你所不了解的番茄紅素

1第1頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三前言番茄紅素（lycopene）是膳食中的一種天然類胡蘿卜素，廣泛存在于自然界的植物中，人體內(nèi)各組織器官也有較多分布。由于番茄紅素沒有維生素A的生物活性，所以其作用在相當(dāng)長的時期內(nèi)并未引起人們足夠的重視。但近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，番茄紅素有比其他類胡蘿卜素更好的生物活性，并且是防病治病的重要功能因子，已成為目前國際上功能食品成分研究的一個熱點(diǎn)。2第2頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三番茄紅素的國內(nèi)外研究歷史1873年，Hartsen最早從TamuscommunisL.中分離得到深紅色的番茄紅素結(jié)晶。1875年，Millardat從番茄中獲得一種含有番茄紅素的粗提物，當(dāng)時命名為Solanorubin。1913年，Dugger根據(jù)它對生長條件的影響，又把它命名為lycoperison。而Schunck（1930年）的“l(fā)ycopene”名稱（中文即番茄紅素）一直沿用至今3第3頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三國外對番茄紅素的研究現(xiàn)狀1989年，Masic發(fā)現(xiàn)番茄紅素在所有類胡蘿卜素中對單線態(tài)氧的猝滅速度最高；1991年，Campbell發(fā)現(xiàn)肝癌患者的肝臟中番茄紅素含量較低；1994年，F(xiàn)ranceschi發(fā)現(xiàn)消化道癌的發(fā)生與番茄紅素的攝入有關(guān)。隨后，對番茄紅素的功能的研究成為一大熱點(diǎn)。1995年～2003年，與番茄紅素有關(guān)的報道達(dá)800多篇，內(nèi)容涉及番茄紅素的吸收、運(yùn)輸及新陳代謝的動力學(xué)；番茄紅素與癌癥、心臟病及其他多種疾病的關(guān)系；番茄紅素的提取、測定及番茄產(chǎn)品的開發(fā)研究等。4第4頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三國內(nèi)對番茄紅素的研究現(xiàn)狀對番茄紅素的研究在2000年以前鮮有報道，近三年驟然升溫，出現(xiàn)了大量綜述類文章，內(nèi)容包括：番茄紅素的性質(zhì)和提取方法；番茄紅素及其研究進(jìn)展；番茄紅素的保健功能的研究現(xiàn)狀；番茄紅素生理活性的研究進(jìn)展；番茄紅素及其生產(chǎn)應(yīng)用研究；番茄紅素的生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展；番茄紅素分離與分析的研究進(jìn)展等。5第5頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三番茄紅素的分布番茄紅素在自然界中分布很窄，主要存在于番茄、西瓜、紅色葡萄柚、木瓜及苦瓜籽、番石榴等食物。如表：

表1：果蔬制品中番茄紅素的含量

食品名稱含量食品名稱含量食品名稱含量番茄（鮮）0.88~4.20番茄（汁）

5.00~11.60

紅色葡萄柚3.36番茄（煮制后）3.70調(diào)味番茄醬9.90~13.44番石榴（鮮）5.40番茄（沙司）6.20李子（鮮）

≤0.01番石榴汁3.34番茄（濃湯）5.40~150.0李子（罐頭）

0.06西瓜（鮮）2.30~7.20番茄（粉轉(zhuǎn)鼓風(fēng)干燥）7.99李子（干制品）

0.86木瓜（鮮）2.00~5.306第6頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三由上表可以看出，番茄紅素含量最高的是番茄的果實(shí)，可達(dá)3～14mg/100g,且成熟度越好，番茄紅素的含量越高。在番茄果實(shí)中，番茄紅素主要分布在番茄果實(shí)的外表層中。番茄成熟過程中，其顏色會發(fā)生顯著變化，在番茄成熟初期，外觀顏色逐漸由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)槌燃t色至紅色，果實(shí)內(nèi)α—胡蘿卜素及β—胡蘿卜素的含量達(dá)到最大值；在完全成熟后，番茄紅素含量達(dá)到最高值，一般為類胡蘿卜素總量的64～76%。7第7頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三番茄紅素在人體中的分布其實(shí)，番茄紅素不僅在植物中存在，而且在還存在于人體內(nèi)。番茄紅素主要分布在人體的血液、腎上腺、肝臟、睪丸、前列腺、乳腺、卵巢、子宮、消化道器官中，其中腎上腺、睪丸、肝臟等含有較高的番茄紅素，人的晶狀體中不含番茄紅素和β—胡蘿卜素，人體部分器官和組織中番茄紅素的含量見下表8第8頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三表2：人體部分器官和組織中番茄紅素的含量

組織名稱含量組織名稱含量腎上腺21.60脂肪1.30乳房0.78結(jié)腸0.31腎0.62肝臟5.72肺0.57卵巢0.28皮膚0.42睪丸21.369第9頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三

番茄紅素的性質(zhì)目錄

番茄紅素的生理功能

番茄紅素的提取分離

番茄紅素的分析方法

番茄紅素的前景展望1234510第10頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三一番茄紅素的性質(zhì)1.番茄紅素的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)

番茄紅素的化學(xué)結(jié)構(gòu)已完全明確，至于它的研究歷史可追溯到20世紀(jì)初。1910年Willstaller和Escher在番茄紅素的研究中指出，番茄紅素是胡蘿卜素的化學(xué)結(jié)構(gòu)的異構(gòu)體，分子式為C40H56，相對分子質(zhì)量為536.85。1930年Karrer等提出，番茄紅素的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為含有11個碳碳雙鍵的非環(huán)狀平面共軛多不飽和脂肪烴。1941年Zechmeister等提出，作為主鏈含11個碳碳雙鍵的多不飽和脂肪烴，理論上應(yīng)有211或2048種立體（順—反）異構(gòu)體，但由于空間障礙，番茄紅素分子中只有少數(shù)基因能參與異構(gòu)，存在可能性較大的番茄紅素異構(gòu)體約有72種。11第11頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三

研究發(fā)現(xiàn)，天然植物中的番茄紅素絕大部分為全反結(jié)構(gòu)（71%—79%），而人體中順式結(jié)構(gòu)的番茄紅素比例卻高得多。在人的血液中全反式結(jié)構(gòu)僅占27%～42%，而順式結(jié)構(gòu)占到58%～73%；在人的前列腺組織中，全反式僅占12%～21%，而順式結(jié)構(gòu)占到79%～88%。從人體血清中檢出的順式異構(gòu)體，有：9—順式—番茄紅素、13—順式—番茄紅素、15—順式—番茄紅素三種。12第12頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三

番茄紅素是一種天然類胡蘿卜素，因?yàn)樽钤鐝姆阎械玫?，所以命名為番茄紅素，它是一種非環(huán)狀平面共軛多不飽和脂肪烴，含有n個碳碳雙鍵，分子式為C40H56，由于具有非環(huán)式結(jié)構(gòu)，因此不表現(xiàn)維生素A的生理活性。番茄紅素在番茄中的含量最高，但普通品種含量僅33～37mg／kg，但在一些特殊品種中的含量可達(dá)400mg／kg。13第13頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三一種天然產(chǎn)物，600種類胡蘿卜素之一。習(xí)慣命名：番茄紅素（Lycopene）系統(tǒng)命名：y,y-胡蘿卜素（y,y-Carotene）分子式：C40H56分子量：536.8514第14頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三結(jié)構(gòu)特征：只由碳?xì)浣M成具共軛多聚烯結(jié)構(gòu)，高度不飽和。末端無芳香環(huán)，為開環(huán)結(jié)構(gòu)。普遍存在幾何異構(gòu)體：15第15頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三番茄紅素的幾種主要的結(jié)構(gòu)式。所有—反式—番茄紅素15—順式—番茄紅素13—順式—番茄紅素11—順式—番茄紅素9—順式—番茄紅素16第16頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三物理性質(zhì)番茄紅素色澤為紅色，熔點(diǎn)174℃，在472nm處有一強(qiáng)吸收峰，當(dāng)分子從反構(gòu)變?yōu)轫槝?gòu)時，顏色變淺，熔點(diǎn)降低，消光系數(shù)減小，吸收峰發(fā)生偏移。作為脂肪烴，番茄紅素不溶于水，難溶于甲醇、乙醇，易溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，氯仿、等極性較低的有機(jī)溶劑，因此番茄紅素產(chǎn)品通常用極性較小的有機(jī)溶劑從天然番茄中提取得到。番茄紅素在各種溶劑中的溶解度隨著溫度的上升而增大。番茄紅素的樣品越純，溶解越困難。17第17頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三2.番茄紅素的穩(wěn)定性作為平面共扼多不飽和烯烴，番茄紅素的穩(wěn)定性較差，很容易被降解或從反構(gòu)向順構(gòu)轉(zhuǎn)變，在提取分離、加工處理和貯藏過程中，光、熱、酸、堿及表面活性劑等可促進(jìn)這些變化的發(fā)生，導(dǎo)致番茄紅素的損失。氧、熱、光會促使番茄紅素的順反異構(gòu)化和氧化降解，因此番茄紅素的穩(wěn)定性研究是番茄紅素研究領(lǐng)域的一個重要內(nèi)容，這對于確定番茄紅素的提取、儲存、加工及分析的環(huán)境條件具有重大的實(shí)際意義。18第18頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三3.番茄紅素的分布番茄紅素在自然界分布十分廣泛，但在番茄中含量最高。番茄和番茄制品中的番茄紅素，是西方膳食中類胡蘿卜素最主要的來源，其他的水果、蔬菜只提供了很少量的來源。人們從番茄中獲得的番茄紅素約占其總攝入量的80%以上。19第19頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三番茄紅素的前體物是植物組織中的有色體，隨著成熟度的增加，葉綠體向有色體轉(zhuǎn)化，番茄紅素的生物合成也隨之加快。番茄果實(shí)中的番茄紅素有兩種存在狀態(tài)：其中大部分是以細(xì)長的、針狀的結(jié)晶形式存在于有色體中，呈現(xiàn)明亮的紅色；另外有一小部分(10%左右)則以蛋白復(fù)合體的形式存在于細(xì)胞內(nèi)。20第20頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三化學(xué)性質(zhì)作為平面共軛多不飽和烯烴，番茄紅素的性質(zhì)十分活潑，易受氧化、紫外線及溫度的影響而迅速氧化分解，并能從反式結(jié)構(gòu)向順式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。當(dāng)番茄紅素分子從反式結(jié)構(gòu)變?yōu)轫樖浇Y(jié)構(gòu)時，其顏色變淺，熔點(diǎn)降低。在酸性環(huán)境和有CO2存在的條件下以及溫度低于50℃的酸性條件下，番茄紅素穩(wěn)定性好；在堿性條件下不穩(wěn)定，其吸收度值顯著下降。K+、Na+、Mg2+和Zn2+對番茄紅素影響不大，F(xiàn)e2+、Cu2+引起番茄紅素的損失較大，F(xiàn)e2+、Al3+引起的損失較少。一般說來，番茄紅素在植物體中較穩(wěn)定，脫水和粉末化后的番茄紅素穩(wěn)定性差，除非仔細(xì)加工且立刻密封或充入惰性氣體儲存。在番茄紅素—β環(huán)化酶（beta—LCY）作用下，番茄紅素可轉(zhuǎn)變?yōu)棣隆}卜素。21第21頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三二番茄紅素的生理功能1.輔助抑制腫瘤：通過抗氧化作用，抑制氧化游離基，降低發(fā)生腫瘤的危險性，已證實(shí)對預(yù)防前列腺癌、肺癌、胃癌最有效，對胰腺癌、大腸癌、食道癌、口腔癌、乳腺癌、子宮頸癌也有較好的預(yù)防作用。對已形成的腫瘤，能使之縮小，延緩擴(kuò)散。美國哈佛醫(yī)學(xué)院1998年的臨床研究，發(fā)現(xiàn)番茄紅素能防癌，能縮小腫瘤，減慢腫瘤的擴(kuò)散速度，特別是對前列腺癌、肺癌和胃癌。22第22頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三目前對番茄紅素作用機(jī)理的研究還沒有一致的結(jié)論，目前普遍認(rèn)為，番茄紅素的作用機(jī)理主要有以下幾方面:(1)作為強(qiáng)抗氧化劑，碎滅單線態(tài)氧和清除自由基，防止脂蛋白和DNA受到氧化破壞從而預(yù)防癌癥的發(fā)生。23第23頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三(2)促進(jìn)細(xì)胞間的正常結(jié)合，當(dāng)細(xì)胞發(fā)生癌變時，細(xì)胞間的結(jié)合會變?nèi)酰鸭t素能促進(jìn)細(xì)胞間正常結(jié)合的蛋白質(zhì)的合成。(3)抑制癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移增殖因子Q一TCF的遺傳表達(dá)。(4)抑制癌細(xì)胞增殖因子的作用。如抑制胰島素生長因子引起的癌細(xì)胞的增殖。(5)活化免疫細(xì)胞的作用等。24第24頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三最新研究成果表明，每天攝取30毫克番茄紅素，可以達(dá)到預(yù)防前列腺癌、消化道癌以及膀胱癌等多種癌癥的效果。人體無法合成番茄紅素，必須從膳食中攝取，吃一個生番茄只能吸收0.05毫克的番茄紅素。因此，在前列腺疾病的治療中，補(bǔ)充番茄紅素是必不可少的。25第25頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三2.抗輻射：防止皮膚受紫外線傷害。當(dāng)紫外線照射皮膚時，皮膚中的番茄紅素首先被破壞，照射紫外線的皮膚中的番茄紅素比未照射皮膚減少31%～46%，而且β-胡蘿卜素含量幾乎不變。這表明番茄紅素具有較強(qiáng)的減輕組織氧化損傷的作用。26第26頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三番茄紅素能對抗紫外線損傷。研究人員給10名健康人各補(bǔ)充28毫克β-胡蘿卜素和2毫克番茄紅素1-2個月，結(jié)果服用番茄紅素人群紫外線引發(fā)紅斑的面積減少，程度減輕。27第27頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三3.保護(hù)心血管1997年，Kohlnuier等在一項(xiàng)同時在10個歐洲國家開展的多中心案例控制研究當(dāng)中，結(jié)果表明番茄紅素而不是β—胡蘿卜素對攝食蔬菜的保護(hù)效果起主要作用；2000年，Rotterdam研究顯示，血清番茄紅素水平與動脈硬化呈負(fù)相關(guān)，而其他類胡蘿卜素則無此相關(guān)性，可見，番茄紅素在動脈硬化的發(fā)展過程中可起到一定的保護(hù)作用。在動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展過程中，血管內(nèi)膜中的脂蛋白氧化是一個關(guān)鍵因素。番茄紅素在降低脂蛋白氧化方面發(fā)揮著重要作用。據(jù)報道，口服天然番茄紅素，能使血清膽固醇降至5.20毫摩爾/升以下，番茄紅素用于防治高膽固醇和高血脂癥，可以減緩心血管疾病的發(fā)展。28第28頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三4.抑制誘變作用腫瘤生成的重要機(jī)制之一是組織細(xì)胞在外界誘變劑的作用下發(fā)生基因突變，而番茄紅素能阻斷這個過程，發(fā)揮抗癌作用。如地中海地區(qū)居民在煎烤魚和肉的同時使用番茄醬，減少了烹調(diào)過程中雜胺等誘變劑的形成。所以雖然當(dāng)?shù)鼐用裣彩骋字掳┑募蹇臼澄?，但是宮頸癌、前列腺癌以及肝癌的發(fā)病率卻很低。29第29頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三5.延緩衰老、增強(qiáng)免疫力番茄紅素可以最有效地清除人體內(nèi)的自由基，保持細(xì)胞正常代謝，預(yù)防衰老。番茄紅素在體內(nèi)通過消化道粘膜吸收進(jìn)入血液和淋巴，分布到睪丸、腎上腺、前列腺、胰腺、乳房、卵巢、肝、肺、結(jié)腸、皮膚以及各種粘膜組織，促進(jìn)腺體分泌激素，從而使人體保持旺盛的精力；清除這些器官和組織中的自由基，保護(hù)它們免受傷害，增強(qiáng)機(jī)體免疫力。印度學(xué)者指出，番茄紅素可令不育男子精子數(shù)量增加、活力增強(qiáng)，從而醫(yī)治不育問題。30第30頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三類胡蘿卜素的抗氧化作用包括猝滅單線態(tài)氧、消除自由基以及與其它氧化劑協(xié)同抗氧化作用等。番茄紅素也具有此生理功能，并且其猝滅單線態(tài)氧的能力最強(qiáng)，是目前抗氧化劑β—胡蘿卜素的2～3倍，維生素E的100倍，番茄紅素可以通過猝滅單線態(tài)氧預(yù)防脂類過氧化反應(yīng)，保護(hù)細(xì)胞免受自由基的損傷。清除單線態(tài)氧的能力主要與類胡蘿卜素分子中共軛雙鍵的數(shù)量有關(guān)，番茄紅素與其它類胡蘿卜素相比，它的共軛雙鍵數(shù)是最多的，因而它的抗氧化功能最強(qiáng)。31第31頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三最新研究表明，番茄紅素也具有抗衰老作用。Brady等對400例受試者進(jìn)行調(diào)查指出，盡管人體血液中番茄紅素的含量與性別、體質(zhì)、是否吸煙、飲酒等生理因素和生活方式?jīng)]有必然聯(lián)系，但血漿中番茄紅素的減少與衰老有關(guān)。Snowden等也發(fā)現(xiàn)血液中番茄紅素含量可以預(yù)防老年功能性障礙疾病的發(fā)生，提高老年人生活自理能力。32第32頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三6.調(diào)節(jié)免疫功能

疾病的發(fā)生與一個人自身的免疫力下降有關(guān)。1999年，Watzl等研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)常攝食番茄汁可以促進(jìn)白介素—2（IL—2）、白介素—4（IL—4）的分泌能力，而胡蘿卜和菠菜無此作用。Porrini等也在研究發(fā)現(xiàn)，每日攝入25g番茄汁的人與不攝入番茄汁的人相比，使得淋巴細(xì)胞DNA損傷降低約50%[10]。因?yàn)榉鸭t素能保護(hù)吞噬細(xì)胞免受自身的氧化損傷，促進(jìn)T、B淋巴細(xì)胞增殖，刺激效應(yīng)T細(xì)胞的功能，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞、細(xì)胞毒性T細(xì)胞和天然殺傷腫瘤細(xì)胞的能力，減少淋巴細(xì)胞DNA的氧化損傷以及促進(jìn)某些白介素的產(chǎn)生，因而番茄紅素具有調(diào)節(jié)免疫功能。33第33頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三7.其它作用番茄紅素可大大改善皮膚過敏癥，消除因皮膚過敏而引起的皮膚干燥和瘙癢感，令人感覺輕松愉快。番茄紅素大量存在于體內(nèi)各種黏膜組織，長期服用可以改善各種因體內(nèi)黏膜組織破壞而引發(fā)的各種不適。如干咳、眼睛干澀，口腔潰瘍，保護(hù)胃腸道黏膜組織等。34第34頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三番茄紅素還具有極強(qiáng)的解酒作用。酒精在人體內(nèi)的代謝過程主要是氧化還原反應(yīng)，會產(chǎn)生大量的自由基。平時服用番茄紅素，可以增加酒量；喝酒前服用，解酒效果顯著，可以減輕酒精對肝臟的損傷；而醉酒后服用，可以減輕頭痛、嘔吐等醉酒癥狀。35第35頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三番茄紅素還具有預(yù)防骨質(zhì)疏松、降血壓、減輕運(yùn)動引起的哮喘等多種生理功能。番茄紅素沒有任何副作用，非常適合長期保健服用。36第36頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三三番茄紅素的提取分離1.從天然植物中提取番茄紅素目前，世界上番茄紅素的開發(fā)生產(chǎn)主要是從植物番茄中提取，主要有直接粉碎法，萃取法，酶反應(yīng)法，超臨界萃取法，還有化學(xué)合成、生物工程等方法。37第37頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三1一1直接粉碎法是將番茄皮粉碎，作為著色粉直接添加于食品中。生產(chǎn)工藝如下:38第38頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三1一2萃取法番茄紅素可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，易溶于氯仿、二硫化碳、苯等有機(jī)溶劑。利用這一性質(zhì)，一般選用極性較小的有機(jī)溶劑提取番茄紅素。生產(chǎn)工藝如下:39第39頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三萃取法操作簡單，不需要復(fù)雜的設(shè)備，對于工業(yè)化生產(chǎn)番茄紅素粗產(chǎn)品如番茄紅素油樹脂可作為很好的參考。但由于番茄中還含有其它成分，而且有機(jī)溶劑會有痕量殘留，只單單采用溶劑萃取，得到的產(chǎn)品一般純度不高，番茄紅素含量約在5一15%左右，而且通常不會產(chǎn)生番茄紅素品體，而是一種呈油狀的物質(zhì)，即番茄紅素油樹脂。40第40頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三番茄中除番茄紅素外還含有其它的成分，如糖分、果膠、無機(jī)鹽、有機(jī)酸和醋類物等，為了得到純度更高的番茄紅素晶體，人們通常對番茄進(jìn)行預(yù)處理，水洗掉其中的水溶性物質(zhì)圈或把固液萃取后的番茄紅素油樹脂進(jìn)一步純化。41第41頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三1一3酶反應(yīng)法一專利介紹了利用番茄皮自身酶反應(yīng)來提取番茄紅素的方法。在微堿性條件下(PH=7.5一9)，使番茄皮中的果膠酶和纖維素酶反應(yīng)，分解果膠和纖維素，使得番茄紅素的蛋白質(zhì)復(fù)合物從細(xì)胞中溶出。所得色素為水分散性色素。工藝為:42第42頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三(1)番茄打漿粉碎或番茄加工副產(chǎn)物，加堿調(diào)整pH7.5一9.0;(2)45℃一60℃加熱攪拌5h左右;(3)過濾除去表皮、種子和纖維等殘渣，得提取液;(4)加酸調(diào)整提取液至弱酸性(pH4.O一4.5)，類胡蘿卜素凝聚沉淀。靜置，虹吸除去上部渾濁液，得含類胡蘿卜素的沉淀;(5)沉淀調(diào)整pH后真空濃縮，然后加酸或食鹽保存。43第43頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三國內(nèi)新疆生命紅科技公司的專利報道利用堿液來提取番茄紅素。工藝路程包括以下步驟:①用水提取番茄醬中的水溶性成份；②分離出番茄清汁得到番茄醬渣；③番茄經(jīng)堿洗、水洗、干燥粉碎；④以有機(jī)溶劑浸提番茄紅素；⑤溶出有番茄紅素的浸提液；⑥浸提液經(jīng)閃蒸濃縮，紅素結(jié)晶；⑦分離并干燥番茄紅素晶體，制成純度大于10%的番茄紅素結(jié)晶產(chǎn)品。44第44頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三Dubodel等通過外加果膠酶和纖維素酶的方法來提取番茄紅素。其生產(chǎn)工藝為:45第45頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三1一4超臨界流體萃取超臨界流體萃取是一種處于工業(yè)開發(fā)階段的新型食品、化工分離過程。其技術(shù)原理是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進(jìn)行的。在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地把極性大小、沸點(diǎn)高低和分子量大小的成分依次萃取出來。46第46頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三超臨界流體萃取從液體或固體物料中萃取、分離和純化物料，萃取劑便宜、無毒、易回收，具有低溫處理，適于提取番茄紅素等熱敏極性成分的優(yōu)點(diǎn)。47第47頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三目前超臨界萃取技術(shù)在我國尚處于起步階段，無錫輕工業(yè)大學(xué)的孫慶杰、丁霄霖做了超臨界CO2萃取番茄紅素的初步研究，并對萃取條件如壓力、溫度、CO2流量、時間做了一定研究，超臨界萃取設(shè)備流程圖如圖:48第48頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三49第49頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三實(shí)驗(yàn)室用超臨界流體萃取儀生產(chǎn)用超臨界流體萃取設(shè)備50第50頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三工藝流程51第51頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三1—5微波輻射萃取法微波是一種頻率在300MHz至30OGHz之間的電磁波，它具有波動性、高頻性、熱特性和非熱特性四大基本特征。微波的熱效應(yīng)是基于物質(zhì)的介電性質(zhì)和物質(zhì)的內(nèi)部同電荷極化不具備跟上交變電場的能力來實(shí)現(xiàn)的。與傳統(tǒng)的索氏提取相比，微波法取的最大優(yōu)點(diǎn)是提取時間大大縮短，且提取率較高;而與超臨界CO:萃取相比，成本投資少，提取效率高。張衛(wèi)強(qiáng)等得到微波輻射萃取番茄中番茄紅素的最佳工藝條件提取溶劑為6#溶劑油，功率200硯萃取時間80s，液固比（ml/g)2:1，二級提取，番茄素的提取率為97.56%。52第52頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三1—6超聲波提取法超聲波是頻率高于2OkHz，并且不引起聽覺的彈性波?，F(xiàn)普遍認(rèn)為其空化效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械作用是超聲技術(shù)在中藥提取中的三大理論依據(jù)。空化作用:液體中往往存在一些真空的或含有少量氣體或蒸汽的小氣泡，這些小氣泡尺寸不一。當(dāng)一定頻率的超聲波作用于液體時，只有尺寸適宜的小泡能發(fā)生共振現(xiàn)象，大于共振尺寸的小泡被驅(qū)出液體外，小于共振尺寸的小泡在超聲作用下逐漸變大。接近共振尺寸時，聲波的稀疏階段使小泡迅速脹大;在聲波的壓縮階段，小泡又突然被絕熱壓縮，直至湮滅。53第53頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三湮滅過程中，小泡內(nèi)部可達(dá)幾千度的高溫和幾千個大氣壓的高壓。上述現(xiàn)象稱為空化現(xiàn)象。熱效應(yīng)：由于介質(zhì)吸收超聲波以及內(nèi)摩擦消耗，分子產(chǎn)生劇烈振動，超聲波的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)的內(nèi)能，引起介質(zhì)溫度升高。超聲波的強(qiáng)度愈大，產(chǎn)生的熱作用愈強(qiáng)?？刂瞥晱?qiáng)度，可組溫，速成分出，且不改成的。54第54頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三機(jī)械作用：超聲波是機(jī)械振動能量的傳播，可在液體中形成有效的攪動與流動，破壞介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，粉碎液體中的顆粒，能達(dá)到普通低頻機(jī)械攪動達(dá)不到的效果。機(jī)械作用常用于擊碎、切割、凝集等方面。與常規(guī)的提取法相比，超聲波提取法具有實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單，操作方便，產(chǎn)率高，無須加熱等特點(diǎn)。影響超聲提取效果的主要因素是：超聲波頻率、超55第55頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三影響超聲提取效果的主要因素是:超聲波頻率、超聲波功率、超聲時間和超聲溶劑。目前超聲波輔助提取和超聲波提取技術(shù)，主要應(yīng)用于人參皂貳、傳統(tǒng)中藥、花青素等高附加值天然產(chǎn)物的提取過程中，在歐洲大型的超聲設(shè)備己有應(yīng)用。56第56頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三1--7HSCCC法(HSCCC)HSCCC法是一種無支持物的液液分離層析技術(shù)，可消除支持物對樣品的不可逆吸收。HSCCC法相比其他柱層析有兩個優(yōu)點(diǎn):一是在樣品高效回收前提下，可分析的樣品量比HPLC要大的多;二是HSCCC法允許粗制品直接進(jìn)柱分離。57第57頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三2.微生物發(fā)酵法除了從番茄中提取番茄紅素之外，還可以采用藻類和真菌及酵母發(fā)酵制備番茄紅素。目前含番茄紅素較高的有紅色細(xì)菌，但還未能工業(yè)化生產(chǎn)；利用霉菌Blakesleatrispora的發(fā)酵可生產(chǎn)番茄紅素，但需避免環(huán)化反應(yīng)。加入一些雜氮化合物如啥陡、咪哇或煙堿可抑制番茄紅素的環(huán)化。58第58頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三3,5-二羥基-3-甲基戊酸(MVA,C6)攏牛兒攏牛兒焦磷酸(GGDP,C20)八氫番茄紅素(Phytoene,C40)番茄紅素(Lycopene,C40)b-胡蘿卜素(b-Carotene,C40)葉黃素(Xanthophylls,C40)其它類異戊二烯化合物初始階段八氫番茄紅素的形成去飽和環(huán)化氧化(羥基化或酮基化)其它類異戊二烯化合物生物合成概況示意圖3.合成法59第59頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三4.生物育種

天然番茄中番茄紅素的含量很低，而且受品種、氣候、產(chǎn)區(qū)等多方面因素控制。為了有效提高番茄中番茄紅素的含量，人們采用育種途徑，提高番茄紅素的積累，使其它類胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為番茄紅素。60第60頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三四番茄紅素的分析方法番茄紅素通常情況下與其它類胡蘿卜素同時存在于生物體中，而且它的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和α一胡蘿卜素、β一胡蘿卜素很相似。在番茄紅素的分離過程中如何測定其準(zhǔn)確含量是研究者普遍面臨的難題，目前測定番茄紅素的方法主要有以下幾種:61第61頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三1.分光光度法番茄紅素在不同的有機(jī)溶劑里均有類似的吸收峰，紫外吸收光譜如表：62第62頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三番茄紅素最大吸收峰的波長約為472一484nm雖然在較短波區(qū)和較長波區(qū)的吸收也很強(qiáng)，但比最高峰弱，所以人們經(jīng)常將樣品溶解在石油醚或正己烷中，在最大吸收波長下，用分光光度計測定溶液的吸光度，以此來表征番茄紅素的濃度，用摩爾消光系數(shù)計算番茄紅素的含量。63第63頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三此法不需要昂貴的番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)品，而且操作簡便，適宜番茄紅素粗提階段的濃度測定。由于與番茄紅素共存的其它類胡蘿卜素如β一胡蘿卜素在472nm處也有一較強(qiáng)的吸收峰，這會對測定產(chǎn)生干擾，引起較大的系統(tǒng)誤差。64第64頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三2.色譜法色譜法是分離分析天然色素的常用方法，是由俄國植物學(xué)家茨維特在分離植物色素的過程中發(fā)現(xiàn)的，它利用混合物中各組分物理化學(xué)性質(zhì)的差別，如吸附力、分子親和力、分配系數(shù)等，使各組分以不同的速度移動而達(dá)到分離目的，色譜法不僅能對番茄紅素進(jìn)行定性的分析，還可以對番茄紅素進(jìn)行定量的分析。65第65頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三2—l平床色譜(1)紙色譜:此法設(shè)備簡單，操作易行，成本低廉，分析完后可作為永久性證據(jù)，所以可用于番茄紅素的定性分析。選擇合適的展開劑是分離的關(guān)鍵，果秀敏等人通過色素分離的研究，認(rèn)為用以下展開劑效果較好:石油醚:乙醚:乙醇1.5:6.5:2.5石油醚:苯:丙酮3:3:166第66頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三由于受多種因素如固定相和流動相組成、操作溫度等影響，番茄紅素的比移值Rf定性比較困難，往往需要以待測組分的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與樣品液一同點(diǎn)樣進(jìn)行定性，如果沒有標(biāo)準(zhǔn)品，可將分離出的各個組分洗脫，洗脫液在紫外分光光度計上進(jìn)行掃描，根據(jù)最大吸收峰的位置確定樣品組成。67第67頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三(2)薄層色譜:與紙色譜相比，薄層色譜分離迅速，效率高，靈敏度高，而且可用于制備和定量分析，許多天然色素如葉綠素、類胡蘿卜素及香豆素等都可用薄層色譜進(jìn)行分析。薄層色譜固定相常用氧化鋁、硅膠和聚酞胺等，流動相的選擇要根據(jù)固定相和被分離物質(zhì)的關(guān)系，番茄紅素屬于強(qiáng)親脂類物質(zhì)，若在硅膠、氧化鋁等極性溶劑上進(jìn)行分離展開，必須選用極性較低的展開劑，如石油醚、正己烷苯丙酮等由于番茄紅素見光容易分解所以展開過程中應(yīng)避光。68第68頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三薄層分離后，可用2.8%的硝酸銀一甲醇溶液進(jìn)行顯色，斑點(diǎn)顏色在甲醇揮發(fā)后會有變化，以此可以區(qū)別。α一胡蘿卜素、β一胡蘿卜素異構(gòu)體。Teodor等人用硅膠板對番茄紅素提取液進(jìn)行分析，以15%丙酮一石油醚溶液和純石油醚作為流動相兩步展開分離，最后的分離結(jié)果經(jīng)CS一900雙波長薄層掃描儀分析，并與標(biāo)準(zhǔn)品對比，Rf(番茄紅素)為0.90，Rf(β一胡蘿卜素)為0.96。69第69頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三有時番茄紅素的Rf值過大，不能用正相色譜分離時，可采用反相系統(tǒng)，即用親脂溶劑(石蠟油、煤油、硅酮油、橡膠等)浸泡層析板，用含水的醇域與此極性相近的溶劑作為展開劑。70第70頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三2—2柱色譜

柱色譜包括氣相色譜和液相色譜，目前應(yīng)用最廣也最適用于天然色素分離的是高效液相色譜(HPLC)，它具有分離效能高，分析速度快，樣品用量少等優(yōu)點(diǎn)，同時又不像氣相色譜受樣品的沸點(diǎn)、揮發(fā)度和熱不穩(wěn)定性的限制，所以常用于番茄紅素的分析和半制備。由于番茄紅素是一種親脂性很強(qiáng)的烴類，研究人員常用反相液相色譜進(jìn)行分離測定。71第71頁，共77