二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素的方法

2023-10-11 05:47:39 1

專利名稱：二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素的方法
技術領域：
本發明涉及一種西瓜番茄紅素的萃取，即使用二氧化碳作為超臨界流體，提取西 瓜中番茄紅素的方法。
背景技術：
紅瓤西瓜含有豐富的番茄紅素，是天然番茄紅素的主要來源。最新研究發現，優質 紅瓤西瓜果實中番茄紅素的平均含量為4. 87毫克/100克鮮重，而鮮食番茄果實中的番茄 紅素平均含量為3. 10毫克/100克鮮重，優質紅瓤西瓜中所含的番茄紅素，比等重番茄所含 的高40%以上。研究表明，番茄中的番茄紅素只有經過加熱或加工處理後才會更有效地被 人體吸收，而西瓜中的番茄紅素可以被人體直接吸收，無須加熱或加工。研究結果表明，番茄紅素分子結構為有11個共軛雙鍵的長鏈，是一種高效的生物 抗氧化劑，可以清除活性氧自由基，能抑制腫瘤細胞增殖，增強細胞間隙聯接通訊，防止細 胞惡性轉化，有「抗癌素」之稱，可以預防前列腺癌、胃癌、皮膚癌、乳腺癌等癌症，還可以延 緩衰老，預防心腦血管等疾病。天然番茄紅素基本上是從植物或微生物中提取獲得，主要製備方法有(1)有機溶劑提取法有機溶劑提取法是目前實驗室或工廠最常用的番茄紅素製備方法，該法簡單、易 行。它主要是基於物料中各種成分在有機溶劑中的溶解度不同，選用對番茄紅素溶解度大， 對不需要溶出成分溶解度小的溶劑，進行提取分離的方法。此法工藝簡單，但產品質量不太理想，存在色素溶解性差，色澤變化較大等缺點， 且提取過程要用大量的溶劑，易導致產品中溶劑殘留，生產成本高。(2)微波輔助提取法微波萃取是在密閉容器中用微波加熱樣品，通過有機溶劑將待製備物質組分從樣 品基體中提取出來的一種方法。該方法能在短時間內完成多種樣品組分的萃取，溶劑用量 少。對於番茄紅素等細胞內色素，有機溶劑不易滲透入細胞壁和細胞膜，不能有效地將提 取物從細胞器中溶出，使提取時間延長。在微波輻射作用下，溶劑分子產生瞬間極化，並以 一定的頻率做極性變換運動，這就對液膜和細胞壁產生一定的「擾動」效應，使細胞壁、膜破 裂，從而使色素較快的提取出來。但微波輔助萃取番茄紅素時，仍用有機溶劑，產品中還殘 存有溶劑。(3)超聲波輔助提取法超聲波輔助提取是一種新興的應用技術，近年來已在某些天然產物分離上獲得廣 泛應用。其基本原理是利用超聲波的空化作用加速植物有效成分的溶出，超聲波的粉碎、攪 拌等特殊作用，可打破植物細胞壁，使溶媒儘快滲透到植物細胞中，溶出其中有效成分。目 前，超聲波輔助提取技術已廣泛應用於中草藥化學成分的提取。與常規的提取法相比，超聲波提取法具有實驗設備簡單，操作方便，產率高，時間 短、無須加熱等優點。但對於番茄紅素萃取時，同樣存在使用有非極性有機溶劑的不足。
(4)超臨界流體萃取法超臨界流體萃取技術是20世紀70年代發展起來的一種新型分離技術，是使用高 於臨界溫度、臨界壓力的流體作為溶劑的萃取過程。它是一種快速、選擇性高且自動化操作 程度較高的樣品製備方法。處於臨界點附近的流體不僅對物質具有極高的溶解能力，而且 物質的溶解度隨體系的壓力或溫度的變化而變化，從而通過調節體系的壓力或溫度就可方 便地進行選擇性地萃取分離物質。超臨界二氧化碳流體具有氣體和液體的雙重性能，既有氣體的流動性能，又有液 體的溶解性能，因此能有效地將脂溶性物質從混合物中提取出來，具有溶解力強、傳質速率 快、清潔環保等優點，被廣泛用於天然產物的分離和純化，也是食品工業新興的浸提和分離 技術。二氧化碳超臨界萃取的番茄紅素無異味，無溶劑殘留，但提取番茄紅素的收率一直以 來較低。中國專利CN1493622A介紹了先使用酶解番茄預處理，除酶後進行溶劑萃取，溶劑 使用丙酮、乙酸乙酯等有機溶劑，製備成番茄紅素油樹脂，最後進行超臨界萃取。其不足為 工藝路線長、操作複雜。中國專利CN101455330A介紹了使用番茄，經番茄醬加工成番茄紅 素晶體的方法。由於西瓜含有大量的糖分，且與番茄中番茄紅素含量不同，此方法不適用於 西瓜番茄紅素的提取。中國專利CN1334328A介紹了使用超臨界萃取番茄紅素的方法，由於 沒有使用夾帶劑，而且番茄紅素的分子量大於500，番茄紅素在超臨界液態二氧化碳下的溶 解度不大，所以其萃取效果不好。中國專利CN1364832A介紹了使用二氧化碳超臨界萃取番 茄中番茄紅素的方法，使用的夾帶劑為乙醇和丙酮的混合物，丙酮的使用不符合綠色環保 的需求。中國專利CN1799674A介紹了從番茄廢料中使用超臨界二氧化碳萃取番茄紅素的 方法，但由於使用壓力較高，能耗高，且對設備要求高，實施困難。目前還未見超臨界流體萃 取西瓜番茄紅素專利公開。

發明內容
本發明目的在於提供一種效果更好的西瓜番茄紅素的萃取方法。本發明的目的可通過以下措施來實現本發明主要採用西瓜預處理、超臨界萃取、收料等三步驟完成對西瓜中番茄紅素 的提取。本發明中西瓜經預處理後，以一定顆粒度進行超臨界萃取萃取壓力100-300巴， 溫度50-90°C，時間60-150分鐘，夾帶劑選用乙醇，用量為萃取釜體積的5-50% ；西瓜固體 粉裝入量佔二氧化碳超臨界萃取釜體積的5-40% ；超臨界萃取過程中使用添加劑且重複三 次收料。本發明中對西瓜的預處理為取瓜瓤去籽後，使用高速離心機，高速離心分離瓜瓤 和上清液。轉速為3000-5000轉/分，時間為2-10分鐘，瓜汁上清液基本透明且無色。收 集紅色離心沉澱物。本明中將高速離心分離後的瓜瓤紅色沉澱物乾燥。乾燥過程，可以是熱風乾燥，溫 度小於50°C;或者使用真空冷凍乾燥。乾燥後的瓜瓤固體物含水量控制在小於10%。天然 番茄紅素存在於植物細胞中，如不破碎細胞，難以將番茄紅素萃取出來。萃取時的「材料破 碎」，是指細胞的破碎。最好將植物組織剪切碎，並在萃取之前或在萃取過程中研磨或剪切 成小顆粒狀，以提高萃取率。本發明在超臨界萃取之前進行固體瓜瓤的剪切，瓜瓤固體物粉碎後，進行顆粒篩選，以小於40目的顆粒度進行超臨界萃取。本發明中超臨界二氧化碳萃取西瓜番茄紅素的壓力為100-300巴。萃取壓力增 大，不僅會使超臨界二氧化碳密度增加，而且還會減少分子間的傳質距離，增加溶質與溶劑 之間的傳質效率，從而使溶解能力增加，萃取收率提高。考慮到萃取效果和設備要求以及 操作條件，本發明中二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素的壓力優選為150-280巴，最佳為 230-270 巴。本發明中二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素的溫度為50-90°C。一般說，溫度升高 對溶質的溶解有正負兩方面影響，一方面溫度升高，萃取物的蒸汽壓增大，其擴散係數和傳 質係數都會增大，番茄紅素在超臨界二氧化碳中的溶解度增大，有利於萃取；另一方面，溫 度升高，超臨界二氧化碳的密度降低，導致溶劑化效應下降，溶解能力降低，不利於萃取。所 以，本發明中二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素的溫度優選65-80°C，最佳為70-75°C。本發明中二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素的時間為60-150分鐘。在靜態萃取 中，剛開始時，超臨界流體和番茄紅素未達到良好的接觸，收率低；隨著萃取時間的增大，傳 質達到平衡，萃取率達到最大；再隨著萃取時間的增大，萃取出的番茄紅素，與西瓜固體物 的接觸增大，擴散作用加大，使萃取收率降低。所以，本發明中二氧化碳超臨界萃取西瓜番 茄紅素的時間優選為90-130分鐘，最佳時間為100-120分鐘。本發明中二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素，使用乙醇作為夾帶劑。由於番茄紅 素的分子量為539. 6，二氧化碳超臨界萃取對於分子量大於500的物質的萃取效果不是很 好。所以，本發明選用對人體相對危害較少的食用乙醇作為夾帶劑，來提高萃取過程的收 率。乙醇用量為萃取釜體積的5-50%，優選15-45%，最佳為30-40%。本發明中二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素，西瓜固體粉裝入量佔二氧化碳超 臨界萃取釜體積的5-40%。西瓜固體粉裝入量太多，造成萃取率較低；西瓜固體粉裝入 量較少，萃取率較高但不經濟。綜合考慮，本發明西瓜固體粉裝入量優選佔萃取釜體積的 8-30%，最佳為 10-20% ο本發明中二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素過程使用維生素C作為添加劑。番茄 紅素是一種高度不飽和碳氫化合物，容易受光線、氧氣和溫度影響而轉化分解。為防止萃取 過程中番茄紅素的轉化分解，萃取過程中使用維生素C作為穩定劑，維生素C的用量為西瓜 粉重量的 0.01% -0. 1%，優選 0. 02-0. 07%，最佳為 0. 03% ；本發明中二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素過程使用聚甘油脂肪酸酯作為添加 劑。由於二氧化碳超臨界流體和乙醇混合物對番茄紅素的溶解能力有限，為提高萃取收率， 在萃取過程中添加聚甘油脂肪酸酯。聚甘油脂肪酸酯可選以下幾種中的一種或多種十聚 甘油單月桂酸酯、十聚甘油單肉豆蔻酸酯、十聚甘油二異硬脂酸酯、六聚甘油單硬脂酸酯。 添加劑用量為萃取釜體積的0.01% -0. 1%，優選0. 02-0. 04%，最佳為0.03%。本發明中二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素的出料過程重複三次。由於萃取結束 後，萃取出的番茄紅素有較大部分仍被西瓜固體粉所吸附。所以第一次出料後，加入萃取釜 總量10%的乙醇，平衡10分鐘後出料；第二次出料後，加入萃取釜總量10%的乙醇，平衡 20分鐘後出料；第三次出料後，加入萃取釜總量10%的乙醇，平衡20分鐘後出料，以達到提 高番茄紅素收率的目的。本發明中西瓜經去籽、乾燥、粉碎等預處理後，使用二氧化碳超臨界流體和乙醇夾
5帶劑，添加維生素C和聚甘油脂肪酸酯作為添加劑，通過調整壓力、溫度、時間等操作工藝 參數進行番茄紅素的超臨界萃取。萃取結束後，出料方式採用四次出料。通過以上西瓜番 茄紅素的超臨界萃取方法，提高番茄紅素的收率，達到番茄紅素提取物溶劑含量低、生產工 藝環境汙染少的目的。
具體實施例方式本發明結合以下實施例作詳細的描述實施例1本發明主要包括西瓜預處理、超臨界萃取、收料等三步驟完成對西瓜中番茄紅素 的提取。西瓜預處理取瓜瓤去籽後，使用高速離心機，轉速為3000-5000轉/分，時間為2_10分鐘高速 離心分離瓜瓤和上清液。將高速離心分離後的瓜瓤紅色沉澱物乾燥。乾燥過程，可以是熱 風乾燥，溫度小於50°C ；或者使用真空冷凍乾燥。乾燥後的瓜瓤固體物含水量控制在小於 10%。瓜瓤固體物粉碎後，進行顆粒篩選，以小於40目的顆粒度進行超臨界萃取。二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素稱取小於40目的固體瓜瓤粉碎顆粒2克，維生素C 0.4毫克，十聚甘油單月桂酸 酯和十聚甘油二異硬脂酸酯各5微升加入到50毫升高壓萃取釜中。萃取釜中接通超臨界 二氧化碳，泵入80% (wt% )乙醇夾帶劑10毫升，萃取壓力設定為150巴，溫度為50°C，萃 取時間為90分鐘。超臨界萃取西瓜番茄紅素的收料萃取結束後，首先撤除外壓。打開出料閥，第一次出料待系統壓力降為初始系統壓 力時，關閉出料閥，泵入80% (wt% )乙醇5毫升，平衡10分鐘後出料；待第二次出料系統 壓力降為初始系統壓力時，關閉出料閥，泵入80% (wt%)乙醇5毫升，平衡20分鐘後出料； 待第三次出料系統壓力降為初始系統壓力時，關閉出料閥，泵入80% (wt%)乙醇5毫升， 平衡20分鐘後出料；第四次出料時，關閉二氧化碳氣源閥門，直到萃取系統壓力降為0時， 表明萃取結束，收集四次回收物，進行番茄紅素含量檢測。與有機溶劑萃取相比，番茄紅素 萃取率為12. 99%。實施例2實驗操作程序和步驟按實施例1，具體數據見下表 檢測方法及檢測指標本發明中此超臨界二氧化碳萃取番茄紅素的方法，適用於植物果實中番茄紅素的 提取，特別適用於西瓜中番茄紅素的提取。本發明中適用於此萃取方法的番茄紅素含量測定可使用高效液相色譜，也可以 使用分光光度計。番茄紅素是一種脂溶性不飽和碳氫化合物，分子式為C4tlH56，分子量為 539. 6，通常為深紅色粉末或油狀液體，純品為針狀深紅色晶體，其英文命名為Lycopene。番 茄紅素在472毫微米處有一強吸收峰，503毫微米處為其特徵吸收。利用番茄紅素的特徵吸 收，進行提取物番茄紅素的快速測定。溶劑法測量西瓜番茄紅素含量稱取凍幹後混合均勻西瓜瓤粉末0. 0060克(相當於新鮮瓜瓤0. 6919克)，加入丙酮5毫升，95%乙醇5毫升，己烷12毫升，研磨後移入分液漏鬥中，加水10毫升，用10毫升 己烷衝洗研磨皿加入分液漏鬥中。靜置分層後分出上層溶劑層，在503毫微米處檢測紫外 吸收。 利用公式 代入溶劑法萃取液在503毫微米處吸光值A5tl3 = 0. 4898，計算出每千克新鮮西瓜 瓤中含番茄紅素44. 17毫克。將二氧化碳超臨界萃取物稀釋至合適濃度，檢測萃取液503毫微米處吸光值A5tl3, 計算出每千克新鮮西瓜瓤中番茄紅素的萃取量，對比溶劑萃取法萃取番茄紅素量，計算出 超臨界二氧化碳萃取番茄紅素的萃取率。
權利要求
一種西瓜番茄紅素的萃取方法，其特徵在於，西瓜經預處理後，以適當形式進行超臨界萃取壓力100 300巴；溫度50 90℃；時間60 150分鐘；夾帶劑為乙醇，用量為萃取釜體積的5 50％；西瓜固體粉裝入量佔二氧化碳超臨界萃取釜體積的5 40％；超臨界萃取過程中使用添加劑且重複收料。
2.根據權利要求1所述西瓜番茄紅素的萃取方法，其特徵在於，對西瓜進行預處理取 瓜瓤去籽後，高速離心分離瓜瓤和上清液。轉速為3000-5000轉/分，時間為2-10分鐘。
3.根據權利要求1或2所述西瓜番茄紅素的萃取方法，其特徵在於，將高速離心分離後 的瓜瓤乾燥，含水率控制在10%以下，粉碎後以小於40目的顆粒度進行超臨界萃取。
4.根據權利要求1所述西瓜番茄紅素的萃取方法，其特徵在於，二氧化碳超臨界萃取 壓力為 IOO-3OObar,優選 I5O-28Obar,最佳為 230_270bar。
5.根據權利要求1所述西瓜番茄紅素的萃取方法，其特徵在於，二氧化碳超臨界萃取 溫度為50-90°C，優選65-80°C，最佳為70_75°C。
6.根據權利要求1所述西瓜番茄紅素的萃取方法，其特徵在於，二氧化碳超臨界萃取 時間為60-150分鐘，優選90-130分鐘，最佳時間為100-120分鐘。
7.根據權利要求1所述西瓜番茄紅素的萃取方法，其特徵在於，二氧化碳超臨界萃取 使用乙醇作為夾帶劑，乙醇的用量為萃取釜體積的5-50%，優選15-45%，最佳為30-40%。
8.根據權利要求1所述西瓜番茄紅素的萃取方法，其特徵在於，西瓜固體粉裝入量佔 二氧化碳超臨界萃取釜體積的5-40%，優選8-30%，最佳為10-20%。
9.如權利要求1所述西瓜番茄紅素的萃取方法，其特徵在於，二氧化碳超臨界萃 取過程使用維生素C作為添加劑，添加劑用量為西瓜粉重量的0.01% -0. 1%，優選 0. 02-0. 07%，最佳為0. 03% ；二氧化碳超臨界萃取過程使用聚甘油脂肪酸酯作為添加劑， 添加劑用量為萃取釜體積的0.01% -0. 1%，優選0. 02-0. 04%，最佳為0. 03%。
10.如權利要求1所述西瓜番茄紅素的萃取方法，其特徵在於，二氧化碳超臨界萃取的 出料過程重複三次。第一次出料後，加入萃取釜總量10%的乙醇，平衡10分鐘後出料；第 二次出料後，加入萃取釜總量10%的乙醇，平衡20分鐘後出料；第三次出料後，加入萃取釜 總量10%的乙醇，平衡20分鐘後出料。
全文摘要
本發明公開了一種超臨界二氧化碳流體萃取西瓜番茄紅素的方法，它主要採用西瓜經預處理後，以合適顆粒度進行二氧化碳超臨界萃取壓力100-300巴，溫度50-90℃，時間60-150分鐘，乙醇為夾帶劑，乙醇用量為萃取釜體積的5-50％；西瓜固體粉裝入量佔二氧化碳超臨界萃取釜體積的5-40％；超臨界萃取過程中使用維生素C和聚甘油脂肪酸酯作為添加劑，萃取結束後重複收料。通過以上二氧化碳超臨界萃取西瓜番茄紅素的方法，提高番茄紅素的收率，萃取收率可達37％，萃取產品溶劑含量低、生產工藝環境汙染少。
文檔編號C07C11/21GK101891580SQ20101021722
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月5日 優先權日2010年7月5日
發明者劉偉, 李雯, 胡利強, 趙文恩, 趙蕾 申請人:鄭州大學