番茄红素的制备方法 【技术领域】
本发明涉及生物技术分离处理方法，尤其涉及一种采用生物酶法处理从番茄中获得番茄红素的制备方法。
背景技术
番茄红素是目前已知的最有效的抗氧化活性物质，其抗氧化能力是β胡萝卜素的3.2倍，更是维生素E的100倍。科学研究已经证实，它具有延缓衰老、抑制肿瘤、提高人体免疫力、减少心血管疾病及预防癌症等多种功效。
现在，普遍认为番茄红素在营养中的作用要比目前所知的更为重要。现有研究证据与事实表明，番茄红素的生理功能包括以下几个方面：首先，作为一种高效的自由基清除剂，番茄红素的基本功能是保护机体组织细胞生物膜上多不饱和脂肪酸免遭自由基的攻击而氧化，同时也保护生命大分子物质DNA免受氧化破坏，因而番茄红素是细胞伤害、组织破裂的天然抑制剂，在预防包括衰老、肿瘤在内的各种器质性衰退病变方面起着重要的作用；其次，番茄红素能够抑制LDL胆固醇氧化产物的形成，可预防冠心病的发生；第三，番茄红素还具有活化人体细胞的免疫功能，能够有效地防治前列腺癌、胃癌、皮肤癌、乳腺癌、宫颈癌和心血管疾病。番茄红素具有如此多的医药和保健功效，番茄红素的制备方法及其产物的含量、稳定性和保存受到了广泛地关注。
番茄红素提取方法较多，中国专利公开号为CN1298904A的专利申请公开了一种从番茄中生产含量为10％的番茄红素的方法，采用加水搅拌、离心脱水，然后碱洗、水洗、干燥粉碎、加热提取、闪蒸、结晶等多步骤的方法生产番茄红素晶体，其不足之处是工艺条件及操作十分复杂，生产不易控制。中国专利公开号为CN1334328A的专利申请公开了一种采用超临界液体萃取番茄红素油树脂的制备方法，即对番茄进行前处理后，直接用CO2或低分子烃类的超临界液体对原料进行萃取而获得番茄红素油树脂，其不足之处在于成本高，产量低。中国专利公开号CN1405235A的专利申请公开了一种番茄红素的制备方法，即将番茄酱用乙醇或甲醇脱水再进行有机萃取，萃取液经冷冻结晶干燥得到高含量的番茄红素，再将上述产品用反相色谱进行分离纯化真空浓缩冷冻得到高含量的番茄红素，其不足之处在于生产工艺使用了大量的有机溶剂，包括有毒的甲醇、氯仿等，工艺条件及操作十分复杂，生产不易控制。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种工艺简单、回收率高、无毒性的番茄红素的制备方法，并为食品、保健、医用方面提供相应含量的番茄红素产品。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种番茄红素的制备方法，其步骤为：
(1)在番茄酱中加入番茄酱重量的0.2～0.4％的生物酶，控温在30～40℃，酶解时间为6～7hr；所述的生物酶为果胶酶、蛋白酶或两者按3～4∶1混合后的混合酶；
(2)将步骤(1)的反应产物进行离心过滤，并用水冲洗番茄酱以除去残余酶，番茄酱滤渣的含水量控制在80～85％，并经冷冻后粉碎；
(3)以含0.02～0.04％食品乳化剂的非极性或弱极性有机溶剂作为萃取剂对步骤(2)获得的物料进行提取，用量为萃取剂∶物料＝6～8∶1(V/W)，分三次萃取，萃取温度控制在58±1℃，萃取时间为30～60min；所述的萃取剂为丙酮、正己烷、石油醚或乙酸乙酯；所述的食品乳化剂为大豆磷脂、蔗糖脂肪酸酯、山梨醇脂肪酸酯或单甘酯；
(4)将萃取后得到的萃取液进行过滤，减压回收溶剂，可获得含量为6～8％的番茄红素油树脂。
本发明采用湿法萃取，水分含量对经酶解的番茄酱渣原料的影响很大。以原料中番茄红素原有含量为100％计，含水量大于85％时，原料中番茄红素的损失很小；含水量降至70％时，番茄红素保有率为90％；含水量降至60％时，番茄红素的损失已达到30～40％，说明高温和较长时间干燥都会造成番茄红素的损失。同时，在存放过程中水分的含量对番茄红素的稳定性也有影响。通过考察经酶解的番茄酱渣原料中含水量分别为87.3％、81％和75.2％三种情况下番茄红素含量的变化，从试验结果可以看出，当原料样品中含水量为87.3％时，样品中番茄红素的损失随时间变化相对最小，放置3周后，以原料中番茄红素原有含量为100％计，其中番茄红素的保有率仍可达80％；而原料样品含水量在80％以下时，存放2周左右，番茄红素的含量已下降到70％以下。因此，番茄酱渣应保持至少80％以上的含水量，并应及时进行番茄红素的提取。
番茄红素对氧、光、热具有不稳定性。取经酶解并冷冻粉碎后的番茄酱，用力挤压使其中的含水量降至65～70％左右，考察其在不同存放过程中番茄红素的变化情况。将上述番茄酱分别于-20℃、5℃和25℃环境中，分别在以下四种情况下存放：1)光照+空气；2)光照+惰性气体；3)避光+空气；4)避光+惰性气体，(避光是指将样品存放在黑色胶袋中；光照是指存放在室内散射光下；惰性气体是指通过充惰性气体来驱赶出样品周围的空气)，每隔3～4天取样测定其中番茄红素的含量，观察其变化规律。以原料中番茄红素原有含量为100％计，记录番茄酱中所保有的番茄红素随时间的变化情况。根据试验结果，在样品含水量为65～70％、保存温度相同的条件下，在避光+惰性气体时番茄酱中番茄红素保有率最高，而在光照+空气时则较低。各种条件中，温度对番茄红素的影响更大，温度越高则番茄红素的损失越大。因此，为使番茄红素不被破坏，经冷冻粉碎后的番茄酱滤渣可在避光和惰性气体下保存。
本发明的经上述湿法萃取获得的含量为6～8％的番茄红素油树脂产物还可进一步进行精制处理，以制取更高含量的番茄红素油树脂，其步骤为：
(a)将上述湿法萃取获得的番茄红素油树脂产物，加2倍(V/W)75％的乙醇充分搅拌、洗涤后分离；
(b)取洗涤后的剩余部分在50～70℃温度下以60～80rpm的速度搅拌20～30min，然后停止加热，至其自然降至室温后，在20～40rpm的速度下边搅拌边加入乙酸乙酯及0.2～0.8％的硅藻土，乙酸乙酯的用量由番茄红素的含量决定，以确保番茄红素油树脂物料的溶解；本发明优选的乙酸乙酯用量为乙酸乙酯∶番茄红素油树脂物料＝4～6∶1(V/W)；
(c)将溶解后的物料在室温下静置12hr后，在2000rpm条件下离心10min，分离渣和液体；
(d)将渣用一倍量(V/W)的乙酸乙酯洗涤后，再次以2000rpm速度离心10min，分离渣和液体；
(e)将步骤c和步骤d离心处理后获得的液体合并，然后过滤，减压回收溶剂，可获得含量为10～15％的番茄红素油树脂。
本发明的经上述湿法萃取或精制处理后获得的番茄红素油树脂产物还可进一步进行超临界CO2萃取，以制取脱溶后的番茄红素油树脂，其步骤为：将所述获得的番茄红素油树脂产物在萃取釜：20～25Mpa，50～60℃；分离器1：10～15Mpa，40～45℃；分离器2：10～12Mpa，40～45℃的操作条件下处理3～4hr，可获得含量为16～30％的番茄红素油树脂
本发明的经超临界CO2萃取获得的番茄红素油树脂产物还可进一步进行微胶囊化制粒，以制取番茄红素粉剂，其步骤为：
(I)将大豆蛋白和麦芽糊精按1∶1～3的质量比例混合作为壁材，加入蒸馏水并微热使其溶解作为水相溶液；在所述超临界CO2萃取后获得的番茄红素油树脂产物中添加0.1％的异VC钠和BHT、10％的大豆卵磷脂作为油相溶液；
(II)将水相溶液置于均质机中，缓慢加入油相溶液均质30min，使番茄红素分散于壁材中；再将均质后得到的乳化液溶于水，使其固形物含量为10～35％，然后在入口温度为120～140℃，出口温度为80～100℃的条件下进行喷雾干燥，获得含量为1～3.5％的番茄红素粉剂。
本发明具有以下有益效果：
(1)溶剂提取用量小，回收成本低、提取率高，工艺方法简单，适合于工业化生产。
(2)在经过湿法萃取后的番茄红素油树脂，用超临界二氧化碳萃取进行脱除溶剂和浓缩油树脂，不需加萃取溶剂，工艺简单、合理。
(3)可获得不同级别的番茄红素制品。经酶解后湿法萃取获得的含量为6～8％的番茄红素油树脂可用于功能性、保健食品原料；经精制处理后含量为10～15％的番茄红素油树脂可用于化妆品原料；超临界二氧化碳萃取脱溶后的含量为16～30％番茄红素可用于高档食品及化妆品；含量为1～3.5％水溶性番茄红素粉剂可用于饮料等水相食品中。
【具体实施方式】
本发明实施例所用番茄酱由新疆优源生物技术有限责任公司提供。
实施例1：
在番茄酱中加入番茄酱重量的0.2％的果胶酶，控温在30℃，酶作用时间6hr。将反应产物进行离心过滤，并用水冲洗番茄酱以除残余酶。番茄酱滤渣的含水量为85％，经冷冻粉碎后待用，存放时将此物料置于黑色胶袋中，并充氮气来驱赶出物料周围的空气。然后将上述番茄酱滤渣物料用含0.02％大豆卵磷脂的正己烷有机溶剂进行湿法萃取，用量为萃取剂∶物料＝8∶1(V/W)，分三次提取，提取温度控制在58±1℃，提取时间为30min。将萃取后得到的萃取液进行过滤，减压回收溶剂，获得含量为6.87％番茄红素油树脂。
将上述酶解后湿法萃取获得的产品再进行精制处理，以制取更高含量的番茄红素油树脂。即将2kg重量的上述番茄红素油树脂，加2倍(V/W)75％的乙醇充分搅拌、洗涤后分离。取洗涤后的剩余部分在温度为60℃下以60～80rpm的速度搅拌30min，然后停止加热，至其自然降至室温后，在20～40rpm的速度下边缓慢搅拌加入4∶1(V/W)的乙酸乙酯及0.5％的硅藻土，以确保番茄红素的溶解。将溶解后的物料在室温下静置12hr后，在2000rpm的速度下离心10min，分离渣和液体。将渣再用一倍量(V/W)的乙酸乙酯洗涤后，做与前述条件相同的离心处理，分离渣和液体，将上述两次离心处理后的液体合并，然后过滤，减压回收溶剂，获得含量为11.24％的番茄红素油树脂。
将上述精制处理后获得的产品再进行超临界CO2萃取，以制取脱溶后的番茄红素油树脂。即将上述精制处理后获得的番茄红素油树脂在萃取釜：22Mpa，55℃；分离器1：14Mpa，40℃；分离器2：10Mpa，40℃的条件下处理3hr，获得含量为24.82％番茄红素油树脂。
将超临界CO2萃取获得的番茄红素油树脂再经微胶囊化进行制粒，制成微胶囊制剂以确保产品活性。即将大豆蛋白和麦芽糊精按1∶2的质量比例混合作为壁材，加入蒸馏水并微热使其溶解作为水相溶液。另将所获得的番茄红素油树脂添加0.1％异VC钠和BHT、10％大豆卵磷脂作为油相溶液。然后将水相溶液置于均质机中，缓缓加入油相溶液均质30min，使番茄红素分散于壁材中。再将此乳化液溶于水，使其固形物含量为34％，在入口温度为120℃，出口温度为85℃下进行喷雾干燥，获得含量为3.13％的番茄红素粉剂。
实施例2：
在番茄酱中加入番茄酱重量的0.2％的混合酶，即将果胶酶与蛋白酶按4∶1混合后，直接加入到欲处理的原料中。处理时加入原料10倍重的水，控温于35℃，酶作用时间6hr。将反应物料进行离心过滤，并用水冲洗番茄酱以除残余酶。番茄酱滤渣的含水量为85％，经冷冻粉碎后待用，存放时将此物料置于黑色胶袋中，并充氮气来驱赶出物料周围的空气。然后将上述番茄酱滤渣物料用含0.02％大豆卵磷脂的正己烷有机溶剂进行湿法萃取，用量为萃取剂∶物料＝8∶1(V/W)，分三次提取，提取温度控制在58℃，提取时间为30min。将萃取后得到的萃取液进行过滤，减压回收溶剂，获得含量为7.46％的番茄红素油树脂。
将上述酶解后湿法萃取获得的产品再进行超临界CO2萃取，以制取脱溶后的番茄红素油树脂。即将上述酶解后湿法萃取获得的番茄红素油树脂在萃取釜：22Mpa，55℃；分离器1：14Mpa，40℃；分离器2：10Mpa，40℃的条件下处理3hr，获得含量为19.21％的番茄红素油树脂。
将超临界C02萃取获得的番茄红素油树脂再经微胶囊化进行制粒，制成微胶囊制剂以确保产品活性。即将大豆蛋白和麦芽糊精按1∶3的质量比例混合作为壁材，加入蒸馏水并微热使其溶解作为水相溶液。另将所获得的番茄红素油树脂添加0.1％异VC钠和BHT、5％大豆卵磷脂作为油相溶液。然后将水相溶液置于均质机中，缓缓加入油相溶液均质30min，使番茄红素分散于壁材中。再将此乳化液溶于水，使其固形物含量为15％，在入口温度为130℃，出口温度为90℃下进行喷雾干燥，获得含量为1.21％的番茄红素粉剂。