番茄酱渣料的综合利用工艺研究(1)
摘 要：该研究采用超临界CO2流体萃取技术分别提取出番茄红素和番茄籽油，从而确定这两种提取产物最合理的工艺条件。最终，当萃取压力为25Mpa，温度为40℃，二氧化碳(CO2)流量在20kg/h，萃取2个小时就能够将番茄中90%以上的番茄红素提取出来；在萃取压力为35Mpa，温度为40℃，CO2流速为20kg/h，萃取时间选择1h的情况下，可以得到85%以上的番茄籽油。
关键词：超临界CO2流体萃取 番茄红素 番茄籽油
在番茄酱生产的精制工段，破碎得到的番茄浆汁通过精制机将其中的皮籽分离排出，通常情况下皮籽的出率为原料的3%左右。目前，生产番茄酱时分离出的皮籽往往被低价直接出售给农民作为牲畜饲料，而没有及时清运的皮籽将严重影响加工厂的排水和卫生。但是，番茄皮籽中含有较丰富的蛋白质、脂肪、粗纤维以及番茄红素，经加工利用后可以产生更多的经济价值，国内外有关科研机构就如何回收利用这些营养物质做了大量研究[1]。
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番茄红素又称ψ-胡萝卜素，属于异戊二烯类化合物，是类胡萝卜素的一种[2]。番茄红素具有抗氧化和预防衰老的特殊功效，不但对癌症有预防效果，还能间接提高人体免疫力，可作为提高人体自身机能的保健品。番茄籽油富含亚油酸、亚麻酸，在抗动脉粥样硬化、调节血压等疾病方面具有显著效果。番茄籽油由约75%的不饱和脂肪酸和约25%的饱和脂肪酸组成[3]，其中，不饱和脂肪酸可以改变脂蛋白的分子排列结构，促使脂蛋白充分流动，从而起到改善血管壁的作用。
超临界流体(supercritical fluids，SCF)是指超过临界温度和临界压力状态的流体，将超临界流体优异的溶剂性能用于萃取，能在食品、生化、化工及化学分析等领域拥有广泛的应用前景。目前，最受青睐的是超临界 CO2流体萃取技术，这是因为CO2不仅具有较低的临界温度——适用于食品生产加工，其对热敏性物料和生物活性物质十分有利，且安全无毒、无味、无色、对产品无害，易与萃取物分离，无残留，产物品质高[4，5]。
当前，国内外番茄红素的生产企业采用的生产方法主要有溶剂萃取法、超临界萃取法、微波法、化学合成法、超声波辅助溶剂萃取法等，但是以上传统溶剂萃取法存在有机溶剂的残留，对于食品加工业来说具有局限性。超声波辅助溶剂萃取法产量较低[6]，难以实现规模化生产。因此，本试验利用超临界CO2流体萃取技术，在适当条件下从番茄的皮和籽中提取出番茄红素和番茄籽油，以确定番茄紅素和番茄籽油提取产物合理的工艺条件。
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1 材料与方法
1.1 材料与仪器
材料：番茄皮籽由山西华晟果蔬饮品有限公司提供；CO2纯度在99.5%以上；试剂均为分析纯。
仪器：FW200A型粉碎机(昆山强威粉体设备有限公司)；GZX-9070 MBE型数显鼓风干燥箱(上海博迅实业有限公司医疗设备厂)；Ha20-50-2型超临界萃取装置(江西华云超临界萃取设备公司)；LA204型电子分析天平(常熟市鸿泰仪器仪表技术有限公司)。
1.2 工艺流程简述
1.2.1 超临界CO2流体萃取工艺流程
超临界CO2流体萃取工艺流程如图1所示[7]。萃取率的计算方式为：
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1.2.2 超临界CO2流体提取番茄红素
称取100g番茄籽粉置于萃取罐中，二氧化碳从储气罐中经净化器流出，在制冷槽中液化，而后再由高压泵和热流交换装置进入到后面的萃取装置，并且升高压力至预定的实验压力，最终形成超临界流体。在萃取器中，超临界流体与原料物融合后经一系列反应将其中的番茄红素溶解出来。实验过程中优先考虑的因素有：时间、温度、压力。分离之后得到番茄红素的混合物进行称重处理，然后计算番茄红素的最终萃取率[8]。
1.2.3 超临界CO2流体提取番茄籽油
称取100g番茄籽粉置于萃取缸中，根据萃取条件的多次改变来进行多次实验。将CO2从储存的钢瓶放出后，首先净化器将气体进一步除去杂质后到达液化槽，然后通过液压泵，预热器使流体到达超临界状态，再次经净化器b去往萃取缸与原料汇合。萃取完成后，流体带着目标产品进入分离器，分离器a压力为6.0～7.0Mpa，分离器b压力为4.0～5.0Mpa，随压力逐级减少，流体对萃取物的溶解能力逐步下降，目的产物被分离出来。此次实验采用温度相同的方法来实现分离，流经不同压力的分离器因CO2溶解能力变小，萃取物与CO2分离[9]。
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1.3 单因素及正交试验
为得到番茄红素和番茄籽油提取的优化工艺条件，以萃取时间、萃取压力、CO2流量、萃取温度作为考察因素，进行单因素试验并测定提取率；通过正交试验确定最优工艺条件。
1.4 数据分析
所有实验重复3次，利用Excel 2003进行表格制作与数据分析。
2 结果与讨论
2.1 超临界CO2流体提取番茄红素的优化
2.1.1 萃取时间对超临界CO2流体提取番茄红素的优化
图2表明，在压力为25Mpa，温度40℃，CO2流速为20kg/h的条件下，萃取时间的差异将直接影响番茄红素的回收率。图中可以明显看出，实验时间越长番茄红素的回收率越好，在2h时更是到达了96.1%。随着时间的推移，传质效果好，萃取率增大；当大部分物质被提取后，随着时间的延长，萃取率变化不大。考虑到生产的实际运用和成本预算不提倡长时间作业，所以在生产中选择的萃取时间维持在2小时最佳。
, http://www.100md.com(解谦 杨阳 刘利萍 师小勇 李宝园 刘利萍)
关键词：超临界CO2流体萃取 番茄红素 番茄籽油
在番茄酱生产的精制工段，破碎得到的番茄浆汁通过精制机将其中的皮籽分离排出，通常情况下皮籽的出率为原料的3%左右。目前，生产番茄酱时分离出的皮籽往往被低价直接出售给农民作为牲畜饲料，而没有及时清运的皮籽将严重影响加工厂的排水和卫生。但是，番茄皮籽中含有较丰富的蛋白质、脂肪、粗纤维以及番茄红素，经加工利用后可以产生更多的经济价值，国内外有关科研机构就如何回收利用这些营养物质做了大量研究[1]。
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番茄红素又称ψ-胡萝卜素，属于异戊二烯类化合物，是类胡萝卜素的一种[2]。番茄红素具有抗氧化和预防衰老的特殊功效，不但对癌症有预防效果，还能间接提高人体免疫力，可作为提高人体自身机能的保健品。番茄籽油富含亚油酸、亚麻酸，在抗动脉粥样硬化、调节血压等疾病方面具有显著效果。番茄籽油由约75%的不饱和脂肪酸和约25%的饱和脂肪酸组成[3]，其中，不饱和脂肪酸可以改变脂蛋白的分子排列结构，促使脂蛋白充分流动，从而起到改善血管壁的作用。
超临界流体(supercritical fluids，SCF)是指超过临界温度和临界压力状态的流体，将超临界流体优异的溶剂性能用于萃取，能在食品、生化、化工及化学分析等领域拥有广泛的应用前景。目前，最受青睐的是超临界 CO2流体萃取技术，这是因为CO2不仅具有较低的临界温度——适用于食品生产加工，其对热敏性物料和生物活性物质十分有利，且安全无毒、无味、无色、对产品无害，易与萃取物分离，无残留，产物品质高[4，5]。
当前，国内外番茄红素的生产企业采用的生产方法主要有溶剂萃取法、超临界萃取法、微波法、化学合成法、超声波辅助溶剂萃取法等，但是以上传统溶剂萃取法存在有机溶剂的残留，对于食品加工业来说具有局限性。超声波辅助溶剂萃取法产量较低[6]，难以实现规模化生产。因此，本试验利用超临界CO2流体萃取技术，在适当条件下从番茄的皮和籽中提取出番茄红素和番茄籽油，以确定番茄紅素和番茄籽油提取产物合理的工艺条件。
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1 材料与方法
1.1 材料与仪器
材料：番茄皮籽由山西华晟果蔬饮品有限公司提供；CO2纯度在99.5%以上；试剂均为分析纯。
仪器：FW200A型粉碎机(昆山强威粉体设备有限公司)；GZX-9070 MBE型数显鼓风干燥箱(上海博迅实业有限公司医疗设备厂)；Ha20-50-2型超临界萃取装置(江西华云超临界萃取设备公司)；LA204型电子分析天平(常熟市鸿泰仪器仪表技术有限公司)。
1.2 工艺流程简述
1.2.1 超临界CO2流体萃取工艺流程
超临界CO2流体萃取工艺流程如图1所示[7]。萃取率的计算方式为：
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1.2.2 超临界CO2流体提取番茄红素
称取100g番茄籽粉置于萃取罐中，二氧化碳从储气罐中经净化器流出，在制冷槽中液化，而后再由高压泵和热流交换装置进入到后面的萃取装置，并且升高压力至预定的实验压力，最终形成超临界流体。在萃取器中，超临界流体与原料物融合后经一系列反应将其中的番茄红素溶解出来。实验过程中优先考虑的因素有：时间、温度、压力。分离之后得到番茄红素的混合物进行称重处理，然后计算番茄红素的最终萃取率[8]。
1.2.3 超临界CO2流体提取番茄籽油
称取100g番茄籽粉置于萃取缸中，根据萃取条件的多次改变来进行多次实验。将CO2从储存的钢瓶放出后，首先净化器将气体进一步除去杂质后到达液化槽，然后通过液压泵，预热器使流体到达超临界状态，再次经净化器b去往萃取缸与原料汇合。萃取完成后，流体带着目标产品进入分离器，分离器a压力为6.0～7.0Mpa，分离器b压力为4.0～5.0Mpa，随压力逐级减少，流体对萃取物的溶解能力逐步下降，目的产物被分离出来。此次实验采用温度相同的方法来实现分离，流经不同压力的分离器因CO2溶解能力变小，萃取物与CO2分离[9]。
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1.3 单因素及正交试验
为得到番茄红素和番茄籽油提取的优化工艺条件，以萃取时间、萃取压力、CO2流量、萃取温度作为考察因素，进行单因素试验并测定提取率；通过正交试验确定最优工艺条件。
1.4 数据分析
所有实验重复3次，利用Excel 2003进行表格制作与数据分析。
2 结果与讨论
2.1 超临界CO2流体提取番茄红素的优化
2.1.1 萃取时间对超临界CO2流体提取番茄红素的优化
图2表明，在压力为25Mpa，温度40℃，CO2流速为20kg/h的条件下，萃取时间的差异将直接影响番茄红素的回收率。图中可以明显看出，实验时间越长番茄红素的回收率越好，在2h时更是到达了96.1%。随着时间的推移，传质效果好，萃取率增大；当大部分物质被提取后，随着时间的延长，萃取率变化不大。考虑到生产的实际运用和成本预算不提倡长时间作业，所以在生产中选择的萃取时间维持在2小时最佳。
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