赵二劳，闫唯，郝丽琴，薛雅荣

（忻州师范学院化学系，山西忻州034000）

番茄红素提取技术及其功能活性研究进展

赵二劳，闫唯，郝丽琴，薛雅荣

（忻州师范学院化学系，山西忻州034000）

番茄红素为一种天然类胡萝卜素，具有抗氧化、延缓衰老、防癌抗癌、预防心脑血管疾病、增强免疫力、保护皮肤等多种功能活性，在食品、医药和饲料行业得到广泛应用。综述近年来番茄红素提取技术及其功能活性在我国的研究进展，为番茄红素的进一步研究开发提供参考。

番茄红素；提取技术；功能活性；进展

番茄红素（Lycopene）分子式为C40H56，相对分子质量536.88，是由11个共轭的和2个非共轭的碳-碳双键构成的直链型烃类化合物，为一种类胡萝卜素[1]。自然界中，番茄红素主要存在于番茄、西瓜、李子、桃和木瓜等水果中，人和动物体内不能合成番茄红素，只能通过膳食摄取[2]。番茄红素特殊的化学结构，决定了其具有猝灭单线态氧、清除自由基、抑制脂质过氧化等多种生理功能活性[3-4]，造就了其卓越的保健功能和应用价值，有“植物黄金”、“21世纪保健品新宠”之美誉，被世界卫生组织（WHO）和联合国粮农组织（FAO）认定为A类营养素，是世界公认的集营养与着色双重作用于一体的功能性食品添加剂[5]。近年来，番茄红素被广泛应用于保健食品、医药、化妆品和饲料等领域，成为研究的热点。本文综述番茄红素提取技术及其功能活性在我国的研究进展，为番茄红素的进一步研究开发提供参考。

1 番茄红素的提取技术

目前，番茄红素提取主要以番茄、圣女果、西瓜和南瓜等为原料，提取方法主要有：有机溶剂萃取法，酶解辅助萃取法，超声波辅助提取法，微波辅助提取法和超临界CO2萃取法。

1.1 有机溶剂萃取法

有机溶剂萃取法是提取番茄红素最基本和简便的方法，它是依据番茄红素不溶于水，难溶于甲醇、乙醇，可溶于脂类和非极性溶剂的性质，采用一些有机溶剂将番茄红素从原料中提取出来。常用的提取剂有丙酮、石油醚和乙酸乙酯等以及它们的混合溶液。刘雪凌等[6]以番茄粉为原料，对几种溶剂采用平行试验的方法，比较提取效果，得出番茄红素最适提取溶剂为乙酸乙酯，然后利用正交试验优化工艺条件，确定的最佳萃取条件为：料液比1∶5（g/mL），萃取温度45℃，萃取时间90 min。林德菊等[7]以番茄酱为原料，通过单因素分析结合正交试验的方法优化番茄红素提取工艺条件，结果为以浓度80%乙酸乙酯溶液为提取剂，提取温度50℃，固液比1∶2（g/mL），提取时间40 min。此工艺条件下，番茄红素提取率达15.564 mg/ 100 g。刘义庆[8]采用7∶1乙酸乙酯－丙酮混合溶剂，提取新鲜西瓜中的番茄红素，通过正交试验确定的优化工艺为：料液比1∶4（g/mL），温度45℃，浸提液pH=6，浸提时间50 min。吴发远等[9]以胡萝卜为原料，以乙酸乙酯为提取剂，得出提取温度35℃，提取时间100 min，料液比为1∶2（g/mL）时，浸提效果最好。认为该方法提取番茄红素成本低、易于自动化操作，具有工业化应用前景。

相对而言，有机溶剂萃取法具有操作简单、成本低、易于实现工业化等优点，但也存在产品提取率低、纯度差、溶剂易残留、有安全风险等问题。因此，尽管目前该方法研究较多，但有被淘汰的趋势。

1.2 酶解辅助萃取法

基于番茄红素大多以与脂蛋白结合形式存在于色素母细胞中[10]。酶解辅助萃取法就是利用特定酶来分解细胞壁或细胞膜中的糖蛋白、果胶、纤维素和半纤维素，使番茄红素从细胞中释放出来。常用的酶有：纤维素酶、果胶酶、半纤维素酶和胃蛋白酶等。王华等[11]以番茄浆为原料，选用复合酶（纤维素酶和果胶酶）辅助提取番茄红素，得到最佳工艺条件为：纤维素酶和果胶酶的质量比为3∶1，混合酶量0.12 g/20 g番茄浆，酶解时间6 h，酶解温度45℃，pH=6.0。此工艺条件下，番茄红素提取率可达23.03 μg/g。齐艳玲等[12]也使用纤维素酶和果胶酶1∶1（V/V）的复合酶提取番茄浆中番茄红素，通过响应面优化的最佳工艺条件为：番茄浆pH调为4.01，加酶量0.05 g，温度45.7℃，反应时间3 h。此工艺条件下，番茄红素提取得率为0.122 mg/g，比优化前提高了38.6%。郝丽琴等[13]以西瓜为原料，体积比7∶1的乙酸乙酯－丙酮混合溶液为提取剂，通过正交试验优化的最佳工艺条件为：加酶量为45 mg/g，料液比1∶6（g/mL），提取温度30℃，提取时间60 min，pH为6.0。该条件下，番茄红素最大提取得率为44.57 μg/g。此外，龙海涛等[14]采用固定化复合酶（纤维素酶与果胶酶）提取番茄酱中番茄红素，在单因素试验基础上，采用响应面优化的最佳工艺条件为：酶解时间2.8 h，pH为4.0，酶解温度50℃，酶用量为1.00 g/100 g。该提取条件下，番茄红素提取量达到3.68 μg/mL。

酶解辅助萃取法能提高提取率，提取条件温和，利于保持番茄红素活性，产品纯度较高，较适合番茄红素这类热敏性物质的提取，极具开发前景和应用潜力，但也存在成本高、代价较大的问题。

1.3 超声波辅助提取法

超声波辅助提取法是利用超声波产生的强烈空化、振动和热效应等，造成植物细胞壁破裂，促进溶剂和活性成分双向转移，提高提取效率[15－17]。朱俊向等[18]研究了以含2%二氯甲烷石油醚为提取剂，冻干番茄粉中番茄红素超声提取工艺条件，并与常规溶剂提取法进行了比较。确定的最优工艺条件为：料液比1∶41（g/ mL），提取温度55℃，超声波功率18 W/g，提取时间15 min。此工艺条件下，番茄红素提取率为1.82 mg/g，较常规溶剂提取法，番茄红素提取率增加了6.04%，提取时间节约了92.47%。蔡基智等[19]研究了超声辅助提取番茄渣中番茄红素的工艺，通过单因素分析结合正交试验法优化确定的最佳工艺条件为：乙酸乙酯与丙酮2∶1（V/V）的混合溶液为提取剂，料液比1∶5（g/ mL），提取温度40℃，超声功率80 W，pH值6.0，提取时间20 min，番茄红素提取率为62.52 μg/g。方瑞娜等[20]研究了南瓜中番茄红素的超声波提取工艺，并探讨了各因素对番茄红素提取率的影响。结果表明，影响提取率的大小顺序为：超声功率＞超声温度＞提取剂用量＞超声时间，最佳工艺条件是：以乙酸乙酯为提取剂，超声功率140 W，超声温度37℃，提取剂用量275 mL/g，超声时间9 min。该条件下，南瓜粉中番茄红素提取率可达0.489 2 mg/g。吴秋波[21]研究了超声辅助提取西瓜果肉中番茄红素的工艺，并探讨了最适提取剂。得出的最佳工艺条件为：乙酸乙酯为提取剂，固液比1∶7（g/mL），超声强度为3W/cm2，提取时间为15min。此条件下，番茄红素相对提取率达到98.23%。另外，刘义庆[22]也研究了西瓜中番茄红素的超声辅助提取工艺，认为最佳提取剂为7∶1（V/V）的乙酸乙酯－丙酮混合溶液，最佳提取工艺条件为：提取温度50℃，料液比1∶5（g/mL），超声功率225 W，提取时间20 min。

超声辅助提取法作为一种新兴的提取技术，具有节约能源、提取时间短、提取温度低、提取率高以及环保等优势[23]，较适合番茄红素等热敏性物质的提取，在番茄红素提取中得到研究较多，具有发展、应用前景。但因超声提取设备的研发相对滞后，番茄红素的超声辅助提取还基本停留在实验室研究水平。

1.4 微波辅助萃取法

微波辅助萃取法是将微波与传统溶剂提取法相结合的一种新型技术，它基于电磁波到达被提取物内部维管束和腺细胞内，使植物细胞极性物质吸收了微波能，产生大量热量，导致细胞内温度突然升高，细胞内压力超过细胞壁膨胀能力，导致细胞壁破裂，细胞内成分自由溶出进入提取介质中[24]。马倩雯等[25]研究了番茄中番茄红素的微波辅助提取工艺，通过正交试验确定的最佳工艺条件为：以乙酸乙酯为提取剂，微波功率400 W，料液比1∶2（g/mL），提取时间30 s，提取3次。此条件下，番茄中番茄红素提取率可达0.593 mg/g。陶婷婷等[26]研究了新鲜番茄中番茄红素的微波辅助提取工艺，认为乙酸乙酯为最适提取剂，得到的优化工艺条件为：微波功率500 W，料液比1∶8.2（g/mL），微波处理时间160 s，提取3次，番茄红素提取率为0.593 mg/g干物质。何春玫[27]以食用油为提取剂，研究了皂化番茄浆中番茄红素的微波辅助提取工艺。得出微波功率是影响提取率的最大因素，葵花油是较好的提取剂，最优工艺条件为：微波功率300 W，料液比1∶2（g/mL），微波处理时间20 s，番茄红素提取率为10.43%。

微波辅助萃取法仅数分钟就可达到其它提取方法的提取效果，具有提取时间短、效率高、能耗低、溶剂用量少、污染少等优点[28]。目前有关微波辅助萃取番茄红素的研究较少，但微波辅助萃取番茄红素已有向工业化方向发展的趋势。

1.5 超临界CO2萃取法

超临界CO2萃取法就是利用超过临界状态兼具气体扩散传质和液体溶解性能的CO2作为萃取剂，将一些特定的成分从液体或固体中萃取出来[29]，该技术实现了萃取和分离过程一体化，是一种新型的提取分离技术。涂宝军等[30]研究了成熟番茄中番茄红素的超临界CO2萃取工艺，并与传统溶剂法进行了比较。确定的最佳条件为：以15%的乙酸乙酯为夹带剂，萃取压力36 MPa，萃取温度40℃，萃取时间150 min。该条件下，番茄红素提取率为12.9 μg/g，比传统溶剂提取法提取率提高了33.4%。宋钰兴等[31]研究了秋橄榄果实中番茄红素的超临界CO2萃取，在单因素分析的基础上，采用响应面法优化萃取工艺条件。发现丙酮是最佳夹带剂，优化的工艺条件为：萃取压力37 MPa，萃取温度52℃，萃取时间3.8 h。陈德经等[32]则对西瓜中番茄红素的超临界CO2萃取进行了研究，结果表明，在萃取压力30 MPa，萃取温度55℃，CO2流量为25 L/h，萃取时间2 h的条件下，无夹带剂直接萃取，番茄红素的萃取率可达西瓜原料的3.69%。

超临界CO2萃取是一种环境友好的绿色提取分离技术，具有方法简单、使用溶剂少、提取效率高、节约能源等优点[33]。尽管目前关于超临界CO2萃取番茄红素的研究较少，但该方法在我国发展迅速，已应用于黄酮、油脂等多种活性成分的工业化生产中，市场上已有不少规格的工业生产设备。因此，采用超临界CO2萃取番茄红素的产业化，仅需着力研究设计生产工艺条件。

2 番茄红素的功能活性

2.1 防癌抗癌

癌症是威胁人类生命的重大疾病之一。有关研究表明，食用大量番茄红素的人患癌症的几率比其他人低50%左右。膳食番茄红素能有效猝灭自由基，激活免疫细胞，达到预防癌症的作用。对已形成的癌细胞，一方面番茄红素的脂溶性可以靶向包裹癌细胞，阻断营养源，从而饿死癌细胞并抑制其扩散；另一方面，番茄红素的抗突变性，可以刺激淋巴细胞大量释放癌细胞抑制因子，诱导细胞间隙调控生长信号，使癌变组织由于失去营养而逐渐萎缩直至消失[34]。

2.2 延缓衰老

衰老是由于机体在代谢过程中产生的过量自由基，氧化细胞膜、脂肪、DNA、蛋白质等造成的。自由基清除剂能有效清除自由基，延缓或阻止衰老。番茄红素有极强的抗氧化能力，一个番茄红素分子可猝灭上万个自由基，抗氧化能力是β-胡萝卜素的2倍多，维生素E的100倍，是自然界最强的延缓衰老的抗氧化剂[35]。许多相关研究均证明，番茄红素能通过清除自由基、降低血清中丙二醛含量，增强超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性，起到阻止或延缓机体衰老的作用。

2.3 保护心脑血管

心脑血管疾病泛指由血液粘稠、高血脂、高血压等所致的心脏、大脑及全身组织发生的疾病，是影响50岁以上中老年人健康的常见病。研究表明，番茄红素能够调节脂质代谢，降低血脂，对高血脂有一定的治疗作用。番茄红素可深入清除血管垃圾，调节血浆胆固醇浓度，保护低密度脂蛋白不受氧化，还可以修复完善被氧化的细胞，促进细胞间胶质形成，增强血管柔韧度[36]。多食用富含番茄红素的食物如番茄、西瓜等，可以保护心脑血管，防止心脑血管疾病的发生。

2.4 增强免疫力

人体的免疫功能主要靠免疫系统实现，而人体免疫系统中主要的免疫细胞是淋巴细胞。研究表明，番茄红素能促进T和B淋巴细胞增殖，提高其生理活性，并能保护人体内吞噬细胞不受自身的氧化所损伤，增加机体免疫力，减少疾病发生[37]。试验研究也证明，服用中等剂量的番茄红素，可减轻急性运动对机体免疫功能的损害。此外，番茄红素还可促进人体白介素2和白介素4分泌，提高老年人免疫力。

2.5 抑制骨质疏松

骨质疏松是一种以骨骼疼痛和易于骨折为特征的疾病。大多数的骨质疏松是由于骨质吸收增多所致，这种疾病给中老年人带来了极大的痛苦。研究表明，番茄红素可以通过产生一种抑制破骨细胞产生的物质来抑制骨质吸收，其对破骨细胞骨质吸收功能的抑制作用与浓度呈正相关，即番茄红素浓度越高，抑制作用越强。番茄红素还能促进成骨细胞的增殖和生长，增加成骨细胞的矿化能力[38]。可见膳食番茄红素可减缓或抑制骨质疏松的发生。

2.6 保护皮肤

众所周知，紫外线会催生皮肤中单线态氧和自由基，因此，紫外线过量照射会氧化损伤皮肤，导致红斑产生、皱纹、色斑形成加速，甚至引发皮肤癌。番茄红素能有效猝灭皮肤中单线态氧并与自由基结合，保护皮肤组织免受破坏，一项研究表明，若连续每天摄入16 mg番茄红素，几周后就可产生效应，显著降低或消除由紫外线照射诱导的皮肤红斑、线粒体DNA损伤[39]。番茄红素还可猝灭表皮细胞中的自由基，对老年色斑也有明显的褪色作用。

3 结论

在人们回归自然，崇尚绿色，对膳食养生日益关注，对自身保健日益重视的今天，番茄红素以其卓越的保健功能活性受到人们普遍欢迎。这既为番茄红素开发利用提供了广阔的市场，也为研究人员深入进行番茄红素提取工艺和活性研究提供了不竭动力。有理由相信随着研究开发力度的加大，番茄红素更多功能活性和作用机制将会被不断揭示，我国番茄红素产业化、规模化生产定会有较大突破，番茄红素必将会成为21世纪人们日常生活中广受欢迎的天然保健功能食品。

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Research Progress of Extraction Techniques and Functional Bioactivities of Lycopene

ZHAO Er-lao，YAN Wei，HAO Li-qin，XUE Ya-rong
（Department of Chemistry，Xinzhou Teachers University，Xinzhou 034000，Shanxi，China）

Lycopene as natural carotenoids has been reported for their biological activities，such as antioxidation，resist aging，anticancer，prevent cardiovascular disease，protect the skin and so on，and has been widely employed in food，medicine and feed fields.The research progress of extraction techniques and functional bioactivities of lycopene were reviewed，which had provided reference for the further research and development of lycopene.

lycopene；extraction techniques；functional bioactivities；progress

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.08.044

2016-08-01

国家级大学生创新创业训练计划项目（201610124001）；山西省高等学校大学生创新创业训练计划项目（2016381）；忻州师范学院化学化工创新基地项目（2016）

赵二劳（1952—），男（汉），教授，本科，研究方向：天然产物。