提取番茄红素的工艺.pdf

本发明披露了从番茄副产品中提取番茄红素(lycopene)的工艺，其特征在于所述提取通过包含两种或多种成分的溶剂混合物进行，其中一种溶剂为非极性或具有中等极性，并对番茄红素具有亲和性，而其它溶剂中至少一种为极性。例如，第一溶剂为非极性溶剂，第二溶剂为质子极性溶剂，第三可选溶剂为非质子极性溶剂。具体而言，所述混合物具有如下组成：己烷10％-80％，乙醇10％-60％和丙酮10％-60％。多成分混合物的使用的特征为具有高提取活性，快速提取动力学是本发明的优势之一。

1.  从番茄副产品中提取番茄红素的工艺，其特征在于所述提取通过包含两种或多种成分的溶剂混合物进行，其中一种溶剂为非极性或具有中等极性，并对番茄红素具有亲和性，而其它溶剂中至少一种为极性。

2.  如权利要求1所述的工艺，其中在所述混合物中，第一溶剂为非极性溶剂，第二溶剂为质子极性溶剂，第三可选溶剂为非质子极性溶剂。

3.  如权利要求2所述的工艺，其中所述混合物包含己烷或乙酸乙酯，乙醇或水和丙酮。

4.  如权利要求3所述的工艺，其中所述混合物具有如下组成：己烷10％-80％，乙醇10％-60％和丙酮10％-60％。

5.  如权利要求4所述的工艺，其中所述混合物具有如下组成：己烷45％，乙醇35％和丙酮20％。

6.  如权利要求1-5任意一项所述的工艺，其中液体-固体比例介于3和300ml/g。

7.  如权利要求6所述的工艺，其中液体-固体比例为20ml/g。

8.  如权利要求1-7任意一项所述的工艺，其中提取温度介于20和60℃。

9.  如权利要求8所述的工艺，其中提取温度为大约40℃。

10.  如权利要求1-9任意一项所述的工艺，其中提取时间介于10和120分钟。

11.  如权利要求10所述的工艺，其中提取时间为大约30分钟。

12.  如权利要求1所述的工艺，其中所述的副产品主要由番茄皮形成。

13.  如权利要求12所述的工艺，其中该皮占湿副产品的40至90％。

14.  如权利要求12或13所述的工艺，其中从该副产品中分离该皮。

15.  如权利要求15所述的工艺，其中对分离的皮进行均化。

16.  从番茄副产品提取番茄红素的工艺，其包括：
a.将所述副产品与包含两种或多种成分的溶剂混合物相接触，其中一种溶剂为非极性或中等极性，并对番茄红素具有亲和性，而其它溶剂中至少一种为极性；
b.从所述副产品提取所述番茄红素，以获得提取混合物；
c.从所述提取混合物分离所述番茄红素。

提取番茄红素的工艺
技术领域
本发明涉及天然提取，特别是植物提取的领域。具体而言，本发明提供了从番茄加工工业的副产物中提取番茄红素的工艺。
背景技术
番茄红素是一种开链不饱和类胡萝卜素，其为番茄和其它蔬菜提供了典型的红色。
由于所述化合物在肝脏、肺、前列腺、结肠和皮肤积聚，且它在所述组织中的浓度高于其它类胡萝卜素，它具有令人感兴趣的抗氧化属性，使其能够对抗人体内自由基的有害作用。
它的抗氧化活性已在多个治疗应用中得到了开发，例如，心血管疾病，某些类型的肿瘤，如前列腺癌(Giovannucci等人，J.Nat.Cancer Inst.，87：1767-1776(1995)；Clinton等人，Nutr.Rev.，56：35-51(1998))。此外，番茄红素常用于营养领域和化妆品行业中。
因此，天然提取行业中对该产品具有着强烈的需求，并需要便捷和有效的提取工艺来获取具有适当特征的产品。
番茄副产品是番茄红素的重要来源。番茄皮引起了特别的关注，它构成了整个副产品的主要组成部分。
根据加工工艺(番茄去皮、浓缩、去果肉等)，在湿副产品中的皮含量可在45至65％之间。番茄红素在皮中具有更高的浓度，该浓度接近果肉中的5倍，因此皮是番茄红素生产中理想的起始原料。
概览科技文献和专利文献，仅发现了少数涉及从番茄皮提取番茄红素的文献。
适当的工艺中从全果肉或其衍生物中提取番茄红素。
所述工艺可被分类为超临界流体提取和有机溶剂提取。
在过去数年中，超临界流体提取(通常在所有应用中使用超临界CO₂)在营养和医药工业变得非常重要。所述技术适用于从植物基质(包括番茄皮)中提取番茄红素，因为二氧化碳具有完全惰性，且终产品不会被溶剂污染。
从实验室测试或中试工厂获得的数据未对CO₂超临界流体提取的实际效力给出明确的结果。
工业工艺的成本相当高，这是由严格超操作条件(温度和压力)以及共溶剂的强制使用所引起的。
可显著提高提取产率的共溶剂为丙酮、甲醇、乙醇、植物油(大豆油、葵花油、榛子油)。
超临界提取工艺的另一局限在于可能的番茄红素异构化(由反式转化为顺式)。
最后，具有高湿度水平的原料(即，番茄副产品)的使用，可能要求额外的步骤以减少水分。
在营养行业中，通过有机溶剂提取是公知的方法。
所述技术允许通过方便地结合比较完善的分离或纯化工艺(真空蒸发、结晶、色谱或膜分离)处理原始的副产物，以获得具有所需纯度的番茄红素。
溶剂提取的关键方面在于溶剂的选择，所选溶剂必须是该营养领域所允许的化合物类别，并能够提供足够高的提取产率，从而减少其浓度，并使其易于从终产品中去除。
例如，经欧共体(联盟指令95/45/CE)所承认的可提取用于营养用途的天然染料的溶剂为：
-乙酸乙酯(C₄H₈O₂)
-丙酮(C₃H₆O)
-二氯甲烷(CH₂Cl₂)
-己烷(C₆H₁₄)
-变性的乙醇(C₂H₆O)
-甲醇(CH₄O)
-2-丙醇(C₃H₈O).
对于番茄、番茄汁和浓缩物进行的实验结果强调了含有番茄红素的植物基质的结构和特征极大影响了提取产率。
在使用皮时，即时使用了对番茄红素具有高亲和性的溶剂，该产率非常低。这可能是由于定位在植物基质内的番茄红素对该溶剂暴露较少引起的。
例如，国际申请WO 2006/036125披露了通过使用全果实从番茄浓缩物中提取番茄红素的工艺。
国际申请WO 2006/032712披露了从番茄皮提取番茄红素的工艺，其中，在去除种子后，进行第一脱水步骤，然后码垛堆积(palletizing)材料，用己烷提取，最后进行蒸馏和结晶。终产品的纯度介于65％和85％。
国际申请WO 97/48287提供了从番茄果肉提取番茄红素的工艺，该工艺采用了δ_H和δ_P介于0.0和5.0之间的溶剂或其混合物。
中国专利申请1358801以乙酸乙酯或6号溶剂油，以番茄皮作为原料提取番茄红素。
我们参考了作为现有技术的前面总结的专利申请，并参考了相关的技术问题。
其它从番茄提取番茄红素的工艺已为本领域所知，这些工艺采用原始的果实或其浆液作为原料。
今天，使用有机溶剂的工艺似乎成为了从番茄皮提取番茄红素最有希望的工艺。
然而，纯溶剂得到了极低的萃取率。国际申请WO 03/79816披露了通过水饱和的乙酸乙酯溶液从原始番茄进行提取的工艺。番茄红素含量介于5％和20％。
因此，依然存在如下技术问题：提供从来自番茄加工的副产品原料(即使在含有高比例的有价值产品时仍难以处理)提取番茄红素的工艺，该工艺采用便捷和便宜的工业技术。
发明综述
如今已发现可能采用特定的溶剂混合物从来自于番茄加工的副产品原料提取番茄红素。
多成分混合物的使用的特征为具有高提取活性，快速提取动力学是本发明的优势之一。
本发明的目标是从番茄副产品中提取番茄红素的工艺，其中所述提取通过包含两种或多种成分的溶剂混合物进行，其中一种溶剂为非极性或具有中等极性，并对番茄红素具有亲和性，而其它溶剂中至少一种为极性。
所述工艺通常包括：
a.如此处具体披露，将所述副产品与包含两种或多种成分的溶剂混合物相接触，其中一种溶剂为非极性或中等极性，并对番茄红素具有亲和性，而其它溶剂中至少一种为极性，
b.从所述副产品提取所述番茄红素，以获得提取混合物；
c.从所述提取混合物分离所述番茄红素。
本发明的上述和其它目标将在下文章节并通过实施例的方式得到具体描述。
发明详述
“番茄副产品”指番茄工业加工后的副产品或残留物。根据加工工艺(番茄去皮、浓缩、去果肉等)，所述副产品具有不同的组成和不同的物理化学属性(含水量、蛋白含量、胶质含量等)，但在任意情况下，该成分在皮、种子和果肉部分具有更高的浓度。
在本发明的优选实施方式中，该副产品包含了大部分番茄皮。
在本发明的定义中，“有机溶剂”指在标准条件下以液态存在，能够单独或混合其它溶剂提取番茄红素或其它类似化合物(β-胡萝卜素，八氢番茄红素，六氢番茄红素等)的有机化合物(即，含碳原子的化合物)。
根据它们的化学结构，溶剂可以是极性或非极性的。极性可通过目标化合物的介电常数或偶极矩进行评估。极性溶剂可分为非质子极性溶剂和质子极性溶剂。前者不包含酸氢离子。
典型的非质子溶剂为丙酮，甲乙酮；而乙醇和乙酸属于质子家族。
在本发明的上下文中，非极性或中等极性的溶剂表示介电常数低于10的溶剂，而极性溶剂表示介电常数等于或大于10的溶剂。根据该定义，并根据实验室和技术手册(Handbook of Solvents，Wypych G.，ed.，ChemTec Publishing：Toronto，2001；CRC Handbookof Chemistry and Physics，87^th edn，Lide D.R.，ed.，CRC Press：BocaRaton，FL，2006)中常用的已有介电常数值，己烷、乙酸乙酯和甲酸乙酯代表了极性溶剂或中等极性溶剂。丙酮、乙醇、甲醇和水代表了极性溶剂。
根据本发明，“脂肪醇”表示具有通式R-OH的有机化合物，其中“R”表示具有1至4个碳原子的线性或支链烷基，“OH”为羟基基团。
此处的醇被认为是单价醇，其特征为在其分子中仅存在一个氢氧化物。
例如，甲醇、乙醇和丙醇属于所述的化合物组。
在本发明的第一实施方式中，该提取混合物是包含两种或多种成分的溶剂混合物，其中一种溶剂为非极性或中等极性，并对番茄红素具有亲和性，而其它溶剂中至少一种为极性。
优选地，提取混合物基本由己烷或乙酸乙酯，乙醇或水和丙酮组成。
更优选地，该提取混合物具有如下组成：己烷10％-80％，乙醇10％-60％和丙酮10％-60％，更优选地：己烷45％，乙醇35％和丙酮20％。所有的浓度均表示为体积/体积(v/v)。
在另一优选的方面，液体-固体比例介于3和300ml/g，更优选地为20ml/g。
提取温度并非关键的参数，本领域技术人员可采用他的一般知识，并考虑各种因素(例如，材料相容性、活性成分(番茄红素)的可能降解和混合物组成、或者提取速率和沸点)，简单地选择操作温度范围。例如，提取可在介于室温和60℃的温度下，优选在40℃下进行。在不影响结果时，该范围的界限应理解为该范围的下限的向下的变化和上限的向上的变化未从本发明的幅度中排除。
同样地，提取时间可由本领域技术人员通过合理的实验进行评估。例如，优选的时间范围为介于10和120分钟，例如30。
该提取应适当地在光线减弱处或暗处进行，以避免光降解。
在本发明的第一优选实施方式中，该副产品主要包含番茄皮，例如其数量介于40和90％(湿副产品)。
从副产品中分离皮可以是较为便捷和令人满意的。
如果分离的皮进行均化，则可得到更好的结果。
提供了一组优选条件：己烷浓度(v/v)由10至80％，乙醇和丙酮由10至60％；提取温度介于室温和60℃，提取时间由10至120分钟，液体/固体比例由10至300ml/g。
通过常规技术手段从提取混合物中分离番茄红素，该常规技术属于本领域一般知识，并可在相关文献中发现。
具体实施方式
下列实施例进一步阐述了本发明。
原材料准备
番茄加工的残留物可从加工行业中获取，例如可从去皮番茄的生产中获取。
副产品可保存在密封塑料袋或其它合适的容器中，并在-20℃下冷冻。
在进行提取工艺前，将该材料在4℃下远离光和空气的环境中解冻。
溶剂可不经处理直接使用。
在解冻副产品时，从种子和果肉残留物中分离皮。
对皮进行一般均化，并对每个样本进行提取测试，测量湿度。
番茄皮的湿度可通过在通风炉(NSE，ISCO)中干燥至恒重后测量。干燥可在105℃下的空气中进行，使用介于0.5和1g的皮。
通过经历不同时间的多个等温测试显示在大约6小时后，重量损失达到恒定值。
在样本中的番茄红素浓度可在使用适当量的水(例如占总提取体积20％的量)进行相分离后以波长范围在350-600nm的分光光度计进行检测。
在己烷谱中进行的纯番茄红素比较明确显示从番茄皮重提取的色素主要包含所述类胡萝卜素。
番茄红素的定量测定可参照约503nm的最大峰，通过如下摩尔吸收系数的值确定：158500M-1cm-1。
实施例1
在具有螺旋帽的50ml玻璃烧瓶中不连续地从番茄皮中提取番茄红素。该烧瓶被放置在具有循环恒热器(RTE101，NESLAB)的恒热浴中的15点多点式电磁搅拌器(TeleModul，STEUEREINHEIT)上。
在每个试验开始时，通过分析天平称重100g的皮，并将其转移至烧瓶中。然后根据本发明加入3000ml的提取混合物(或加入单个成分作为比较试验)，搅拌30分钟。
所有的测试均进行双份，为了最小化由光暴露引起的番茄红素降解，可在减弱的光线条件下进行测试。出于同样的原因，用作恒热浴的容器所有暴露至光线的侧面均以不透明材料覆盖。
温度设置为45℃，提取时间为30分钟。
将单成分(己烷、乙醇和丙酮)的提取活性与同样条件下由组成为50:25:25的混合物可获得的产率进行比较。
该结果显示于下文的表1中，其中番茄红素(q)的数量以mg表示。下列参数可由该定量值(m_B)和皮的湿度(U)计算得到：
q ′ = q m B ( 1 - U ) ]]>
其代表了该材料每个干重单位提取得到的番茄红素的数量，并给出了提取效率的定量指标。
表1
结果综述。σ_q’代表了重复测试的标准偏差。
测试     己烷     乙醇      丙酮       q′          σ_q′
         [v/v％]  [v/v％]   [v/v％]    [mg/g_s]      [mg/g_s]
A        100      0         0          0.320        0.109
B        0        100       0          0.000        0.000
C        0        0         100        0.230        0.000
D        50       25        25         3.309        0.288
值得强调的最重要的数据是通过混合三种成分(在该具体的情况下，以50:25:25的比例混合)获得的产率的提升。所述混合物的q’的值比纯己烷的值高一倍，每g干材料提取的番茄红素超过3mg。
实施例2
在实施例1的相同条件下进行多个混合物的试验，并得到如下结果。
表2
结果综述。σ_q’代表了重复测试的标准偏差。
测试       己烷     乙醇      丙酮       q′        σ_q′
           [v/v％]  [v/v％]   [v/v％]    [mg/g_s]    [mg/g_s]
E          80       10        10         2.298      0.210
F          30       60        10         2.673      0.050
G          30       10        60         3.027      0.060
H          55       35        10         3.561      0.012
I          55       10        35         2.993      0.021
J          30       35        35         3.571      0.308
K          46.67    26.67     26.67      3.209      0.217
L          63.33    18.33     18.33      2.716      0.013
M          38.33    43.33     18.33      3.130      0.101
N          38.33    18.33     43.33      3.455      0.223
该结果明确显示：
·本实施例中所有的混合物的提取产率高于单个成分的提取产率(参见实施例1)；
·如果混合物中的己烷浓度上升，则提取产率下降；
·在点H和J达到了最大的产率值(约3.6mg/gs)，此时有效乙醇体积分数为0.35。
实施例3
采用与实施例1相同的条件，但液体/固体比例为20ml/g，获得表3中所示的结果。
表3
结果综述。σ_q’代表了重复测试的标准偏差。
测试      己烷       乙醇       丙酮     q′      σ_q′
          [v/v％]    [v/v％]    [v/v％]  [mg/g_s]  [mg/g_s]
O         10         35         55       4.120    0.249
P         20         35         45       4.400    0.255
Q         20         40         40       4.539    0.015
R         42.5       35         22.5     4.154    0.217
实践中，优选的混合物具有如下组成：
己烷：45％
乙醇：35％
丙酮：20％
且它可在如下操作条件下使用：
液体/固体比例：30ml/g
温度：         45℃
提取时间：     30分钟
通过所述混合物，有可能获取每g干材料约4mg番茄红素的浓度。
实施例4
采用与实施例1相同的条件，但提取温度分别为30、40和60℃，获得表4中所示的结果。
表4
结果综述。σ_q’代表了重复测试的标准偏差。
测试      己烷     乙醇      丙酮    温度      q′      σ_q′
          [v/v％]  [v/v％]   [v/v％] ℃        [mg/g_s]  [mg/g_s]
S         45       35        20      30        5.819    0.25
T         45       35        20      40        6.169    0.31
U         45       35        20      60        5.52     0.06