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(河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,河北石家莊 050018)

番茄紅素提取純化及穩(wěn)定性改善技術(shù)的研究進(jìn)展

王慶發(fā),吳彤嬌,梁鐸,郝建雄*

(河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,河北石家莊 050018)

番茄紅素具有抑制多種心腦血管疾病的功效,其中它的抗氧化性已經(jīng)成為近年來的研究熱點(diǎn)。提取番茄紅素的方法有很多,本文主要從溶劑提取法、超聲波輔助提取法、超臨界流體萃取法、高壓脈沖電場(chǎng)輔助法、膜分離技術(shù)和大孔樹脂吸附法入手,詳細(xì)論述了它們的提取純化原理、特點(diǎn)及近幾年研究進(jìn)展。由于番茄紅素本身的穩(wěn)定性不夠高,本文在常規(guī)技術(shù)的基礎(chǔ)上,綜述了微乳化技術(shù)、微膠囊技術(shù)及納米處理技術(shù)這些穩(wěn)定性改善技術(shù)相關(guān)內(nèi)容?？傊?本文從番茄紅素產(chǎn)品的生產(chǎn)線入手。分析了其工藝特點(diǎn),并對(duì)番茄紅素產(chǎn)品的發(fā)展前景進(jìn)行了展望,以期促進(jìn)其開發(fā)利用。

番茄紅素,功效,提取,穩(wěn)定性,工藝

曾經(jīng)被譽(yù)為“植物黃金”的番茄紅素是存在于成熟番茄及西瓜等果實(shí)中的一種天然色素,同時(shí)在人類血清及其他組織中也能發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì);在自然界中它多以全反式構(gòu)型的形式存在[1-2]。目前越來越多的實(shí)驗(yàn)和研究都已表明,這種類胡蘿卜素對(duì)人體具有許多種生理功能[3];而且它在所有的類胡蘿卜素中具有最優(yōu)越的性能[4]。它可以被添加到各種食品中,兼有保健和著色的雙重作用[5]。但是,番茄紅素的穩(wěn)定性不夠高、對(duì)環(huán)境因素比較敏感,處理?xiàng)l件不當(dāng)即可使其性質(zhì)劣變、甚至對(duì)人體產(chǎn)生毒副作用。本文主要就番茄紅素的提取與其穩(wěn)定性改善技術(shù)進(jìn)行綜述,以期為番茄紅素及其保健品的生產(chǎn)與開發(fā)利用提供理論指導(dǎo)。

1 番茄紅素的概述

作為一種廣泛存在于自然界中的天然色素,類胡蘿卜素在所有自養(yǎng)型生物中都能合成,而一些異養(yǎng)型生物,如動(dòng)物和人類,不能依靠自身產(chǎn)生這些物質(zhì),而必須從食物中獲取[6]。番茄紅素一種重要的類胡蘿卜素,因在防治各種疾病發(fā)生方面占有較大的優(yōu)勢(shì)而成為近年來的研究熱點(diǎn)[7]。

番茄紅素具有抗氧化、降低核酸損傷、抑制基因突變、減少心血管疾病發(fā)生及預(yù)防癌癥等多種生物學(xué)作用[8-11]。其中它的抗氧化活性是β-胡蘿卜素的2～3倍、維生素E的100倍[12]。另外,越來越多的學(xué)者都在研究番茄紅素的抗腫瘤作用。過去體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)和人群研究均已表明,番茄紅素可以抑制多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展,如前列腺癌、食管癌、白血病、肉瘤等[13-15]。而且田亞蘭[16]等人研究表明番茄紅素可以通過上調(diào)PPARγ蛋白的表達(dá)水平抑制食管癌細(xì)胞的增殖;陳立武[17]等人研究發(fā)現(xiàn),番茄紅素能夠通過提高宿主免疫水平而顯著增強(qiáng)細(xì)胞因子誘導(dǎo)的殺傷細(xì)胞(CIK)治療的抗腫瘤效果;Karin[18]研究了番茄紅素對(duì)心血管疾病的影響,通過Meta分析表明了當(dāng)每日番茄紅素的攝入量大于等于25 mg時(shí)低密度脂蛋白膽固醇水平及血壓可以得到有效降低,但是攝入較低劑量的番茄紅素時(shí)不能取得明顯的效果。

總之,番茄紅素之所以可以預(yù)防各種慢性疾病,大部分原因源于它的抗氧化能力[17];另外,當(dāng)它和其他藥物共同使用時(shí),它的生物活性可能會(huì)更好地發(fā)揮出來,增強(qiáng)對(duì)各種疾病的療效,如鄒瑩[19]研究表明,當(dāng)番茄紅素和芐基芥子油苷聯(lián)合使用時(shí)抑制前列腺增生的效果比其單獨(dú)使用時(shí)更加明顯。

2 番茄紅素的提取技術(shù)研究進(jìn)展

番茄紅素可以從天然原料如番茄、西瓜等中提取,亦可通過化學(xué)合成或微生物發(fā)酵的方法來生產(chǎn),后者已經(jīng)成為近年來的研究熱點(diǎn),但相關(guān)技術(shù)還有待于進(jìn)一步成熟,因此其在食品工業(yè)中的應(yīng)用受到限制。而從天然原料中提取既可充分利用我國(guó)的自然資源,在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)方面又占有優(yōu)勢(shì),因而已經(jīng)被廣泛采用。

2.1溶劑提取法

溶劑提取法是指利用相似相溶的原理及番茄紅素在有機(jī)溶劑中溶解性能的差異而將其從原料中提取出來。該法是我國(guó)工業(yè)化生產(chǎn)中最為古老的方法,包含一系列的操作步驟:首先對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理,經(jīng)過溶劑萃取后,需將提取液濃縮,最終得到粗產(chǎn)品。常用的有機(jī)溶劑有石油醚、丙酮、氯仿、乙醚和正己烷等[20]。

Mahesha[21]等利用丙酮和正己烷的混合物對(duì)番茄中的番茄紅素進(jìn)行提取,通過一級(jí)傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型,研究了提取溶劑的比例和提取溫度對(duì)提取效果的影響,結(jié)果表明:當(dāng)丙酮和正己烷的體積比為1∶3時(shí),提取效果最佳,番茄紅素提取量最高可達(dá)4.03 mg/100 g,回收率為75.75%。Jittawan[22]等用溶劑提取法從木鱉果假種皮油中提取番茄紅素,得出結(jié)論:當(dāng)采用的提取溶劑比例不同時(shí),番茄紅素的得率也有所差異,且當(dāng)氯仿和甲醇的體積比為2∶1時(shí),得率較高,為0.49 mg/g。盡管這種方法成本較低、操作簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟,但提取效率低、產(chǎn)品純度不高以及目的產(chǎn)物回收率低,難以滿足需求,而且,多數(shù)提取溶劑對(duì)人體有毒從而對(duì)食品安全造成嚴(yán)重威脅;較高的處理溫度不利于番茄紅素等熱敏性物質(zhì)的保持。為了克服這些缺陷,一些高新技術(shù)開始嶄露頭角。

2.2超聲波輔助提取法

近年來超聲波輔助提取技術(shù)(ultrasonic assisted extraction,UAE)逐漸發(fā)展起來,主要用于從天然原料中提取一些天然物質(zhì),這是由于超聲波能夠產(chǎn)生空化效應(yīng)、強(qiáng)烈震動(dòng)以及機(jī)械攪拌、從而加速目的成分進(jìn)入溶劑中,進(jìn)一步用溶劑提取法將其收集,從而大大提高了產(chǎn)物的提取效率[23-25]。目前在國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究報(bào)道中,考察的因素主要有提取溫度、提取時(shí)間、混合萃取溶劑配比、超聲強(qiáng)度以及超聲波頻率等[23,26]。

Alice[27]等人用超聲波輔助法提取番茄中的番茄紅素,通過響應(yīng)曲面法進(jìn)行研究,得出結(jié)論:相對(duì)優(yōu)化的傳統(tǒng)工藝技術(shù)來說,該法能將反式番茄紅素的產(chǎn)量提高75.93%,極大地改善了提取效率,而且整個(gè)過程在氮?dú)饬髦羞M(jìn)行,從而最大限度地避免了番茄紅素的降解。Xu[26]等以紅葡萄柚為原料,用石油醚、丙酮與95%乙醇(2∶1∶1)混合溶劑(含2%二氯甲烷和0.5% BHT)作提取劑,在超聲功率為20 kHz的條件下,得出如下的提取工藝參數(shù):提取時(shí)間30 min,提取溫度30 ℃,液料比(mL/g)3∶1、超聲強(qiáng)度605 W/cm2,占空比為66.7%,產(chǎn)品中全 反式番茄紅素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.1%。Rocktotpal[28]等人聯(lián)合使用酶解法和超聲波輔助法提取番茄皮中的番茄紅素,結(jié)果發(fā)現(xiàn):與單獨(dú)使用酶解法和超聲波法相比,二者耦合系統(tǒng)的提取率要分別高出5.62倍、1.25倍和0.5倍?？梢?超聲波輔助法更有利于番茄紅素的提取,但由于在處理過程中超聲波容易衰減,一般超聲有效作用區(qū)域呈環(huán)狀,如果提取容器直徑太大,罐的周壁就會(huì)出現(xiàn)超聲空白區(qū),這一點(diǎn)限制了此法用于番茄紅素的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

2.3超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法(supercritical fluid extration,SCFE)是在超臨界狀態(tài)下,首先使超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸,在一定溫度及壓力下,萃取介質(zhì)即可將具有不同沸點(diǎn)、分子量及極性的組分依次萃取出來;然后通過減壓、升溫將超臨界流體還原為普通狀態(tài),目的產(chǎn)物就會(huì)基本或完全析出,最后經(jīng)過分離而得到我們所期望的產(chǎn)物[29-30]。其中可以充當(dāng)萃取介質(zhì)的物質(zhì)有很多,如乙烯、甲醇、乙烷、丙烷、CO2等。由于生產(chǎn)成本的限制,目前應(yīng)用最多的是CO2[31-32]。

國(guó)內(nèi)外有很多相關(guān)的報(bào)道,他們主要研究了萃取溫度、萃取壓力、萃取時(shí)間、CO2流量等因素對(duì)番茄紅素得率的影響。Katherine[33]等以新鮮西瓜為原料,確定了超臨界CO2流體萃取法的最佳工藝參數(shù),即萃取溫度為70 ℃、壓力為20.7 MPa、乙醇體積為15%,番茄紅素得率為(103±6) μg/g樣品。Andreia[34]等人利用響應(yīng)曲面法、并考慮到生產(chǎn)成本,對(duì)比考察CO2和乙烷的超臨界提取效果,確定了萃取番茄紅素的最佳條件:當(dāng)萃取壓力為300 Bar、萃取溫度為60 ℃、萃取溶劑為乙烷時(shí),番茄紅素的提取率較高、生產(chǎn)周期較短,年產(chǎn)量較高。作為提取溶劑,CO2對(duì)人體無毒、無害;而且該技術(shù)在完成提取過程后,只需經(jīng)歷一道降壓程序即可得到目的組分,這些都避免了傳統(tǒng)的溶劑提取法造成的有毒物質(zhì)殘留,改善了食品安全性和環(huán)境清潔度。此外,該過程是動(dòng)態(tài)的,可以隨時(shí)通過調(diào)節(jié)溫度、壓力和超臨界流體的密度來提高提取效率和原料利用率。然而,超臨界技術(shù)需要先進(jìn)的操作儀器,消耗的成本過高,所以食品工業(yè)的發(fā)展在一定程度上還依賴于國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的提高。

2.4高壓脈沖電場(chǎng)輔助提取法

高壓脈沖電場(chǎng)法(high intensity pulsed electric field,HIPEF)是近年來新興起的一項(xiàng)技術(shù),它的基本原理是對(duì)處于兩極電場(chǎng)間的物料施加短脈沖的高電壓,其中的極性分子在電場(chǎng)的作用下即會(huì)向電極方向高速運(yùn)動(dòng),根據(jù)細(xì)胞膜電穿孔理論,組織細(xì)胞此時(shí)會(huì)受到不可逆的破壞,從而促進(jìn)番茄紅素從細(xì)胞內(nèi)溶出。它屬于一種非熱處理技術(shù),從而在一定程度上避免了食品天然風(fēng)味及功能成分生物活性的損失[35-38]。

對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的提取效果,國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究較多的因素有電場(chǎng)強(qiáng)度、脈沖數(shù)、處理時(shí)間等[39]。Gemma[40]等人利用這種方法提取西瓜汁中的番茄紅素,并用分光光度計(jì)測(cè)定了提取物中番茄紅素的含量,同時(shí)考察了該法對(duì)其抗氧化能力的影響。結(jié)果表明:當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度為35 kv/cm、脈沖寬度為7 μs、頻率為200 Hz、處理時(shí)間為50 μs時(shí),所得的西瓜汁中番茄紅素含量為7.006 mg/100 mL,是未經(jīng)HIPEF處理的1.13倍,能夠100%地保全其抗氧化活力。Eda[41]以番茄為原料、以水為提取劑,在料液比(mL/g)為1∶10的條件下,得到優(yōu)化的HIPEF工藝參數(shù)為:電場(chǎng)強(qiáng)度80 V/cm,時(shí)間4 s,這時(shí)番茄紅素提取率比對(duì)照組提高112.4%?？傊?HIPEF法能夠大大縮短提取時(shí)間,有效保持原料中番茄紅素的含量,但這項(xiàng)技術(shù)較為復(fù)雜,工藝條件難以實(shí)時(shí)監(jiān)控,從而為它的普及增添了障礙。

3 番茄紅素的純化技術(shù)研究進(jìn)展

自從番茄紅素的生理功能被認(rèn)識(shí)以來,對(duì)于番茄紅素的產(chǎn)量要求就越來越大,特別是高純度番茄紅素的制備已經(jīng)成為當(dāng)前面臨的重大課題。目前,利用有機(jī)溶劑從天然原料中獲得的粗提物,番茄紅素的純度低,基本不能達(dá)到市場(chǎng)需求的含量;而且番茄紅素的粗提物中一般含有大量的油性樹脂等雜質(zhì),這些有毒的溶劑殘留會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品不能直接食用。因此,只有經(jīng)過純化處理,才能將其應(yīng)用到各類食品中、確保食品安全。

3.1膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是以選擇性透過膜為分離介質(zhì),利用膜對(duì)混合物中各組分滲透性的差異,使番茄紅素得到富集,部分或完全實(shí)現(xiàn)分離、純化目的。如錯(cuò)流微濾法正是一種膜分離過程,可以在不加熱條件下分離植物提取物中的成分[42]。該法分離效果的好壞取決于膜的選擇性,膜的種類有很多,其中陶瓷膜的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高,而且成本較低[43],基于這些特點(diǎn),一些燒結(jié)物質(zhì)已被用作制備陶瓷膜的材料,如生黏土[44]、膠嶺石鈉[45]、高嶺土[46]、硅鎂土[47]等。膜分離過程中不會(huì)發(fā)生相變;當(dāng)操作溫度較低時(shí),其可以有效避免番茄紅素等熱敏性成分的損失,同時(shí)可減少感官品質(zhì)如色澤的變化;而且該過程具備消耗的能量少、產(chǎn)生的廢料少及不使用有機(jī)溶劑等優(yōu)點(diǎn),因此,它是一種經(jīng)濟(jì)上可行、符合綠色發(fā)展理念的技術(shù)。

Luis[48]等人對(duì)西瓜汁中的番茄紅素進(jìn)行純化,研究了不同微濾條件對(duì)膜分離效果的影響,在最佳的操作條件下,滲透流量接近于110 L/(h·m2),滯留物中番茄紅素的含量達(dá)到657 mg/kg,比原來提高了11倍;同時(shí)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)聯(lián)合使用透析過濾、錯(cuò)流微濾以及離心分離方法時(shí),可以使西瓜原汁中的番茄紅素濃度從60 mg/kg上升至2495 mg/kg,提高了41倍;純度由0.6 g/kg總干重上升為20.3 g/kg總干重,提高了34倍。Cássia[49]等人用微濾、透析過濾以及反滲透過濾的混合方法對(duì)西瓜汁中的番茄紅素進(jìn)行富集,實(shí)驗(yàn)中微濾/透析過濾、反滲透過濾的平均滲透流量分別為69.6、19.1 kg/(h·m2),在最終的濃縮提取物中,番茄紅素占總類胡蘿卜素含量的89.5%、為新鮮果汁的17.7倍;其抗氧化能力提高到5.66 μmol水溶性維生素E當(dāng)量/100 g濕基、為原來的11倍;最終產(chǎn)品為暗紅色,亮度值為37.06。

3.2大孔吸附樹脂法

大孔吸附樹脂是由聚合單體、交聯(lián)劑、致孔劑、分散劑等添加劑聚合反應(yīng)制備的有機(jī)高分子聚合物。由于它具有獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)、較高的機(jī)械強(qiáng)度、耐酸堿性能好、復(fù)雜的表面功能改性作用、成本低、操作簡(jiǎn)單、可再生、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[50-51],而且目前各種特異性的基團(tuán)已被移接到大孔吸附樹脂上,從而極大地改善了它的吸附性能[52-53]。因此它已被廣泛用作食品工業(yè)、制藥領(lǐng)域、廢水處理[54]中的吸附劑。

Liu[55]等人利用大孔樹脂吸附法對(duì)番茄皮提取物中的番茄紅素進(jìn)行純化,研究了24種大孔樹脂的吸附特性,發(fā)現(xiàn)LX-68類型樹脂的吸附性能最好;以此作為吸附劑,通過動(dòng)力學(xué)吸附/解吸實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了分離純化條件,結(jié)果表明:僅僅經(jīng)過一輪處理,粗提物中番茄紅素的含量就增加了30.4倍(從0.21%到6.38%),回收率達(dá)到66.9%,進(jìn)一步說明了該法在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)。

4 番茄紅素穩(wěn)定性的改善技術(shù)研究進(jìn)展

盡管番茄紅素對(duì)人體健康發(fā)揮著重要的功能,而且它的提取純化方法有很多,但將其廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域,并非是件易事,因?yàn)榉鸭t素屬于直鏈不飽和烯烴化合物,這種結(jié)構(gòu)決定了其性質(zhì)的不穩(wěn)定性,如水溶性較差、對(duì)光和熱以及一些金屬離子敏感等。針對(duì)部分問題,我們采取常規(guī)技術(shù)來解決。如在利用過程中避免接觸銅鐵用具、將其處于低溫避光的條件下保存[56]等。而有些問題如要增強(qiáng)其水溶性,我們必須采取高新技術(shù)來滿足需要。

4.1微乳化技術(shù)

番茄紅素的微乳化技術(shù)是指將水相、番茄紅素、表面活性劑及助表面活性劑按照一定的比例混合、形成具有各向同性、透明、熱力學(xué)穩(wěn)定性好的一種納米級(jí)別的小液滴的過程。如此一來(助)表面活性劑的存在可以降低O/W體系的界面張力、甚至降為負(fù)值,進(jìn)而導(dǎo)致界面不斷擴(kuò)張,最終使得番茄紅素均勻地分散于混合體系中,水溶性及穩(wěn)定性得到很好的改善。

John[57]等發(fā)現(xiàn):當(dāng)乳清蛋白濃度為0.2%(w/w)、高甲氧基果膠濃度為0.5%(w/w)、油相分?jǐn)?shù)為5%(v/v)時(shí),番茄紅素微乳體系穩(wěn)定性最高,該體系受溫度及pH的變化影響較小,但對(duì)NaCl溶液較敏感。Lopes[58]等將聚氧乙烯脂肪醇醚與丙二醇以2∶1的比例混合作為乳化劑制備番茄紅素微乳,研究了油相的選擇對(duì)體系的影響,當(dāng)體系中采用乳化劑∶辛酸-癸酸甘油一/二酯∶水=40∶36∶24及乳化劑∶辛酸癸酸甘油三酯∶水=50∶36∶14時(shí)可制得內(nèi)相直徑分別為27 nm和52 nm的番茄紅素微乳液,這兩種體系可以將番茄紅素在角質(zhì)層中的穿透能力分別提高6倍和3.6倍,其在豬耳皮活細(xì)胞中的含量分別提高至172.6±41.1、103.1±7.2 ng/cm2;并通過銅離子還原能力實(shí)驗(yàn)證明,存留于皮層中的番茄紅素的抗氧化活力比對(duì)照組高10倍。馬倩雯[59]以吐溫-80作為乳化劑,確定了最佳微乳液配方:油相為番茄紅素粗提液和乙酸乙酯,二者的體積比為1∶12.5;水相為無水乙醇和蒸餾水,二者的體積比為1∶1;油相與乳化劑的體積比為1∶0.4,此時(shí)即可形成與水無限稀釋的、紅色、透明的微乳液,提高了其穩(wěn)定性;再加上微乳化技術(shù)的低能耗、操作簡(jiǎn)單,更為番茄紅素產(chǎn)品的研制開辟了道路。

4.2微膠囊技術(shù)

對(duì)番茄紅素進(jìn)行微膠囊處理,即以合成的或天然的高分子成膜材料作為壁材,將其包覆形成微小顆粒的過程。其中壁材對(duì)芯材中的番茄紅素可以起到保護(hù)的作用、避免其被氧化及遇光分解[60];而且成膜材料還具有緩釋功能,進(jìn)而延長(zhǎng)番茄紅素在體內(nèi)發(fā)揮作用的時(shí)間;另外,微膠囊化使物質(zhì)方便攜帶并提高了其穩(wěn)定性[60-61]。

Feng[62]等用玉米蛋白作為包覆番茄紅素的膜材,并用一級(jí)反應(yīng)測(cè)定其在微膠囊中的分解情況,控釋結(jié)果表明在pH為3.5的模擬人類胃系統(tǒng)中,經(jīng)過2 h,以玉米蛋白膠粒作為膜材的微膠囊中番茄紅素釋放率少于30%,大部分則可能隨微膠囊進(jìn)入小腸,從而避免其過早釋放而提高了其吸收利用率;但此結(jié)論在人體及動(dòng)物體內(nèi)是否仍然成立有待于進(jìn)一步研究。范少麗[63]等用阿拉伯膠和變性淀粉作為一次包被壁材、β-環(huán)糊精作為二次包被壁材,研究發(fā)現(xiàn)番茄紅素的雙包被微膠囊外部結(jié)構(gòu)基本上都是近球形的顆粒,平均直徑約25 μm;具有良好的水溶解性和分散性;常溫狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變,幾乎不分解;常溫下經(jīng)過3個(gè)月的儲(chǔ)藏,番茄紅素保留率可達(dá)92.60%。與常規(guī)技術(shù)相比,這些示例突出了番茄紅素微膠囊產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì),但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能否直接應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)仍是食品工業(yè)中亟待解決的問題。

4.3納米處理技術(shù)

本次研究數(shù)據(jù)中計(jì)數(shù)資料以n統(tǒng)計(jì)、計(jì)量資料用（±s）統(tǒng)計(jì)；并分別使用χ2檢驗(yàn)、t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)后P值在0.05以內(nèi)表示兩組差異顯著，且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，數(shù)據(jù)處理軟件為SPSS21.0軟件。

納米處理與微膠囊技術(shù)在本質(zhì)上是一致的,但前者可以將體系縮小到納米級(jí)別,使材料獲得了納米的一些特性,如體積效應(yīng)、表面效應(yīng)及尺寸效應(yīng)等。這項(xiàng)技術(shù)有許多種形式,如材料可被加工成納米囊、納米球、納米脂質(zhì)體、分散液等。經(jīng)過納米處理,番茄紅素的溶解性、穩(wěn)定性、靶向釋放性進(jìn)一步增強(qiáng),極大地提高了其生物利用度[64-66]。

Priscilla[67]等研究了由聚己內(nèi)酯預(yù)制成的番茄紅素納米囊在光照、加熱及冷藏條件下的穩(wěn)定性,結(jié)果發(fā)現(xiàn):當(dāng)該納米囊體系在5 ℃下冷藏84 d,其平均直徑及電動(dòng)勢(shì)均保持穩(wěn)定,而且番茄紅素仍有約40%的含量;在光照及有氧條件下加熱,該體系的活化能分別為67 kcal/mol和24.9 kcal/mol,而Kleidson[68]等人研究發(fā)現(xiàn),在相同條件下,紅木素的納米脂質(zhì)體活化能只有7.09 kcal/mol和11.48 kcal/mol,突出了納米處理技術(shù)對(duì)番茄紅素的保護(hù)作用。柴星星[69]等采用乳化蒸發(fā)法制備出的番茄紅素納米分散體的平均粒徑大小為230.3 nm,PDI值為0.208,濃度達(dá)到192 μg/mL,其體外抗氧化的活性得到增強(qiáng)。胡琳琳[70]研究確定了制備番茄紅素納米膠囊的條件:將明膠和阿拉伯膠以1∶1的比例混合作為壁材,濃度為0.5%;以番茄紅素作為芯材,濃度為0.5%;將Span 80和Tween 80以1∶1的比例混合作為乳化劑,濃度為0.5%;選用TGase為固化劑;獲得的體系中番茄紅素的濃度為15 mg/mL,平均粒徑為139.2 nm,多分散指數(shù)為0.157,貯藏25 d后仍有80%的保留量。盡管在改善番茄紅素穩(wěn)定性方面,納米化技術(shù)與微膠囊處理效果不相上下,但納米化使得番茄紅素/水混合體系更接近均相體系,有利于改善產(chǎn)品如飲料的外觀,符合消費(fèi)者的感官需求。

5 展望

作為一種功能性天然產(chǎn)物,番茄紅素產(chǎn)品的開發(fā)為日益崇尚自然、追求綠色、注重養(yǎng)生的人們指明了方向;從番茄等原料及其廢渣中提取純化番茄紅素,有利于充分發(fā)揮我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì),為實(shí)現(xiàn)變廢為寶、農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了寶貴的機(jī)遇,給予了其市場(chǎng)化的潛力;番茄紅素的穩(wěn)定性改善技術(shù)在整個(gè)生產(chǎn)線中起到了錦上添花的作用,為保健品的開發(fā)鋪平了道路,豐富了其種類。

隨著人們對(duì)一些高新技術(shù)研究的不斷深入,特別是番茄紅素的高壓脈沖電場(chǎng)提取、超臨界流體萃取技術(shù)的出現(xiàn),為它在食品工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用帶來了巨大優(yōu)越性。然而,這些高新提取技術(shù)雖然極大地提高了產(chǎn)品的回收率和提取效率、在一定程度上解除了民眾的食品安全之憂,但高成本的設(shè)備無形中為番茄紅素產(chǎn)品的優(yōu)化平添了壁壘;一些技術(shù)(如高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù))的操作條件較為復(fù)雜,難以實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)化;膜分離過程中用到的膜容易被污染、分離效率仍有待于進(jìn)一步提升,從而阻礙了它的進(jìn)一步普及,等等。在現(xiàn)有條件下,我們可以通過聯(lián)合使用高新技術(shù)和常規(guī)技術(shù)從整體上使提取純化后的產(chǎn)品達(dá)到理想效果,如酶輔助提取法和超聲波輔助法均能使細(xì)胞受到破壞,二者的耦合系統(tǒng)在取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的基礎(chǔ)上則更有利于目的成分的提取。

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Researchprogressinextractionandpurificationoflycopeneandtechniquesofimprovingitsstability

WANGQing-fa,WUTong-jiao,LIANGDuo,HAOJian-xiong*

(College of Biological Science and Engineering,University of Science and Technology in Hebei,Shijiazhuang 050018,China)

Lycopene has the effect of inhibiting many kinds of cardiovascular and cerebrovascular diseases and its antioxidant ability has become an investigating spot in recent years. There are numerous approaches to extracting lycopene. Starting with the methods of solvent extraction,ultrasonic assisted extraction,supercritical fluid extraction,high intensity pulsed electric field assisted extraction,membrane separation and macroporous resin adsorption method,the passage specifically discussed the extracting and purifying theory,feature and research report in recent years. The intrinsic stability of lycopene isn’t high enough,and the review summarized the techniques of microemulsion,microcapsule and nanometer processing on the foundation of normal processing which are relevant to the improvement in its stability. To conclude,starting with the manufacturing line of lycopene products,the paper analyzed the feature of related techniques and discussed the developing prospects of lycopene products to promote their exploitation and utilization.

lycopene;effect;extraction;stability;technologies

2017-03-03

王慶發(fā)(1994-)，男，碩士研究生，研究方向：食品加工，E-mail:2278592723@qq.com。

*

郝建雄(1979-)，男，博士，副教授，研究方向：食品加工，E-mail：cauhjx@163.com。

TS201.1

A

1002-0306(2017)21-0307-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.060