲醇、乙醇,可溶于乙烷、乙醚、石油醚、丙酮,易溶于氯仿、二硫化碳、苯等有机溶剂。
目前国内对番茄红素的生产和研究开始深入化、专业化。近年来有关番茄红素的性质、提取方法、保健功能、在生产应用上的研究、生产工艺上的研究、番茄红素分离与分析的研究进展等方面的文献资料逐年增多，这些都为番茄红素以后的研究提供了理论依据和基础。国内番茄红素生产研究基地主要是无锡轻工大学食品学院。早在1998年，无锡轻工大学的孙庆杰以新疆番茄皮和番茄籽为原料，结合超临界 CO2 萃取的方法，使番茄红素的提取率达到90%以上。2000 年新疆石河子开发区鸿博有限责任公司生 产出了番茄红素胶囊、亚油酸番茄红素胶囊等功能营养保健性产品。2001年6月“天然番茄红素提取技术”获得了国家专利，番茄红素的开发被纳入“国家863计划”。到2003年，我国番茄红素产品的年生产能力还远落后于国外，市场需求量高达20～30 t/年，而我国年产率还不够5 t。近年来我国开始逐渐重视番茄红素产品的开发和研究，最近国内高校科 技集团生物工程中心采用玉米淀粉进行发酵得到了产率在1000 mg/L以上的番茄红素，但还未实现工业化生产。目前番茄红素的一个研究热点是利用转基因技术培育高含量番茄红素的番茄品种以及开发高产番茄红素的微生物菌株。
- 国外研究现状
国外充分利用番茄红素的保健、防病、治病和美容功能，应用领域已延伸到医药、食品、动物饲料和化妆品行业等方面。在杂交育种方面，以色列种苗公司通过育种率先选育出比普通番茄品种番茄红素含量高4～5 倍 的杂交番茄品种 Lycopene Ｒich Tomato，并利用这种高番茄红素的杂交品种开发出了多种番茄红素产品，如其中一种产品的商标为 LYC-D-MATO的番茄红素产品。在医药原料和高级化妆品方面，如用于防止紫外线灼伤、保护皮肤的典型产品防晒霜，用于美容和延缓衰老的霜类产品。在保健食品行业方面，如用于防癌、抗癌、抗氧化延缓衰老、增强免疫力的保健食品，用于降低血压、治疗高胆固醇高血脂的保健药品。另外，国外在用微生物生产番茄红素方面也比我国先进很多。目前利用微生物菌株结合基因工程的方法工业化生产番茄红素正在其他各国如火如荼地开展[7]。
本次实验主要研究内容：采用响应面方法对番茄红素提取过程中的温度、时间等工艺条件进行优化。采用 Plackett-Burman( PB)设计法,对不同的温度、时间、溶剂量、pH值、压力、番茄粉碎目数、摇床转速7个因素对番茄红素提取率的影响进行评价。
主要问题即确定较优的溶剂及最佳工艺条件来提取番茄红素的工艺。为下一步扩大生产奠定了良好的基础。
试验设计的经典方法是固定其他参数,一次只研究一个变量,这种研究方法极其低效。响应面法(Response Surface Methodology)是利用合理的试验设计,采用多元二次回归方程拟合因素与响应值之间的函数关系,通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数, 解决多变量问题的一种统计方法。响应面法使得参数间的交互作用通过有限次试验来评估成为可能。响应面法目前已成为降低成本、优化加工条件的一种有效方法,广泛地应用于农业、生物、食品等领域[8]
