正交实验法优化西瓜番茄红素的提取工艺

刘义庆

（1.华中农业大学食品科学技术学院，湖北武汉430070；2.江汉大学化学与环境工程学院，湖北武汉430056）

正交实验法优化西瓜番茄红素的提取工艺

刘义庆1，2

（1.华中农业大学食品科学技术学院，湖北武汉430070；2.江汉大学化学与环境工程学院，湖北武汉430056）

采用了体积比为7∶1的乙酸乙酯-丙酮混合溶剂，提取新鲜西瓜中的番茄红素，考察了提取溶剂、提取时间、提取温度、料液比、pH等因索对提取液吸光度的影响，最后用正交试验确定了最佳工艺条件，分析结果表明：料液比为1∶4，温度为45℃，时间为50min，pH=6时提取效果最好。

西瓜；番茄红素；提取；正交试验

西瓜（Watermelon）属葫芦科，为一年生蔓性草本植物。原产于非洲，在汉代从西域引入，故称“西瓜”。西瓜味道甘味多汁，清爽解渴，是盛夏佳果，西瓜对治疗肾炎、糖尿病及膀胱炎等疾病有辅助疗效。西瓜含有丰富的矿物盐，维生素和糖类等营养成分。近年来，利用西瓜制备番茄红素已引起人们的关注[1-9]。番茄红素是一种开链类胡萝卜素，具有多种生理功能，有很好的应用前景[10-12]。天然番茄红素的提取见诸报道的有溶剂浸提法[13]、超声波辅助萃取法[14]、微波辅助萃取法[15]、酶反应法[16]、超临界流体萃取法[17]超高压提取法[18]、高压脉冲电场辅助提取[19]等。在诸多番茄红素的提取方法中，有机溶剂浸提法是各种提取方法的基础。以西瓜为原料提取番茄红素所采用的溶剂见诸报道的有乙酸乙酯[1-2]，体积比为1∶2丙酮-氯仿混合溶剂[3-4]，体积比为9∶1和甲1∶6的石油醚-丙酮混合溶剂[5-6]和含2%的二氯烷的正己烷[7-8]等。本文通过对比实验选择提取效果更好的体积比为7∶1的乙酸乙酯-丙酮的混合溶剂为提取溶剂，提取西瓜的番茄红素。通过单因素试验和正交试验，确定了最佳提取工艺。为进一步提取应用西瓜番茄红素创造了条件。

1 材料与方法

1.1 主要仪器设备

SP-721型可见分光光度计：上海光谱仪器有限公司；YP202N型电子天平：上海精密科学仪器有限公司；HH-2型数显恒温水浴锅：上海国华仪器有限公司；PHS-3C型台式酸度计：北京华科仪电力仪表研究所；101-1A型电热恒温鼓风干燥箱：上海雷韵试验仪器制造有限公司。

1.2 主要实验试剂

石油醚（分析纯）、正己烷（分析纯）、乙酸乙酯（分析纯）、甲醇（分析纯）：天津市福晨化学试剂厂；丙酮（分析纯）：天津市大茂化学试剂厂；氢氧化钠；盐酸。

1.3 方法

1.3.1 西瓜预处理

西瓜去皮取瓤，去籽，在研钵中研磨，抽滤。将西瓜果肉倒入干净的大烧杯中，加入一定量甲醇浸泡脱水，避光静置4 h后再抽滤，将抽滤后的西瓜果肉置于干燥箱内，在60℃低温干燥4 h后，取出备用。

1.3.2 西瓜中番茄红素最大吸收波长的确定

称取5.0g西瓜果肉样品带塞锥形瓶中，加入50mL石油醚，在室温下浸提2 h。取1.0mL提取液于10mL比色管中用石油醚稀释定容，用721分光光度计于室温下测定其不同波长下的吸光度，绘制番茄红素的吸收光谱图。番茄红素的吸收光谱如图1所示。

图1 西瓜番茄红素的吸收光谱Fig.1 Absorption spectra of lycopene from watermelon

由图1可知，番茄红素在450、480 nm处各有一个吸收峰，而在480 nm处吸光度值较大，测定的灵敏度较高。因此，选择480 nm为检测波长，测定不同溶剂对番茄红素提取效果的影响。

1.3.3 溶剂对西瓜番茄红素提取效率的影响

通过预实验发现单一溶剂中以石油醚、正己烷、乙酸乙酯为提取溶剂时提取效果较好，西瓜果肉在丙酮溶剂中分散性较好。所以采用以提取效果较好而毒性较小的石油醚、乙酸乙酯、正己烷为主，辅以能增强西瓜果肉分散性的丙酮，分别组成乙酸乙酯-丙酮、石油醚-丙酮、正己烷-丙酮、石油醚-乙酸乙酯二元混合溶剂，分别试验它们对西瓜番茄红素的提取效果。

称取西瓜果肉样品于比色管内，每份2.0 g，改变上述各混合溶剂的比例，加混合溶剂6.0mL，室温下浸提1 h。取1.0mL提取液于比色管中，稀释定容至5mL，在480 nm波长下测吸光度。分别试验上述各混合溶剂的最佳体积比。采用同样方法比较石油醚、正己烷、乙酸乙酯和最佳体积比各二元溶剂对西瓜番茄红素提取液吸光度的影响。

1.3.4 温度对西瓜番茄红素提取效率的影响

称取5份西瓜果肉样品于比色管内，每份2.0 g，各加入6.0mL体积比为7∶1的乙酸乙酯：丙酮混合溶剂，水浴加热，加热温度分别为，20、30、40、50、60℃，浸提1 h。取1.0mL提取液于比色管中用乙酸乙酯：丙酮混合溶剂稀释定容至5.0mL，在480 nm波长下测吸光度。

1.3.5 时间对西瓜番茄红素提取效率的影响

称取6份西瓜果肉样品于比色管内，每份2.0 g，各加入6.0mL体积比为7∶1的乙酸乙酯：丙酮混合溶剂，40℃水浴加热浸提。改变浸提时间使之分别为20、40、60、80、100、120min，冷却至室温，取1.0mL提取液于比色管中用乙酸乙酯：丙酮混合溶剂稀释定容至5.0mL，在480 nm波长下测吸光度。

1.3.6 料液比对西瓜番茄红素提取效率的影响

称取5份西瓜果肉样品于刻度离心试管内，每份2.0 g，分别加入体积比为7∶1的乙酸乙酯：丙酮混合溶剂2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0mL，即其料液比分别为1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6，40℃水浴加热浸提1 h。冷却至室温，离心，将提取液转移至比色管中，用乙酸乙酯：丙酮混合溶剂定容至30.0mL，在480 nm波长下测吸光度。

1.3.7 pH对西瓜番茄红素提取效率的影响

称取5份西瓜果肉样品于比色管内，每份2.0 g，各加入8.0mL体积比为7∶1的乙酸乙酯：丙酮混合溶剂，调节使溶液pH分别为4、5、6、7、8、40℃水浴加热浸提1 h。冷却至室温，取1.3mL提取液于比色管中稀释定容至5.0mL，在480 nm波长下测吸光度。

1.3.8 正交试验

在前面单因素实验中我们已经确定了提取西瓜番茄红素最佳溶剂，浸提时影响番茄红素提取的4个主要因素，即提取剂用量、pH、浸提时间和浸提温度，据此设计正交实验优化西瓜番茄红素提取工艺。

2 结果与讨论

2.1 溶剂对西瓜番茄红素提取效率的影响

试验了体积比不同的乙酸乙酯-丙酮、石油醚-丙酮、正己烷-丙酮、石油醚-乙酸乙酯等二元混合溶剂对西瓜番茄红素提取的效率，实验发现乙酸乙酯-丙酮混合溶剂的最佳体积比为7∶1，石油醚-丙酮混合溶剂的最佳体积比为8∶1，正己烷-丙酮混合溶剂的最佳体积比为6∶1，乙酸乙酯-石油醚混合溶剂的最佳体积比为4∶1。

试验并比较了提取效果较好的石油醚、正己烷、乙酸乙酯、体积比为7∶1的乙酸乙酯-丙酮、体积比为8∶1的石油醚-丙酮，体积比为6∶1的正己烷-丙酮、体积比为4∶1的乙酸乙酯-石油醚提取液溶液的吸光度。实验结果如图2所示。

图2 溶剂对提取西瓜番茄红素的影响Fig.2 Effectof solventon extraction of lycopene from watermelon

结果表明：以体积比为7∶1的乙酸乙酯-丙酮混合溶剂提取西瓜番茄红素的提取效果最好。所以以体积比为7∶1的乙酸乙酯-丙酮作为西瓜番茄红素的提取溶剂。

2.2 温度对西瓜番茄红素提取效率的影响

温度对西瓜番茄红素提取效率的影响如图3所示。

图3 温度对西瓜番茄红素浸提效果的影响Fig.3 Effectof temperatureon extraction ofwatermelon lycopene

结果表明：番茄红素的提取液吸光度随温度的升高而增大，到达40℃时提取吸光度达到最大，40℃后番茄红素的吸光度明显下降。

2.3 时间对西瓜番茄红素提取效率的影响

时间对西瓜番茄红素提取效率的影响如图4所示。

结果表明：番茄红素的提取率随时间的增加而升高，当时间为60min时提取率达到最大，而60min过后吸光度有微小的下降，且趋势趋于平稳。

2.4 料液比对西瓜番茄红素提取效率的影响

料液比对西瓜番茄红素提取效率的影响如图5所示。

图4 提取时间对西瓜番茄红素浸提效果的影响Fig.4 Effectof timeon extraction ofwaterm elon lycopene

图5 料液比对西瓜番茄红素浸提效果的影响Fig.5 Effectof solid-liquid ratio on extraction ofwaterm elon lycopene

结果表明：番茄红素的提取液吸光度随提取溶剂用量的增加而增大，当料液比到达1∶4 g/mL时番茄红素提取率达到最大，料液比继续增加溶液吸光度变化不大，所以选定料液比为1∶4 g/mL。

2.5 pH对西瓜番茄红素提取效率的影响

pH对西瓜番茄红素提取效率的影响见图6。

图6 溶液pH对西瓜番茄红素浸提效果的影响Fig.6 Effectof pH on extraction ofwatermelon lycopene

结果表明：在酸性条件下，番茄红素的提取率随、pH的增大而增大，当pH为6时番茄红素提取率达到最大，而当pH超过6时，番茄红素的提取率又随pH的增大而大幅减小。

2.6 正交试验

正交试验见表1、表2。

表1 L19（33）正交试验因素及水平列表Table1 Levelsand factorsof orthogonalexperiment

表2 正交试验结果Tab le2 Resultsof orthogonalexperim ents

实验结果表明：由正交试验结果表可知，用乙酸乙酯：丙酮（7∶1）作为溶剂提取西瓜中番茄红素时，因素影响顺序为D＞A＞C＞B，由极差分析得最优西瓜番茄红素提取方案为pH=6，料液比为1∶4，浸提温度为45℃，浸提时间为50min。

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The Orthogonal Experiment M ethod Extracting Lycopene in W atermelon

LIUYi-qing1，2

（1.College of Food Science&Technology，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，Hubei，China；2.Chemical and environmental engineering institute of Jianghan University，Wuhan 430056，Hubei，China）

In thispaper，lycopenewasextracted from watermelonwith the componentsolventofethylacetateand acetone，the volume ratiowas7∶1.Effectofextraction time，extraction temperature，solid-liquid ratio，pH on extraction ofwatermelon lycopenewerestudied.The lastorthogonalexperimentsshowed theoptimum conditions：solid-liquid ratiowas1∶4，the temperaturewas45℃，the timewas50min，pH=6.

watermelon；lycopene；extract；orthogonal

2013-06-20

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.23.013

刘义庆（1964—），男（汉），副教授，在职博士研究生，主要从事农产品加工与药物分析研究。