一种采用亚临界流体对番茄皮渣进行萃取的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种针对番茄产业的副产物番茄皮渣中的活性物质进行提取开发的 新型技术。具体而言，本发明涉及一种采用物理方法对番茄皮渣进行萃取的方法，尤其是采 用亚临界流体在温度低于60°C的情况下对番茄皮渣进行活性物质、特别是番茄红素进行高 效分离提取，得到高产量番茄红素的方法，并且，所述方法对于番茄皮渣中的水分含量要求 宽松，即使是对于高水分含量的番茄皮渣，也可进行有效的萃取。
【背景技术】
[0002] 番茄是我国主要的蔬菜品种，也是主产区新疆和内蒙的重要作物之一。但是，近年 来，对于以大宗初加工番茄酱出口为主的中国番茄业务，由于受到原料价格上升、人民币升 值、劳动力成本上升以及产率低等因素的影响，导致目前生产成本急剧飙升、种植也随之减 产。2012年，中国番茄产量下降高达60% ;2013年，中国36% -38%的番茄酱与其它主产 国番茄酱运至欧基港的成本水平相当，在国际市场中，以往的价格优势将不复存在。为此， 延伸番茄制品加工线、合理有效地利用资源、拓展番茄的深加工、提升番茄产品的附加值已 成为目前摆脱困境的努力方向。
[0003] 番茄皮渣是番茄酱厂在加工过程中由番茄皮和番茄籽产生的废料，占番茄总量的 3wt%。2012年，中国番茄产量约为323万吨，由此产生约9万吨的番茄皮渣废料。目前，这 些废料只能以非常低廉的价格出售，还有相当一部分的番茄皮渣被白白浪费掉。
[0004] 已知番茄皮渣不仅含有较高含量的番茄红素（高达约30mg/100g)，附着于番茄皮 和番茄籽的水溶性成分中还含有大量的生物活性成分，根据专利W099/55350,这些成分主 要包括类黄酮糖苷、类黄酮酯衍生物、类黄酮、酚酸、酚酯衍生物、酚酸糖苷、核苷、核苷酸等 多种生物活性化合物。临床试验表明，这些水溶性的生物活性成分具有明显的抗血小板凝 结功效，从而可以有效预防静脉血栓的形成，维护人体的心脑血管健康。
[0005] 此外，根据刘达玉等人的研究成果（刘达玉、钟世荣，番茄皮渣组成与利用价值研 究，四川轻化工学院学报，2000 (1) :28-30)，番茄籽蛋白的氨基酸种类较为齐全，尤其富含 谷氨酸、天门冬氨酸、精氨酸、赖氨酸等，亮氨酸、丝氨酸、脯氨酸的含量也较高。特别是，作 为人体必需氨基酸的赖氨酸，其在番茄籽蛋白中的含量明显比谷类食物中的含量高。因此， 番茄籽蛋白可考虑作为强化谷物食品中第一限制性氨基酸（赖氨酸）的蛋白源，具有高赖 氨酸和高钙双重强化作用。此外，番茄皮也是开发高钙型膳食纤维的潜在原料。利用数量 巨大的番茄皮渣，生产高附加值的番茄组合萃取物，有效利用番茄籽植物蛋白和纤维等有 效成分，既避免了资源浪费和环境污染，又能增加番茄产业的经济效益，减轻大宗番茄酱的 生产成本压力。
[0006] 目前已知，现有技术中有关于从番茄皮渣中提取番茄红素的方法的报道。中国专 利申请公开号CN101449801A(发明名称：从番茄皮渣中提取番茄红素的方法）中提出采 用胶体磨将番茄皮粉碎后，用乙醇进行脱水预处理，滤渣要进行几次脱水除杂处理后再进 行有机溶剂提取，该方法在萃取完毕后需要去除有机溶剂，采用真空浓缩脱溶，溶剂处理量 大，预处理和萃取流程长，能耗高。
[0007] 中国专利申请公开号CN101810225A中提出采用含有1-3个碳原子的碳氢氟化合 物作为主要亚临界萃取溶剂，添加正己烷、丙酮等有机溶剂作为辅助共溶剂对番茄皮渣进 行萃取。该方法也需要对物料进行脱水预处理。
[0008] 由此可见，现有技术的提取方法对番茄皮渣中的含水量要求相对严苛，需要对工 业生产中产生的高含水量的番茄皮渣废料进行预脱水处理后才能进行提取，增加了工艺难 度和损耗。
[0009] 此外，根据梁智慧等人（梁智慧，番茄皮渣中番茄红素的提取及其稳定性的研究， 石河子大学，硕士论文）的研究，将番茄皮渣放置在避光处，六天内番茄皮渣中的番茄红素 可有最初的29. 8mg/100g下降为11. 9mg/100g，损失将近60%。
[0010] 由此可见，番茄红素在番茄皮渣中的含量在脱水晒干的过程中损耗高，导致番茄 红素的产率偏低。并且，有机溶剂作为辅助共溶剂萃取也增加了萃取产物的溶剂残留机会， 需要额外去除。
[0011] 亚临界流体是指高于沸点、低于临界温度和临界压力，以流体形式存在的物质。亚 临界流体分子的扩散性能增强，传质速度加快，对天然产物中弱极性以及非极性物质的渗 透性和溶解能力显著提高。亚临界流体萃取技术是以亚临界状态的流体或亚临界流体的混 合溶液为溶媒，在系统内对溶质相继经过浸提、蒸发脱溶、压缩、冷凝回收等过程，是从天然 产物中提取目标组分的一种新技术。相比于传统的萃取方法，亚临界流体萃取技术对热敏 性成分的结构破坏小、目标组分完整无损，被视为绿色环保、前景广阔的一项变革性技术， 在食品、药品、特种油脂、天然色素和香精等的提取方面得到广泛应用。
【发明内容】
[0012] 本发明的主要目的在于克服现有提取方法中对于番茄皮渣含水量要求严苛的不 足，提供一种对于番茄皮渣的含水量要求宽松的提取方法。即使所述番茄皮渣的含水量高 达90wt%，也可以进行高效提取。所述方法利用亚临界流体萃取技术对番茄皮渣中的活性 物质、尤其是番茄红素进行萃取。本发明的方法由于对番茄皮渣的含水量要求宽松，因而无 需预脱水处理，也避免了番茄红素在预处理过程中的损耗。亚临界流体萃取技术既具备超 临界萃取溶剂残留少的优点，又具有常规溶剂萃取工艺简单、设备成本低的优点。此外，亚 临界流体萃取工艺在密封、无氧、低压的条件下进行，对所萃取的活性物质的结构破坏小， 而且萃取后的后续处理工艺所需的能耗低，所得产品中的溶剂残留要低于常规溶剂萃取工 艺的溶剂残留，具有规模化生产的潜力。
[0013] 本发明的方法是采用番茄皮渣作为原料，经萃取获得番茄皮渣萃取混合物和番茄 皮渣萃余物。所述番茄皮渣萃取混合物中含有所述亚临界流体以及溶于所述亚临界流体中 的番茄皮渣萃取物，将其中的亚临界流体气化后，获得作为最终产品的番茄皮渣萃取物。
[0014] 具体而言，本发明采用亚临界流体对番茄皮渣进行萃取的方法包括以下步骤：
[0015] 1)将粉碎的番茄皮渣在温度15-60°C、压力0.4-4MPa下，采用亚临界流体萃取 0. 5-6h，得到番茄皮渣萃取混合物；
[0016] 2)将步骤1)得到的所述番茄皮渣萃取混合物保持在温度40_60°C、压力0. 2_2MPa 下，使其中的所述亚临界流体气化，得到番茄皮渣萃取物。
[0017] 本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0018] (1)目前常用的溶剂提取工艺中溶剂的沸程一般为60-90°C，欲脱除番茄皮渣提 取料渣中的溶剂需使温度上升到l〇〇°C以上，从而造成了番茄皮渣提取料渣中蛋白的严重 变性。与之不同，本发明的亚临界流体对番茄皮渣进行萃取的方法，萃取和脱除溶剂过程中 的温度和压力较低（温度不超过60°c、压力不超过4MPa)，保证提取过程中番茄皮渣中的粗 蛋白等生物活性物质不会因高温变性而被破坏，在实现良好提取活性物质的同时，较好地 保留了番茄皮渣的营养成分，便于后续的再利用，提高了番茄皮渣的附加值。
[0019] (2)亚临界流体在常温下就即可完全挥发，产品中溶剂残留量低；萃取、分离过程 所需的压力都较低、所用溶剂可循环使用，设备及生产成本较低。
[0020] (3)以往亚临界流体萃取时，对于番茄皮渣的水分含量要求严苛，过高的水分含量 会干扰活性成分在弱极性溶剂的溶解性，导致萃取效率降低；相反，本发明的技术方案可以 放宽亚临界流体对于番茄皮渣水分含量的要求，即使番茄皮渣的水分含量高达90wt%的情 况下，仍可以得到较好的萃取效率。
【附图说明】
[0021] 图1为亚临界流体制备番茄皮渣萃取物的优选的工艺流程图示例。
[0022] 附图标记
[0023] 1.萃取釜；2.分离釜；3.收集釜；4.缓冲罐；5.储气罐；6.气瓶；7.热交换器； 8.真空栗；9.压缩机
【具体实施方式】
[0024] 作为优选的实施方式，本发明采用亚临界流体对番茄皮渣进行萃取的方法包括以 下步骤：
[0025] (1)将番茄皮渣置于萃取釜1，打开所述萃取釜1、分离釜2和真空栗8,将系统 抽真空以排出系统中的空气；之后，关闭萃取釜1和分离釜2之间的阀门，接通气瓶6,通 入亚临界流体，使待萃取的番茄皮渣浸泡于所述亚临界流体中，保持温度15-60°C、压力 0. 4-4MPa 下，萃取 0. 5-6h ;
[0026] (2)通过所述萃取釜1和所述分离釜2之间的压力差，在所述分离釜2中获得番茄 皮渣萃取混合物，在所述萃取釜1中留存番茄皮渣萃余物和部分亚临界流体；
[0027] (3)调节所述萃取釜1与所述分离釜2之间的阀门，控制所述分离釜2的温度为 30-60°C、压力为0. 2-2MPa，使所述番茄皮渣萃取混合物中的亚临界流体进入分离釜后气 化，在分离釜2中沉淀富集得到所述番茄皮渣萃取物。
[0028] 优选地，在对所述番茄皮渣进行萃取前，对所述番茄皮渣进行粉碎处理，使得番茄 皮渣的粒度分布为40-100目。
[0029] 优选地，在对所述番茄皮渣进行萃取前，对所述番茄皮渣的含水量范围进行调节， 将其含水量控制在5wt% -90wt%的范围内。
[0030] 其中，所述亚临界流体是指高于沸点、低于临界温度和临界压力、以流体形式存在 的物质。本发明中，所述亚临界流体包括以亚临界流体形式存在的醚或者是醚与烷的混合 物，所述醚包括甲醚、甲乙醚和/或乙醚，所述烷包括丙烷、丁烷、异丁烷、二氯二氟甲烷、一 氯三氟甲烷、二氯氟甲烷、三氯氟甲烷、1，2-二氯四氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷中的一种或 多种，但并不限于此。
[0031] 更优选地，所述亚临界流体为以亚临界流体形式存在的甲醚、或者丁烷、或者甲醚 与丁烷的混合物。
[0032] 优选地，萃取时，控制所述番茄皮渣与所述亚临界流体的重量比为1: (1-20)。
[0033] 优选地，所述步骤（1)中，所述亚临界流体以lkg/h_50kg/h的流量进行萃取。
[0034] 步骤（3)中，在萃取过程中，调节分离釜2与收集釜3之间的阀门，使作为所述番 茄皮渣萃取混合物液体进入收集釜3中，以便实时对所述番茄皮渣萃取物进行监测。
[0035] 作为优选的实施方式，本发明中所