摘要：本文综述了番茄红素的提取和检测方法的研究，以期为进一步开发利用番茄红素提供理论、实践依据和文献线索。
关键词：番茄红素；提取；检测
 
Progress on Extraction and Analytic Method of Lycopene
 
Abstract:In order to provide the theory,practice and reference to further develop lycopene,in this paper,the ways of lycopene extraction and analytic testing methods for lycopene were reviewed.
Keyword:lycopene;extraction;analysis
 
番茄红素（Lycopene）又名茄红素，是类胡萝卜素的一种，作为一种天然色素存在于自然界中，呈红色，因最早于番茄中发现而得名。番茄红素具有优越的生理功能，广泛用于保健食品、医药和化妆品，是很有开发价值的功能性天然食用色素。1910年Willstatter和Escher在对番茄红素的研究中指出，番茄红素是胡萝卜素的异构体，并首次确定了其分子式为C₄₀H₅₆。其结构中含有11个共轭双键及2个非共轭碳-碳双键，分子量为536.85，结构如下所示，熔点为174℃，难溶于甲醇、乙醇，可溶于乙醚、乙烷，易溶于氯仿、二硫化碳、苯等有机溶剂，不溶于水。独特的结构和性质使其具有抗坏血酸活性、猝灭单线态氧和清除过氧化氢等作用^[1,2]。
 
l  番茄红素在自然界的分布
番茄红素在自然界分布很广，成熟的红色植物果实中含量较高。番茄、西瓜、红色葡萄柚、木瓜及苦瓜子、番石榴等食物中都有发现，含量最高的是番茄果实，可达3～14mg/100g，且成熟度越高，番茄红素的含量越多。值得一提的是，最近美国农业部的科学家发现，在秋橄榄这种浆果中番茄红素的含量相当于西红柿 的18倍。番茄红素也广泛分布于人体的各种器官和组织中，主要有血液、肾上腺、肝脏、睾丸、前列腺、乳腺、卵巢、子宫、消化道等，其中血液、肾上腺、睾丸、肝脏等中含量较多。
在每100g各种水果和蔬菜中，番茄红素的含量分别为^[3]：西红柿3～20mg，西瓜2.3～7.2mg，番石榴（粉红色)5.23～5.50mg，番木瓜0.11～5.3g，葡萄柚（粉红）0.35～3.36mg，胡萝卜0.65～0.78mg，南瓜0.38～0.46mg，红薯0.02～0.11mg，杏子0.01～0.05mg。其中番茄、西瓜、红色葡萄等的果实和红色棕桐油中存在较多的番茄红素。
 
2 番茄红素提取工艺的研究
番茄红素是脂溶性色素，可采用直接粉碎法，有机溶剂提取法，酶法，超临界CO₂萃取法，微波辐射萃取法等提取工艺。
2.1 直接粉碎法
该法将番茄皮粉碎，作为着色剂直接添加于食品中。孔令明等人^[4]以番茄干渣为原料，研究干渣的粒度及提取方法对番茄红素提取效果的影响。结果表明：以3号（目数40～60）、4号（目数60～100）粒度干渣为原料，液料比为4：1（ml:g），50℃温度条件下浸提40min，能达到较好的提取效果，得率约为1.5mg/g。
2.2 有机溶剂提取法
番茄红素是一种脂溶性色素，易溶于多种有机溶剂，其主要步骤包括:新鲜番茄或番茄皮干燥、粉碎，选用一种有机溶剂或混合溶剂作为萃取液进行固液萃取，最后将萃取液真空浓缩，得到番茄红素的粗制品，此法简单易行，能耗低，溶剂易于回收^[5]。但由于番茄中还含有其它成分，而且有机溶剂会有痕量残留，只单单采用溶剂萃取，得到的产品一般纯度不高，番茄红素含量约在5%～15%左右，而且通常不会产生番茄红素晶体，而是一种呈油状的物质即番茄红素油树脂。
马卡迪在浸提法提取番茄红素的研究中表明^[6]，1，2-二氯乙烷作为提取剂，溶解色素能力强，其自身性质与其它溶剂相比也较稳定，同时其含氯量也较其它溶剂低。Yen^[7]等以苦瓜为原料，采用混合溶剂（石油醚/丙酮 1：1）可提取高纯度的番茄红素，且不需要复杂的纯化工艺。欧洲一专利采用95%的乙醇作溶剂，逆流法78℃浸提5h，获得色素液，真空浓缩除去溶剂后得粉状色素产品。另有很多专利也报道了工业化生产番茄红素的工艺流程^[8,9]。
2.3 超临界流体法
    超临界流体萃取技术是食品工业新兴的一项萃取、分离和纯化技术，具有无化学溶剂消耗和残留、无污染、避免萃取物在高温下的热裂解、保护生理活性物质的活性。工艺简单、能耗低，萃取剂无毒、易回收等特点。虽然目前提取脂溶性色素大多采用有机溶剂萃取法，但通过此法获得的产品质量差，纯度低，有异味和溶剂残留，严重影响了天然色素的推广和应用。因此，超临界流体萃取技术将会成为工业生产番茄红素的趋势性技术。目前已有超临界CO₂萃取番茄红素的研究报道，1998年，孙庆杰^[10]等采用番茄皮为原料，在20Mpa，45℃条件下，提取率达90%以上。陈德经^[11]等研究了超临界萃取西瓜番茄红素工艺，实验结果表明：在30Mpa，55℃，2h，CO₂流量25L/h，加入乙醇，西瓜沉淀干燥物的总提取率为17.7%，番茄红素含量为29.5%。王宪青^[12]等以新鲜番茄为原料，打浆后采用冷冻干燥的方法干燥获得番茄粉。用超临界二氧化碳提取番茄粉中的番茄红素，实验表明在30MPa，60℃,2h条件下，以无水乙醇作夹带剂，100g干物料中可以获取47.986g纯度为0.803%的番茄红素的提取物，番茄红素的量可以达到38.551mg左右。Gomez-Prieto MS^[13]等在40℃条件下利用二氧化碳从番茄中萃取番茄红素，同时采用C₃₀柱分离所得番茄红素，得到88%全反式结构和12%的顺式异构体。该实验表明，超临界流体萃取法可以减小番茄红素被氧化和异构化所造成的损失，保护了生理活性物质的活性，而且该工艺简单，能耗低。
2.4 酶反应法
酶反应法主要是利用番茄皮自身所含有的酶发生反应来提取番茄红素。日本公报专利介绍了利用番茄皮自身酶反应来提取番茄红素的生产方法。在微碱性条件下（pH7.5～9.0），使番茄皮中的果胶酶和纤维酶反应，分解果胶和纤维素，使番茄红素的蛋白质复合物从细胞中溶出，所得色素为水分散性色素。周丹丹^[14]等用明胶固定化果胶酶，对其提取番茄红素的工艺进行了研究，结果表明：使用固定化果胶酶能够提高番茄红素的提取率，其优化的工艺条件为：酶量10mg/10g番茄浆，处理时间1h，处理温度45℃，pH值最适范围5-6，固定化酶的性质稳定，处理7次后提取率低为21.5%，相对酶活力为70%。李淑酶，杨帆等^[15]在提取番茄中番茄红素时, 添加果胶酶和纤维素酶, 筛选出最佳工艺为: 果胶酶和纤维素酶的比例为4∶1、添加酶量为0.5%、酶的作用温度为40℃，pH4，浸提时间为4h, 按此条件可大大提高番茄红素的提取率。
2.5 微生物发酵法
除了从含有番茄红素的物质中提取或用化学合成番茄红素外，还可以采用藻类和真菌及酵母发酵生产番茄红素。目前能生产番茄红素的微生物有包括能自身合成番茄红素的革兰氏阴性菌（Erwinialifedevora和 Erwinia herbicola）三孢布拉氏霉菌（Blakeslea trispora）及基因工程菌。发酵法生产番茄红素具有全年均可进行,不受季节地理影响、工艺简单、生产周期短、生产成本低等优点，因此具有一定的发展前途，受到各国研究人员的重视。张邦建等^[16]研究了应用三孢布拉氏霉菌生产番茄红素的最佳发酵工艺条件和流加工艺结果表明，最佳发酵工艺条件，温度28℃，搅拌速度270r/min，pH6.5，接种量10%（体积比）；流加工艺是最适流加时间为发酵后48h，糖流液加量6L。最佳发酵时间为120h。Miura等人^[17]报道将外援基因crtE、crtB、crtI通过转基因技术插入产蛋白假丝酵母(Candida Utillis) 中培养生产番茄红素(产蛋白假丝酵母是一种不能天然合成类胡萝卜素食 品酵母)，可得到758μg/g干重八氢番茄红素。马永强等^[18]研究了三孢布拉霉生产番茄红素的发酵条件，结果表明：种子培养基和发酵培养基的最佳碳源和氮源均为玉米糖化液和玉米浆，最佳发酵培养基为玉米粉糖化液40g/L，玉米浆40 g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，番茄红素发酵生产的最佳条件为发酵培养基pH 6.5，发酵时间36 h，三角瓶装液量40 mL/250mL，接种量10%。
2.6 微波辐射法
微波是一种频率在300MHz至30OGHz的电磁波。微波辐射萃取技术（Microwave Assisted Extraction）简称为MAE 是指使用微波及合适的溶剂在微波反应器中从各种物质中提取各种化学成分的技术与方法。番茄红素是脂溶性色素，而脂溶性色素的提取特点是提取时间较长，原因是有机溶剂不易渗透穿过物质的细胞壁和细胞膜，所以不能很好的将提取物从细胞器中溶出。卢智敏等^[19]研究了微波法对番茄红素提取效果的影响，确定了番茄红素的最佳提取条件为：微波功率420W，处理时间为25s，固液比为1：2（g:ml），提取次数为3，赵功玲等^[20]在微波处理提取番茄中番茄红素的工艺研究中研究了外加微波处理提取番茄红素的最佳工艺。结果表明，微波处理缩短了提取时间，提高了出品率；避免了常见微波辐射法中的有机溶剂挥发所带来的不便，最佳微波处理为微波360W加热20s；最佳固液比为1：0.9，浸提时间为5h。
2.7 高速逆流色谱法
高速逆流色谱(High-Speed Countercurrent Chromatography),简称 HSCCC 技术是一种高效快速的新型液-液分配色谱技术，与传统的柱色谱需使用固体填料不同，该分离方法是在两相之间进行，在高速运转产生重力场的条件下，使固定相在分离柱中实现高的保留而进行分离，因而没有不可逆吸附，具有样品无损失、无污染、高效、快速和大制备量分离的优点^[21]。国外有报道在实验中首次采用高速逆流色谱来提取番茄红素，所得到的样品是从100mg含有9%番茄红素的番茄粗提物中分离出来的，最后用高效液相色谱检验出其纯度达到98.5%。采用的溶剂是由己烷、二氯甲烷、乙腈按10∶3.5∶6.5组成的非水混合物。
 
3 番茄红素检测技术的研究
3.1 分光光度法
分光光度法是目前番茄酱检验中的标准方法，被番茄酱生产企业和商品检验部门普遍采用。该方法以苏丹红代替番茄红素作为标准品，绘制标准曲线，不需要标准样品，但系统误差大，且耗时，样品不稳定，易见光分解或者被氧化，定量分析较差，不能排除β-胡萝卜素等类胡萝卜素的干扰。紫外-可见分光光度法也是一种比较简单，可直接在番茄红素的最强吸收峰处进行测定的方法，但也不能排除样品中β-胡萝卜素等类胡萝卜素的干扰。
张连富^[22]等人从番茄红素及β-胡萝卜素（影响番茄红素测定的含量最多的类胡萝卜素)的紫外吸收光谱的差异入手，确定了以含2％二氯甲烷为溶剂，以502 nm吸收峰为检测波长的番茄红素测定方法，避免了其它类胡萝卜素的干扰，并将其转化为用消光系数计算的形式。同样，侯纯明等^[23]采用紫外分光光度法从番茄红素及β-胡萝卜素的紫外图谱差异入手，确定了以氯仿为溶剂，以518.8nm吸收峰为测定波长的番茄红素测定方法，提高了用分光光度法测定的准确。李毅林，胡敏予^[24]等运用分光光度法，比较了四种不同的预处理条件对番茄含量的影响，并对番茄红素标准溶液的稳定性进行了探讨。结果表明：该方法的标准曲线线性范围为0.180-5.796μg/ml，检出限L_D=0.0059μg/ml。应用甲醇处理样品，所测得番茄红素含量最高。在室温条件下，24h内番茄红素标准溶液稳定，抗氧化剂BHT对其影响较小。该方法适合于番茄红素含量在0.180-5.796μg/ml范围的样品检测。
3.2 色谱法
    番茄红素色谱检测法主要包括平床色谱法（纸色谱法、薄层色谱法）、高效液相色谱法。纸色谱法是以经处理的层析纸做固定相，用石油醚、乙醚、乙醇(1．5:6.5:2.5)或石油醚、苯、丙 酮(3:3:1)做展层剂进行分离检测。但受多种因素影响，番茄红素的比移值Rf定性较困难，需要待测组分的标准品与样品一同点样进行定性。若没有标准品，也可以将分离出的各组分洗脱，洗脱液在紫外分光光度计上进行扫描，根据最大吸收峰来确定样品组成。此法设备简单，操作易行，成本低廉，可用于番茄红素的定性分析。与纸色谱相比，薄层色谱分离迅速、效率高、灵敏度高，可以用于制备和定量分析。Hodisan等^[25]用硅胶板对番茄红素提取液进行分析，以15％丙酮-石油醚溶液和纯石油醚作为流动相两步展开分离，最后的分离结果经CS-900双波长薄层扫描仪分析，并与标准品对比，Rf(番茄红素)为0.90，Rf(β-胡萝卜素)为0.96。薄层色谱设备要求不高，但分析时间长、精密度差。
高效液相色谱法操作简单，灵敏度高，线性范围宽，样品用量少，是一种较好番茄红素测定方法，因此常用于番茄红素等天然色素的分析和半制备。目前，高效液相色谱法测定番茄红素含量的研究已有很多报道。张丽薇^[26]等采用高效液相色谱法测定了保健食品中番茄红素的含量（胶囊或片剂）。结果表明:本方法线性范围为0.0-10.0μg/ml，最低检出浓度为0.1μg/ml，加标回收率为98.36%-104.8%，相对标准偏差为2.3%-4.2%。蔡智鸣, 曾盈等^[27]采用高效液相色谱法测定了血清中番茄红素的含量，所用固定相为ShimpackVP-ODS色谱柱，用乙腈与四氢呋喃混合液（体积比55∶45）及单纯乙腈作流动相先后进行梯度淋洗，在471 nm波长处作吸光光度检测，方法的线性范围为0.01～5.00 mg/L番茄红素。并对该方法的回收率及精密度做了试验，测得回收率在94.4%-99.7%之间，相对标准偏差值（n=6）为7.6%。赵平娟等^[28]建立了番茄及其制品中番茄红素高效液相色谱法测定方法。样品经丙酮加石油醚（2∶1/ V∶V）（contain 0.1 %BHT）提取，色谱柱采用（4.6×250mm，i.d.5μm），流动相为甲醇-乙腈-二氯甲烷（体积比25∶70∶5），柱温为室温，检测波长为473nm，番茄红素的保留时间为6min。在3～24mg/ kg添加水平, 回收率为87. 8 %～99. 9%, 相对标准偏差为2.3 %～5.8 %。
3.3 差示扫描量热法
差示扫描量热法(differential scanning calorimetry，DSC)是法定的药物纯度测试手段之一，可以快速、方便、准确地测定高纯度化工、医药产品。李伟等^[29]以pyris I型差示量热扫描仪(美国PE公司)测定番茄红素结晶体的纯度，DSC操作条件为：升温速率：每分钟5℃，起始平衡温度：105℃，终止温度：200℃；样品量：1.6mg。与Laliartce TM Waters 2690高效液相色谱、755B紫外可见分光光度计测定结果比较，该法操作简单、测定时间短，而且不需要番茄红素的标准样品，与其他的测定方法相比较测定结果准确可信。但是由于本法对试验样品的纯度具有较高的要求，规定试验样品的纯度必须高于98％，而大大限制了它的使用。
此外，国外的许多实验室采用CR400型色差计来测定番茄果实和番茄酱中的番茄红素含量。CR400型色差计是根据各类胡萝卜素的光吸收特性而设计的。色差计测得的L，a，b值及其转换值与番茄红素含量都呈显著的线性相关，因此，色差计的读数经转换后，能够和番茄红素含量建立起比较理想的线性回归关系，通过色差计测量数据可估测出番茄红素的含量。CR400型色差计携带方便，操作简便，具有数据贮存和保持样品原有特性的功能，可用于番茄红素的快速检测^[30]。
 
4 结束语
随着人们对饮食保健研究的深入，番茄红素作为一种天然色素，是一种非常有前途的食品添加剂，其防病治病的功能将会越来越受到广泛的关注。我国作为仅次于美国和意大利的世界第三大番茄生产国，番茄产量约占全球20%，具有很大的发展优势。但我国番茄红素的研究与生产还处于初级阶段，传统生产技术的不足，在一定程度上制约了我国番茄红素的发展，因此加强番茄红素的提取和检测技术的研究显得尤为重要，如果将传统工艺与超临界等先进技术相结合，相信番茄红素在国内将会很快商品化、规模化，开发番茄红素的前景将十分看好。同时国内番茄红素制品非常少，应选择优质的番茄，进行综合利用，开发系列产品，对增强国民健康水平和发展我国的食品工业具有十分现实的意义。
 
 
 
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