本发明属于食品加工领域，涉及一种提取番茄红素的方法，尤其涉及一种从番茄种属的果实中提取番茄红素的方法。
背景技术：
番茄红素（lycopene）是一种天然类胡萝卜素，分子式为c40h56，相对分子量为536.85，由于含有11个共轭双键和2个非共轭双键，所以具有极强的抗氧化能力（其抗氧化能力是β-胡萝卜素的2倍，维生素e的100倍），具有多种重要的生理活性，如猝灭单线态氧和清除自由基，具有降低血脂，减缓动脉粥样硬化、抗癌和活化免疫细胞作用等功能，因此具有极高的开发价值。
近年来，番茄红素作为天然食用色素、营养素及营养着色双重作用的食品添加剂而广泛应用于保健食品，医药和化妆品工业，已经成为国内外营养学、医学、食品学等学科的研究热点。
番茄红素在自然界广泛分布于多种植物中，如番茄、胡萝卜、西瓜、柑橘、红色葡萄柚等均含有番茄红素，其中番茄和圣女果中番茄红素含量最高，新鲜的番茄中番茄红素约为30-200mg/kg，主要分布于番茄的水不溶性部分和皮中，占番茄中番茄红素的72-92％，其中番茄皮中番茄红素的含量最高。
目前，番茄红素主要从番茄中提取，较少从圣女果中提取。圣女果，也称樱桃番茄，是茄科番茄属中的一年生草本植物的果实，其色泽鲜艳、酸甜适口、营养丰富，是一种水果型蔬菜。由于国内消费需求旺盛，我国圣女果产量迅速增加，带动整个圣女果产业发展。圣女果收获加工过程中，会产生大量圣女果次果，由于加工技术落后，这些次果利用率低，除部分作为饲料使用外，大部分废弃于农田中，造成资源浪费。
番茄红素提取纯化专利技术已经有很多种，主要有溶剂提取法，多采用诸如二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、丙酮等溶剂提取，上述方法使用的溶剂毒性较大，或存在易燃易爆等安全隐患，对操作者和环境都有较大危害；并且，为避免污染环境，溶剂需要回收处理，一方面增加生产成本，另一方面，溶剂的回收时的加热浓缩会造成番茄红素的降解，影响产品的品质；更严重的是，经溶剂提取后的残渣物料存在溶剂残留，限制该资源的应用范围。因此，亟需一种新的提取番茄红素的方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种提取番茄红素的方法，其中，该方法包括以下步骤：步骤1）提供番茄种属的果实，并将所述果实破碎打浆后获得第一浆液；步骤2）对所述第一浆液进行超声醇提获得第二浆液；步骤3）对所述第二浆液进行离心，收集沉淀物；干燥所述沉淀物并粉碎获得粉碎物；步骤4）对步骤3）获得的粉碎物进行亚临界萃取获得番茄红素粗品；步骤5）纯化所述番茄红素粗品获得番茄红素产品。
优选的，在所述步骤2）中，在所述第一浆液中加入醇提溶剂，再转移至反应罐中进行超声醇提处理，其中，超声醇提的处理温度为20~50℃，处理时间为0.5~3h；超声频率为10~60khz，超声强度为20~200w/kg。
优选的，所述醇提溶剂为低级醇、低级醇溶液或低级醇与氨水的混合溶液，所述低级醇为甲醇和/或乙醇，其中，并且所述第一浆液与所述醇提溶剂的比值为1kg:1l~1kg:3l。
优选的，所述低级醇与氨水的混合溶液中，低级醇的体积占总体积的30%~70%，氨水的体积占总体积的10%~20%。
优选的，在所述步骤3）中，离心采用平板离心方式，离心转速为2000~5000rpm，并采用100~400目的滤布收集所述沉淀物。
优选的，所述步骤4）中，筛取颗粒度小于等于200目的所述粉碎物进行亚临界萃取，其中，所述亚临界萃取所采用的萃取溶剂包含丙烷、丁烷或液化天然气，所述粉碎物与所述萃取溶剂的比值范围为1kg:4l~1kg:16l。
优选的，所述萃取溶剂中还含有10%~25%体积百分比的夹带剂，所述夹带剂为乙醇。
优选的，所述步骤4）中，所述亚临界萃取的温度为20~50℃，萃取次数为2~6次，每次萃取时间为15~150min。
优选的，所述步骤5）中，在所述番茄红素粗品中加入纯化溶剂，调节温度至-60~5℃，静置0.5~5h，冷却结晶后，抽滤获得所述番茄红素产品；所述纯化溶剂为石油醚或正已烷或它们混合液，所述番茄红素粗品与纯化溶剂的比值为1kg:1l~1kg:4l。
优选的，所述番茄种属的果实为圣女果。
与现有技术相比，本发明的提取番茄红素的方法首次采用了超声醇提与亚临界萃取工艺的结合，具有以下有益效果：
1）获得的番茄红素产品的纯度较高，可以作为原料应用于食品、化妆品或保健品行业；
2）提取条件温和，使用的化学试剂毒腐性很小，安全性好，并且易于回收处理，减少了设备防腐和治污处理成本；
3）操作简便、处理量大，实现了番茄红素的提取制备的工业化，特别是实现从圣女果中提取制备番茄红素的工业化，为圣女果的提质增效开发开辟了新的途径，增加了番茄红素的来源，具有积极的经济价值。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。
本发明提供了一种提取番茄红素的方法，其中，该方法包括以下步骤：步骤1）提供番茄种属的果实，并将所述果实破碎打浆后获得第一浆液；步骤2）对所述第一浆液进行超声醇提获得第二浆液；步骤3）对所述第二浆液进行离心，收集沉淀物；干燥所述沉淀物并粉碎获得粉碎物；步骤4）对步骤3）获得的粉碎物进行亚临界萃取获得番茄红素粗品；步骤5）纯化所述番茄红素粗品获得番茄红素产品。
在本发明的一个具体实施方案中，番茄种属的果实可以采用番茄或者圣女果。优选的，采用圣女果。
由于圣女果收获加工过程中，会产生大量圣女果次果，由于加工技术落后，这些次果利用率低，除部分作为饲料使用外，大部分废弃于农田中，造成资源浪费。因此，在本发明的一个更优选地实施方案中，番茄种属的果实可以采用圣女果次果。“圣女果次果”是指田间废弃的或者是经过分级筛除的圣女果，剔除发霉和未成熟的果实后所剩下的。
在本发明的一个具体实施方案中，步骤1）提供的番茄种属的果实是经过除杂清洗的果实。“除杂”是指除去未成熟、发霉的果实、树叶、树枝等。“清洗”主要是清洗果实上的泥沙和灰尘；清洗用水可以是自来水、井水或者去离子水。
在本发明的一个具体实施方案中，步骤（1）中所述的“破碎打浆”可以采用常规的果蔬破碎打浆机进行处理，获得大致均匀的果实浆液（第一浆液）。
在本发明的一个具体实施方案中，在所述步骤2）中，在、第一浆液中加入醇提溶剂，再转移至反应罐中进行超声醇提处理，其中，超声醇提的处理温度为20~50℃，处理时间为0.5~3h；超声频率为10~60khz，超声强度为20~200w/kg。优选的，超声醇提的处理温度可以为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或50℃；超声醇提的处理时间可以为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h；超声频率可以为20khz、40khz、59khz或者它们的交替组合；超声强度可以为20w/kg、50w/kg、80w/kg、100w/kg、120w/kg、150w/kg、180w/kg或200w/kg。
在本发明的一个优选实施方案中，所述超声醇提的过程采用双频超声。发明人经过大量的研究试验发现，双频超声能够更有效地破坏圣女果果实的细胞，为后续的番茄红素的提取奠定有利条件。
在本发明的一个优选实施方案中，所述醇提溶剂为低级醇、低级醇溶液或低级醇与氨水的混合溶液，所述低级醇为甲醇和/或乙醇，其中，并且所述第一浆液与所述醇提溶剂的比值为1kg:1l~1kg:3l。
在本发明的一个更优选的实施方案中，第一浆液与所述醇提溶剂的比值（即料液比值）为1kg:1l、1kg:1.5l、1kg:2l、1kg:2.5l或1kg:3l。
在本发明的另一个更优选的实施方案中，所述醇提溶剂可以为无水甲醇、甲醇的水溶液、无水乙醇、乙醇的水溶液、无水甲醇和无水乙醇混合液（任意比例的混合液）或者甲醇与乙醇的混合水溶液（任意比例的混合水溶液），其中低级醇的体积百分比可以为50%、60%、70%、80%、90%或100%。
在本发明的再一个更优选的实施方案中，所述低级醇与氨水的混合溶液中，低级醇的体积占总体积的30%~70%，氨水的体积占总体积的10%~20%。发明人经过大量的研究试验发现，在超声醇提过程中，在醇提溶剂中添加氨水可以有效加速果胶的β-消去反应，提高细胞结构的破坏程度，为番茄红素的萃取奠定有利条件。
在本发明的一个具体实施方案中，在所述步骤3）中，离心转速为2000~5000rpm，并采用100~400目的滤布收集所述沉淀物。优选的，步骤3）中可以采用平板离心机进行离心。优选的，离心转速可以为2000rpm、2500rpm、3000rpm、3500rpm、4000rpm、4500rpm或5000rpm。优选的，滤布的目数可以为100目、150目、200目、250目、300目、350目或400目。
在本发明的一个具体实施方案中，在所述步骤3）中，所述沉淀物的干燥温度为40~65℃，干燥时间为3~10h。优选的，沉淀物的干燥温度可以为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃或65℃。优选的，干燥时间可以为3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h。
在本发明的一个具体实施方案中，所述沉淀物的干燥方式可以是鼓风干燥、真空干燥或微波干燥。
在本发明的一个具体实施方案中，所述步骤4）中，筛取颗粒度小于等于200目的所述粉碎物进行亚临界萃取，所述亚临界萃取所采用的萃取溶剂包含丙烷、丁烷或液化天然气，所述粉碎物与所述萃取溶剂的比值范围为1kg:4l~1kg:16l。
在本发明的一个优选实施方案中，所述萃取溶剂中还含有10%~25%体积百分比的夹带剂，所述夹带剂为乙醇。发明人经过大量研究试验发现，在亚临界萃取中，在萃取溶剂中添加乙醇作为夹带剂，在提高萃取剂的极性的同时，也促进物料内部浸润，这都有利于番茄红素从物料中迁移入溶剂中。
优选的，将粉碎物过200目、180目、150目、120目、100目、80目、60目或40目的筛子。
所述“亚临界萃取”技术通过控制压力与温度，使萃取溶剂达到亚临界状态,依据有机物相似相溶的原理（通过萃取物料与萃取溶剂在浸泡过程中的分子扩散过程，达到固体物料中的脂溶性成分转移到液态的萃取溶剂中）将物料中目标物质提取出来后，随后一起进入物料收集罐中，再通过减压蒸发和溶剂气化的过程实现萃取溶剂与目的产物分离。发明人经过大量研究试验发现，将亚临界萃取技术应用于番茄红素的制备与现有技术的加热浓缩回收溶剂的过程相比，一方面由于萃取环节与溶剂环节条件温和，大大减少番茄红素的损失，番茄红素的提取效率更高，另一方面，提取过后的物料残渣中的溶剂残留少，环境压力小，也为后续进一步的资源利用提供了可能。
在本发明的一个具体实施方案中，所述步骤4）中，所述亚临界萃取的温度为20~50℃，萃取次数为2~6次，每次萃取时间为15~150min。优选的，亚临界萃取的温度为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或50℃；优选的，萃取次数为2次、3次、4次、5次或6次；优选的，每次萃取时间为15min、30min、45min、60min、90min、120min或150min。
在本发明的一个具体实施方案中，所述步骤5）中，在所述番茄红素粗品中加入纯化溶剂，调节温度至-60~5℃，静置0.5~5h，冷却结晶后，抽滤获得所述番茄红素产品；所述纯化溶剂为石油醚或正已烷或它们混合液（混合液指石油醚与正已烷的任意比例的混合液），所述番茄红素粗品与纯化溶剂的比值（即料液比值）为1kg:1l~1kg:4l。优选的，冷却温度可以为-60℃、-50℃、-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、-5℃、0℃或5℃。优选的，所述番茄红素粗品与纯化溶剂的比值可以为1kg:1l、1kg:1.5l、1kg:2l、1kg:2.5l、1kg:3l、1kg:3.5l或1kg:4l。
在本发明的一个具体实施方案中，在所述步骤5）中，将所述番茄红素粗品装入密封容器中，再加入所述纯化溶剂，在所述密封容器中充入氮气后，密封静置。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明的方法适用于从圣女果中提取番茄红素。
本发明的提取番茄红素的方法首次采用了超声醇提与亚临界萃取工艺的结合，意外发现，两者结合的提取工艺获得的番茄红素产品的纯度较高，并且提取条件温和、安全性好，溶剂易于回收处理；更为重要的是，本发明的提取番茄红素的方法，操作简便、处理量大，实现了番茄红素的提取制备的工业化，特别是实现从圣女果中提取制备番茄红素的工业化，为圣女果的提质增效开发开辟了新的途径，增加了番茄红素的来源，具有积极的经济价值。
实施例1
实施例1提供了一种从圣女果次果中制备番茄红素的方法，其包括如下步骤：
步骤1）：收集田间废弃的圣女果10kg，剔除发霉与未成熟果实，用自来水清洗除去泥沙，沥干后，破碎打浆后获得第一浆液；
步骤2）：在步骤1）获得的第一浆液中加入15l无水乙醇，再整体转移入超声波提取仪中，采用20khz频率以1000w超声强度在40℃下，300rpm循环搅拌90min获得第二浆液，4℃避光备用；
步骤3）：将步骤2）获得的第二浆液加入到配置300目滤布的平板离心机中，采用3000rpm离心，收集滤布上的沉淀物；再将沉淀物加入到真空干燥箱中，采用50℃干燥6h，再粉碎获得粉碎物；
步骤4）：将步骤3）的粉碎物过100目筛，获得颗粒度小于等于100目的粉碎物；将0.435kg粉碎物装入200目尼龙袋中，再装入亚临界萃取罐中，采用8l亚临界萃取剂（其中丙烷7.2l，夹带剂乙醇0.8l），在40℃萃取5次，每次萃取时间为30min，将萃取液转移入物料罐中，回收丙烷，获得番茄红素粗品；
步骤5）：将步骤4）获得的番茄红素粗品，装入密封棕色玻璃瓶中，加入1l正已烷，充入氮气，密封置于-5℃中3h，抽滤，回收正已烷，获得晶体4.53g。
获得的晶体经过质谱鉴定，其分子离子峰为536.3（与番茄红素相对分子量536.89g/mol基本一致），可判定其为番茄红素；产品纯度为95%。
实施例2
实施例2提供了一种从圣女果次果中制备番茄红素的方法，其包括如下步骤：
步骤1）：收集田间废弃的圣女果50kg，剔除发霉与未成熟果实，用去离子水清洗除去泥沙，沥干后，破碎打浆后获得第一浆液；
步骤2）：在步骤1）获得的第一浆液中加入100l甲醇与氨水的混合溶液（其中，甲醇体积占溶液总体积的50%，氨水占溶液总体积的15%），再整体转移入超声波提取仪中，采用40khz频率以3000w超声强度在35℃下，500rpm循环搅拌作用150min获得第二浆液，4℃避光备用；
步骤3）：将步骤2）获得的第二浆液加入到配置400目滤布的平板离心机中，采用5000rpm离心，收集滤布上的沉淀物；再将沉淀物加入到鼓风干燥箱中，采用60℃干燥8h，再粉碎获得粉碎物；
步骤4）：将步骤3）的粉碎物过80目筛，获得颗粒度小于等于80目的粉碎物；将4.5kg粉碎物装入300目尼龙袋中，再装入亚临界萃取罐中，采用40l亚临界萃取剂（其中32l丁烷，8l夹带剂乙醇），在50℃萃取4次，每次萃取时间为40min，将萃取液转移入物料罐中，回收丁烷，获得番茄红素粗品；
步骤5）：将步骤4）获得的番茄红素粗品，装入密封棕色玻璃瓶中，加入5l石油醚，充入氮气，密封置于-10℃中2h，抽滤，回收石油醚，获得晶体21.35g。
同样的，获得的晶体经过质谱鉴定，可判定其为番茄红素；产品纯度为94.65%。
实施例3
实施例3提供了一种从圣女果次果中制备番茄红素的方法，其包括如下步骤：
步骤1）：收集田间废弃的圣女果30kg，剔除发霉与未成熟果实，用去离子水清洗除去泥沙，沥干后，破碎打浆后获得第一浆液；
步骤2）：在步骤1）获得的第一浆液中加入60l乙醇与氨水的混合溶液（其中乙醇占总体积的40%，氨水占总体积的10%），再整体转移入超声波提取仪中，采用20khz与59khz双频超声波（两种超声波功率相同，均为1800w）在40℃下，800rpm循环搅拌60min，获得第二浆液，4℃避光备用；
步骤3）：将步骤2）获得的第二浆液加入到配置200目滤布的平板离心机中，采用3500rpm离心，收集滤布上的沉淀物；再将沉淀物加入到微波干燥箱中，采用50℃干燥4h，再粉碎获得粉碎物；
步骤4）：将步骤3）的粉碎物过120目筛，获得颗粒度小于等于120目的粉碎物；将1.53kg粉碎物装入300目尼龙袋中，再装入亚临界萃取罐中，采用10l亚临界萃取剂（其中8.5l液化天然气，1.5l夹带剂乙醇），在35℃萃取3次，每次萃取时间为60min，将萃取液转移入物料罐中，回收液化天然气，获得番茄红素粗品；
步骤5）：将步骤4）获得的番茄红素粗品，装入密封棕色玻璃瓶中，加入5l石油醚，充入氮气气体，密封置于-5℃中1h，抽滤，回收石油醚，获得晶体16.33g。
同样的，获得的晶体经过质谱鉴定，可判定其为番茄红素；产品纯度为94.06%。
实施例3的对比例
对比例与实施例3的原料和操作过程基本相同，区别仅在于：
对比例的步骤2）中的醇提溶剂采用60l乙醇溶液（乙醇的体积比为40%），而实施例3的步骤2）中的醇提溶剂采用60l乙醇与氨水的混合溶液（其中乙醇占总体积的40%，氨水占总体积的10%）；对比例的步骤4）中，采用10l液化天然气作为亚临界萃取溶剂，没有加入夹带剂，而而实施例3的步骤4）中采用10l亚临界萃取剂（其中8.5l液化天然气，1.5l夹带剂乙醇）；
对比例获得的番茄红素晶体为12.05g，纯度为94.02%，产量上远低于实施例3的16.33g。
从上面实施例3与对比例的对比可以看出，在醇提溶剂中添加氨水，在亚临界萃取溶剂中增加乙醇作为夹带剂，可以显著提高从圣女果中提取番茄红素的产量。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。