全 文 ：生物技术通报
·技术与方法· BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2014年第1期
响应面分析法优化乙酸乙酯萃取番茄红素条件的研究
沈海涛  王爱英  祝建波
（石河子大学生命科学学院 石河子大学农业生物技术重点实验室，石河子 832003）
摘 要 ： 采用响应面方法对番茄酱提取番茄红素过程中的乙醇预处理方法、萃取剂萃取时间等工艺条件进行了优化。采用
Central Composite Design（CCD） 设计法，对超声波提取法和微波提取法中的乙醇预处理、萃取剂萃取时间、超声波或微波萃取功率、
溶剂量 4 个因素对番茄红素提取率的影响进行评价。结果显示，最佳提取方法为超声波提取法，无水乙醇∶番茄酱的 2.05∶1（V /
W）； 乙酸乙酯∶番茄酱 10.1∶1（V / W）； 提取时间为 490 s ； 超声波提取功率为 405 W ； 提取率为 94.42% 。微波提取最佳方法为，
无水乙醇∶番茄酱的 2.11∶1（V / W）； 乙酸乙酯∶番茄酱 10.1∶1（V / W）； 提取时间为 372.6 s ； 微波提取功率为 569.5 W ； 提取
率为 81.51% 。
关键词 ： 番茄酱 番茄红素 微波处理 超声波处理
Research on the Method of Extraction of Lycopeneprepared by
Optimizated Ethanol Using Response Surface Analysis
Shen Haitao Wang Aiying Zhu Jianbo
（College of Life Sciences of Shihezi University ；Key Agriculture Biotechnology of Shihezi University，Shihezi 832003）
Abstract:  To research the methond of extraction of lycopene repared by optimizated ethanol using response analysis. The effects of
ethanol pretreatment, extracting solvent, microwave assisted extraction and ultrasonic assisted extraction, were evaluated by using a central
composite rotatable design. Using the dehydration processing tomato sauce can obviously improve the extraction efficiency of Lycopene. Then,
the central composite design and response surface analysis were used to determine the optimal levels of the main factors. The optimal extracting
conditions and lycopene yields of ultrasound assisted extraction technology were described as follows ：the extraction time, 490 s ；the ratio
of solvent to tomato sauce, 10.1 ：1（V/W）；the ratio of anhydrous ethanol to tomato sauce, 2.05 ：1（V/W）；extraction power, 405 W ；
lycopene yields, 94.42%. The optimal extracting conditions and lycopene yields of microwave assisted extraction technology were described as
follows ：the extraction time, 372.6 s ；the ratio of solvent to tomato sauce, 10.1 ：1（V/W）；the ratio of ethanol to tomato sauce, 2.11 ：1（V/W）；
extraction power, 569.5 W ；lycopene yields, 81.51%. Results showed that pretreated by ethanol, power, extracting time and extracting solvent
were the main affecting factors.
Key words:  Tomato sauce Lycopene Microwave treatment Ultrasonic treatment
番茄红素是在自然界中发现的最重要的保健和 强的生物活性［3，4］。在体外和体内研究表明， 番茄
药用植物色素之一。它是植物在光合作用过程中合 红素具有降低多种慢性疾病发生的作用， 包括某些
成的一类色素， 广泛存在于成熟的番茄、西瓜、粉 癌症、冠状动脉粥样硬化性心脏病等［3］。正是由于
红色的葡萄柚、番石榴、木瓜等水果中［1，2］。 番茄红素诸多的保健功能， 近年来国内外市场对番
番茄红素的分子结构由 11 个共轭碳碳双键长链 茄红素商业制品的需求也呈显著上升趋势， 番茄红
组成， 所以具有不同的几何异构体 ； 在自然界中番 素提取工艺也取得了长足的发展。目前， 番茄红素
茄红素反式异构体占据主导， 而顺式异构体具有更 提取主要依赖于利用常规有机溶剂提取番茄红素和
收稿日期 ：2013-09-06
基金项目 ： 转基因动植物新品种国家重大专项（2011zx08011-002）， 石河子大学科学技术研究发展计划（2012ZRKXYQ-YD15）
作者简介 ： 沈海涛， 男， 硕士， 助理研究员， 研究方向 ： 植物基因工程 ；E-mail ：ghost521@126.com
通讯作者 ： 祝建波， 研究员， 研究方向 ： 植物基因工程 ；E-mail ：274831213@qq.com
84 生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第1期
超临界流体 CO2 萃取（SCFE）［5，6］。SCFE 萃取方
法具有一定优势， 但设备和能源消耗非常高。超声
波和微波提取法， 可缩短番茄红素提取时间， 提高
提取效率［7-13］， 并具有设备投入少和能源消耗少等
特点［9］。
目前， 番茄红素的提取工艺研究主要以番茄皮
为原料。虽然以番茄酱为原料普遍被认为是不经济
的， 但以番茄酱为原料的优势就是可以弥补季节性
番茄或番茄皮原料的不足， 以实现全年生产。然而，
番茄酱含有大量的水和果胶， 萃取剂难以渗入内部，
从而影响萃取效率。乙醇具有小分子脂溶性的特点
性质， 易于穿过细胞膜， 可代替番茄细胞中的水分，
从而降低了番茄酱的水含量， 提高番茄红素的提取
效率。
番茄红素特殊的物理化学特性也是研究番茄红
素提取工艺需要考虑的重要因素。番茄红素在水中
的溶解度有限， 选择适当的溶剂已成为目前研究的
重点［14，15］。萃取剂的选择有两个重要因素， 即提取
效率高， 不会对人体健康产生危害， 产生的废渣易
于处理。但是， 大多数萃取效率高的溶剂为石油醚、
氯仿等一系列有毒试剂［16］， 会带来食品安全风险。
乙酸乙酯是一种无毒的有机溶剂， 广泛应用于食品
医药等领域， 而且里用乙酸乙酯萃取后的废弃物可
以用座肥料。番茄红素易溶于乙酸乙酯， 在乙酸乙
酯中非常稳定不易被氧化。有研究显示用一种极微
量的最不稳定的异构化番茄油树脂 13z 番茄红素溶
解在乙酸乙酯中放置 1 周， 通过回流技术仍能获得
番茄油树脂。所以利用乙酸乙酯作为番茄红素萃取
剂不仅避免了食品安全的风险， 而且有机会获得更
高的番茄红素提取效率［17］。
在本研究中通过响应面分析法优化微波处理和
超声处理法提取番茄红素工艺中， 乙醇预处理量、
乙酸乙酯与番茄酱物料比、微波和超声波工作功率
和微波和超声波处理时间等一系列参数的优化， 初
步确立最佳提取条件， 为下一步规模化生产奠定研
究基础。
1 材料与方法
1.1 材料
番茄酱， 购自中基番茄制品有限公司 ； 分析纯
乙酸乙酯， 南京化学试剂有限公司 ；95% 乙醇， 无
水乙醇、甲苯和甲醇（ 均为分析纯）， 天津富宇精细
化工有限公司 ； 实验用水均为双蒸水 ； 苏丹红 I ： 纯
度 97. 5%， 购自 Dr. Ehrenstorfer 公司。
NN-5280 型微波炉（ 松下公司），722 型分光光
度计（ 上海分析仪器厂），BS2000S 型电子天平（ 德
国赛多利斯），JY92-II 超声波细胞破碎仪（ 宁波新
芝生物科技有限公司），101A-2 型电热恒温干燥箱
（ 上海实验仪器总厂）。
1.2 方法
1.2.1 标准曲线制作 精确称取 0.0256 g 苏丹红 I
色素（ 纯番茄红素标准品极不稳定， 而苏丹红 I 色
素稳定， 其乙醇溶液与番茄红素抽提液的最大吸收
波长近似， 故用苏丹红Ⅰ 代替纯番茄红素制作标准
曲线）［18］， 用少量无水乙醇， 定量移入 50 mL 容量
瓶， 并用无水乙醇定容至刻度， 摇匀。准确吸取上
述 标 准 溶 液 0.126 、0.152 、0.178 、1.104 、1.130 mL
分别注入一组 50 mL 容量瓶中， 用无水乙醇稀释至
刻度摇匀后即相当于 0.15 、1.10 、1.15 、2.10 、2.15
μg/mL 番茄红素的标准溶液。然后， 在番茄红素抽
提液的最大吸收波长下（485 nm），测定其吸光度值，
制作标准曲线。回归方程如下 ：y=0.165 1x-0.03 4，
R2=0.996 8 。
1.2.2 番茄红素含量的测定 称取 0.1-0.2 g 试样，
精确至 0.000 2 g， 于小烧杯中， 用甲醇洗杂， 甲苯
定容至 50 mL， 采用分光光度计测定样品在 485 nm
处的吸光度， 根据标准曲线计算番茄红素的含量，
公式如下 ：
X =（5×N）/W
其中，X 为试样中番茄红素的含量（mg/100 g），
N ： 色素提取液中番茄红素的浓度（mg/L），W ： 试
样质量（g）。
1.2.3 番茄红素提取率测定 向一定试样中加入有
机溶剂， 提取， 过滤， 测其体积并精密量取 2 mL 至
小烧杯中， 待溶剂挥干后用甲醇洗杂， 并用甲苯定
容至 50 mL， 测其吸光度值， 计算提取液中番茄红
素的总量， 按公式计算提取率。
提取率（%）=（Mn /M）×100%
其中，Mn ： 提取液中番茄红素总量（mg），M ： 原
85 2014年第1期 沈海涛等 ： 响应面分析法优化乙酸乙酯萃取番茄红素条件的研究
料中番茄红素总量（mg）， 番茄酱中番茄红素总含
量 M 为每克番茄酱含番茄红素 10.61 mg 。
1.2.4 单因素试验 使用响应面法（RSM） 之前进
行预试验， 选择相关变量的酚类抗氧化剂的恢复以
及独立因素的试验范围。基于总的番茄红素含量的
平均值，3 个层次（ 上、中、下 3 个水平）， 每个设
计变量（ 样品预处理，微波辅助提取，超声辅助提取，
物料比和超声辅助提取时间）， 每个处理重复 3 次，
每个处理番茄酱样品 5 g 。
1.2.4.1 样品的预处理 分别加入无水乙醇 ： 番茄
酱（W/V） 物 料 比 1∶1 、1∶2 、1∶3 、1∶4 、1∶5
和不加无水乙醇 6 个处理， 处理时间为均 30 s， 处
理后样本 4℃ 存储。利用料液比 1∶1（W/V） 乙酸
乙酯， 功率为 620 W 微波萃取法萃取处理样本， 萃
取时间 10 min，0.45 μm 微孔真空过滤去除提取物，
用 722PC 分光光度计 485 nm 下测定浓度。
1.2.4.2 微波提取功率 利用料液比为 1∶2（W/V）
无水乙醇预处理番茄酱， 料液比 1∶1（W/V） 乙酸
乙酯， 松下 nn-5280 微波炉分别在 500 W 、560 W 、
620 W 、680 W 、740 W 和 800 W 六个不同功率下萃
取， 萃取时间 10 min，0.45 μm 微孔真空过滤去除提
取物， 分光光度计 485 nm 下测定浓度。
1.2.4.3 微波提取时间 利用料液比为 1∶2（W/V）
无水乙醇预处理番茄酱， 料液比 1∶1（W/V） 乙酸
乙酯，松下 NN-5280 微波炉 620 W 分别处理 2 、4 、6 、
8 、10 和 12 min，0.45 μm 微孔真空过滤去除提取物，
分光光度计 485 nm 下测定浓度。
1.2.4.4 超 声 波 提 取 功 率 利 用 料 液 比 为 1∶2
（W/V） 无水乙醇预处理番茄酱，料液比 1∶1（W/V）
番茄酱 ： 乙酸乙酯，jy92-ii 超声波仪分别在 100 W 、
200 W 、300 W 、400 W 和 500 W 五个不同功率下萃取，
萃取时间 10 min，0.45 μm 微孔真空过滤去除提取物，
分光光度计 485 nm 下测定浓度。
1.2.4.5 溶剂样品比 利用料液比为 1∶2（W/V） 无
水乙醇预处理番茄酱， 番茄酱 ： 乙酸乙酯的料液比
分别为 1∶5 、1∶10 、1∶20 、1∶30 和 1∶40（W/V），
jy92-ii 超声波仪 300 W 萃取， 萃取时间 10 min，0.45
μm 微孔真空过滤去除提取物， 分光光度计 485 nm
下测定浓度。
1.2.4.6 超 声 波 提 取 时 间 利 用 料 液 比 为 1∶2
（W/V） 无水乙醇预处理番茄酱，料液比 1∶1（W/V）
番茄酱∶ 乙酸乙酯，jy92-ii 超声波仪 300 W 萃取，
萃取时间分别为 2 min 、4 min 、6 min 、8 min 和 10
min，0.45 μm 微孔真空过滤去除提取物， 分光光度
计 485 nm 下测定浓度。
1.2.4.7 响应面法优化法 响应面法（RSM） 分析
使用软件 Design- Expert 8.05 利用 5 水平四因素中心
组合设计（CCRD） 检验分析利用乙醇预处理样品后，
以乙酸乙酯为溶剂， 通过微波和超声波两种不同方
法从番茄酱中提取番茄红素的优化组合。
2 结果
2.1 单因素试验
由图 1 和图 5 所示， 无水乙醇和番茄酱料液比
由 0 至 5 倍（W/V） 时， 乙酸乙酯和番茄酱料液比
由 5 至 40 倍（W/V） 时， 提取效率先极具上升至一
定水平时缓慢下降。说明乙醇脱水预处理对于提高
番茄红素萃取效率是非常有效的。无水乙醇∶ 番茄
酱为 1∶2 比较合适。乙酸乙酯∶ 番茄酱为 1∶10 具
较好的提取效率。
如图 2 和图 4 所示， 微波功率和超声功率对番
茄酱番茄红素提取的影响。在微波功率 560 W 、超
声波功率为 400 W 提取番茄红素时效率最高。高功
率可能会因温度过高导致大量番茄红素的损失。如
图中所示， 当处理功率高于这两个功率时提取效率
随功率的增加而降低。
图 3 和图 6 给显示微波法及超声波法提取时间
对提取效率的影响。微波萃取番茄红素的产量最高
值出现在处理时间为 6 min 左右， 提取率为 75%，
处理时间至 8 min 时开始急剧下降。超声提取时间
为 8 min， 提取率为 80% 。在提取过程中， 两种方法
提取效率当达到最高值后， 提取率随着提取时间的
增加而降低， 提取番茄红素的效率也会降低。
2.2 响应面法优化分析
根据单因素试验结果， 超声波和微波两种不同
的提取方法分别利用 CCRD 的中心组合设计原理，
选取提取时间、固液比、乙醇体积分数和提取功率
4 个因素， 分别以 X1 、X2 、X3 和 X4 表示。每个自
变量的低中高水平分别以 -2 、-1 、0 、1 、2 进行编
码， 以番茄红素为响应值（Y）， 设计 4 因素五水平
86 生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第1期
100 100
75 75
Ly
co
pe
ne
y
ie
ld
%
Ly
co
pe
ne
y
ie
ld
%
Ly
co
pe
ne
y
ie
ld
%
0 0
0 1 2 3 4 5 500 560 620 680 740 800
乙醇：番茄酱V/U ᗞ⌒࣏⦷W
P >0.05 P >0.05
图 1 乙醇预处理对提取效率影响 图 2 不同功率微波对提取效率影响
100 100
50
Ly
co
pe
ne
y
ie
ld
%
Ly
co
pe
ne
y
ie
ld
%
Ly
co
pe
ne
y
ie
ld
%
50
25 25
75 75
50 50
25 25
0 0
2 4 6 8 10 12 100 200 300 400 500 ᗞ⌒༴⨶ᰦ䰤min 䎵༠⌒࣏⦷W
P >0.05 P >0.05
图 3 微波处理时间对提取效率影响 图 4 不同功率超声波对提取效率影响
100 100
75 75
50 50
25 25
0
5 10 15 20 25 30 35 40
0
2 4 6 8 10 12 ҉䞨҉㜲˖⮚㤴䞡V/U 䎵༠⌒༴⨶ᰦ䰤min
P >0.05 P >0.05
图 5 溶剂量对提取效率影响 图 6 超声波处理时间对提取效率影响
表如表 1 。微波辅助提取和超声波辅助提取番茄红 30 个试验点分为析因点和零点， 试验号 1-24
素 CCRD 试验结果（ 表 2） 。 是析因试验， 试验号 25-30 是中心试验。其中析因
表 1 四因素五水平表
微波提取法
编号 萃取时间 乙酸乙酯∶ 番茄酱 乙醇∶ 番茄酱
功率（X4）
Ti（X1） （V/W，X2） （V/W，X3）
2 540 13 3 660 660 13 3 500
1 450 11.5 2.5 610 570 11.5 2.5 450
0 360 10 2 560 480 10 2 400
-1 270 8.5 1.5 510 390 8.5 1.5 350
-2 180 7 1 460 210 7 1 300
Xi
X1=（Z1 -
360）/90
X2=（Z2-10）/1.5 X3 =（Z3-2）/0.5
X4=（Z4 -
560）/50
X1=（Z1 -
480）/90
X2=（Z2-10）/1.5 X3 =（Z3-2）/0.5 X4=（Z4-400）/50
超声波提取法
萃取时间 乙酸乙酯∶ 番茄酱 乙醇∶ 番茄酱
功率（X4）
Ti（X1） （V/W，X2） （V/W，X3）
87 2014年第1期 沈海涛等 ： 响应面分析法优化乙酸乙酯萃取番茄红素条件的研究
表 2 CCRD 设计方案
编号 X1 X2 X3 X4
超声波法
试验值
提取率（%）
预测值
微波法提取
试验值
率（%e）
预测值
1 1 -1 -1 -1 78.264 77.60088 74.415 75.72
2 -1 -1 -1 1 80.35 79.43371 75.141 75.53
3 -1 1 -1 1 86.97 85.86492 78.659 77.61
4 -1 1 1 -1 80.57 80.53692 77.206 77.18
5 0 0 0 -2 76.187 76.31388 74.239 73.51
6 0 0 2 0 80.14 77.92271 78.729 78.73
7 1 1 -1 -1 79.6 78.23258 77.514 77.46
8 2 0 0 0 87.56 86.41488 77.751 78.34
9 1 1 -1 1 80.06 82.11288 77.843 76.75
10 1 1 1 1 85.136 84.42092 78.548 77.78
11 0 2 0 0 84.466 84.59688 77.611 78.71
12 0 0 0 2 89.274 87.11971 73.824 74.98
13 1 -1 -1 1 80.1 81.03292 77.843 77.17
14 -1 1 -1 -1 76.131 76.22988 74.65 75.4
15 1 -1 1 1 82.2 83.22871 77.514 76.12
16 0 -2 0 0 79.58 77.42171 77.84 77.17
17 -1 1 1 1 86.12 87.91071 78.225 77.62
18 -2 0 0 0 83.433 82.55071 76.791 76.63
19 -1 -1 -1 -1 68.632 70.24692 74.529 74.18
20 1 1 1 -1 81.758 82.80188 77.355 77.66
21 -1 -1 1 1 79.1 81.36725 76.207 76.48
22 1 -1 1 -1 80.053 82.05792 78.279 78.20
23 -1 -1 1 -1 75.367 74.44171 76.37 76.90
24 0 0 -2 0 71.23 71.41988 75.822 76.24
25 0 0 0 0 93.552 93.87683 81.263 81.37
26 0 0 0 0 94.01 93.87683 81.383 81.37
27 0 0 0 0 93.786 93.87683 81.393 81.37
28 0 0 0 0 94.003 93.87683 81.295 81.37
29 0 0 0 0 94.19 93.87683 81.404 81.37
30 0 0 0 0 93.72 93.87683 81.504 81.37
点为自变量取值在 X1，X2，X3 所构成的三维顶点，
零点为区域的中心点， 零点试验重复 6 次， 用以估
计试验误差。
2.3 超声波法提取番茄红素方法优化
根据各因素经回归拟合后， 得番茄红素含量对
选取提取时间、固液比、乙醇体积分数和提取功率
的二次多项回归方程为 ：
R1=93.87683+0.96604X1+1.79379X2+1.62571X3+
2.70146X4 -1.33781X1X2+0.065562X1X3 -1.43869X1X4+
0.028063X2X3+0.11206X2X4 - 0.56531X3X4 -2.34851X12-
3.21689X22-4.80139X32-3.04001X42
R2=0.9691
模型的可靠性可从方差分析及相关系数来分析。
由方差分析（ 表 3） 可知， 模型在 P<0. 01 时水平显
著， 表明试验设计可靠。相关系数（R2） 越接近 1，
说明模型的预测值与试验值的相关性越好。本研究
的 R2=0.9691 说明模型能够较好地描述试验结果。
从 表 3 可 知， 一 次 项 中 X2、X4 ； 平 方 项 中
X2*X2、X4* X4 为显著性影响因素。在各影响因素中，
番茄酱与萃取剂乙酸乙酯固液比（X2） 和超声波提
取功率（X4） 的影响因素最大。在总的作用因素中，
1 次项和平方项的影响较大， 而交互项影响相对较
小。X2 和 X4 的变化比另外两个变量对超声波萃取
法提取效率影响更大。利用超声波法提取番茄红素，
88 生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第1期
提取效率达到最大值后随提取时间的增加提取效率
会逐渐降低如图 7 和图 12 。根据响应面优化分析结
果显示， 超声波提取番茄红素最优方法为萃取时间
490 s， 固液比 1∶10.1， 番茄酱与乙醇固液比 1∶2.05
和超声波功率 405 W 。参照这个条件进行试验， 提
取效率达 94.32%， 与利用公式计算所得预测结果
94.42% 相近， 得出相应的曲面图见图 7-12 。
2.4 微波法提取番茄红素方法优化
根据各因素经回归拟合后， 得各变量的二次多
项回归方程为 ：
Y（ % ）=8 1 . 3 7 3 6 7 + 0 . 4 2683X 1+ 0 . 3 8 5 1 7 X 2+
0.62183X3+0.36800X4 -0.20525X1X2 -0.059250X1X3 -
0 . 0 8 0 7 5 0 X 1 X 4 - 0 . 2 3 5 8 7 X 2 X 3+ 0 . 2 1 4 8 7 X 2 X 4 -
0.44338X3X4 -0.9727X12-0.85908X22-0.97158X32-
1.78258X42
R2=0.9215
公式中相关系数（R2） 值为 0.9215 说明预测
表 3 超声波提取法回归系数取值及分布结果
方差来源 自由度 DF 平方和 SS 均方 MS F 值 显著性 Pr > F
X1 1 22.39768 22.39768 7.676027 0.0143
X2 1 77.22453 77.22453 26.46603 < 0.0001
X3 1 63.43026 63.43026 21.73852 0.0003
X4 1 175.1491 175.1491 60.02626 < 0.0001
X1 *X2 1 28.63588 28.63588 9.813954 0.0068
X1 *X3 1 0.068775 0.068775 0.02357 0.8800
X1 *X4 1 33.11715 33.11715 11.34975 0.0042
X2 *X3 1 0.0126 0.0126 0.004318 0.9485
X2 *X4 1 0.200928 0.200928 0.068861 0.7966
X3 *X4 1 5.113252 5.113252 1.75239 0.2054
X1 *X1 1 151.2823 151.2823 51.84677 0.0613
X2 *X2 1 283.8405 283.8405 97.27649 < 0.0001
X3 *X3 1 632.3191 632.3191 216.7055 0.0748
X4 *X4 1 253.4856 253.4856 86.87341 < 0.0001
Model 14 1371.258 97.94698 33.56793 < 0.0001
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Total 29 1415.026
F listed value（95%） F14，5 =4.64
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84 86
82 84
80 82
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425 10.9
400 10.3
9.7䎵⭏⌒࣏⦷W 350 1.5 䎵⭏⌒࣏⦷W 375 350 8.5 9.1҉䞨҉䞟ĩ⮚㤴䞡VĩW
图 7 提取功率与乙醇预处理用量对番茄红素提取效率 图 8 提取功率与乙酸乙酯萃取量对番茄红素提取效率
影响曲面图 影响曲面图
89 2014年第1期 沈海涛等 ： 响应面分析法优化乙酸乙酯萃取番茄红素条件的研究
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2.3
2.1
1.9
1.7 9.1
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҉䞨҉䞟ĩ⮚㤴䞡VĩW҉䞷ĩ⮚㤴䞡VĩW1.5 390
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图 9 提取时间与乙醇预处理体积对番茄红素提取效率 图 10 乙酸乙酯用量与乙醇预处理体积对番茄红素提取
影响曲面图 效率影响曲面图
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375 435
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525
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92 92
88 88
86 86
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82 82
450
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10.9
10.3
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9.1 435
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11.5
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%90 90
350 390 8.5 390 ༴⨶ᰦ䰤s
图 11 提取功率与提取时间对番茄红素提取效率
影响曲面图
值与实验值的相关性较好， 模型能够很好地描述实
验结果。一次项中 X1、X3 和 X4 ； 平方项中 X 1*X1、
X3*X3 和 X 4* X4 为显著性影响因素。在各影响因素中，
番茄酱与乙醇固液比（X2）， 萃取时间（X3） 和提取
功率（X4） 的影响因素最大。在各个作用因素中，1
次项和平方项的影响较大， 而交互项影响相对较小
（ 表 4）。利用微波提取法 X2、X3 和 X4 对提取效率影
响较大。
根据响应面优化分析结果显示微波提取番茄红
素最优方法为萃取时间 372.6 s， 固液比 1∶10.1，
番茄酱与乙醇固液比 1∶2.11 和微波功率 569.5 W 。
参照这个条件与利用公式（2） 计算所得预测结果
81.51， 得出相应的曲面图见图 13-18 。
讨论
目前， 国内外利用超声波和微波处理提取番茄
图 12 乙酸乙酯用量与提取时间对番茄红素提取效率
影响曲面图
红素的方法进行了大量研究。但是， 番茄红素的提
取方法多以番茄皮和新鲜番茄为原料， 单独分析以
乙醇预处理、乙酸乙酯萃取、超声波或微波法等因
素做单一分析。结合这几种方法对其工艺的研究相
对较少。本研究利用响应面分析法综合分析优化乙
醇原料进行脱水预处理、以乙酸乙酯使用量、声波
或微波法的处理功率及时间等因素， 建立一套高效
的从番茄酱中提取番茄红素工艺。
根据单因素试验结果显示 ： 乙醇、乙酸乙酯、
微波提取功率、超声波提取功率、微波提取时间和
超声波提取时间的变化趋势相似， 提取效率先升高
然后下降。乙醇的加入使番茄酱中的细胞脱水， 有
利于进一步有机溶剂萃取番茄红素。由于在增加提
取过程中乙醇的加入量增加过导致番茄红素的损失
也随之增大， 当损失率超过提取率时， 提取效率开
3
570
90
80
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第1期
表 4 微波提取法回归系数取值及分布结果
方差来源 自由度 DF 平方和 SS 均方 MS F 值 显著性 Pr > F
X1 1 4.372480667 4.3724807 5.3253934 < 0.0001
X2 1 3.560480667 3.5604807 4.3364309 0.0548
X3 1 9.280240667 9.2802407 11.302722 < 0.0001
X4 1 3.250176 3.250176 3.9585002 < 0.0001
X1 *X2 1 0.674041 0.674041 0.8209375 0.3792
X1 *X3 1 0.056169 0.056169 0.0684101 0.7972
X1 *X4 1 0.104329 0.104329 0.1270658 0.7265
X2 *X3 1 0.89019225 0.8901922 1.0841955 0.3143
X2 *X4 1 0.73874025 0.7387402 0.899737 0.3579
X3 *X4 1 3.14530225 3.1453023 3.8307709 0.0692
X1 *X1 1 25.95185833 25.951858 31.607654 < 0.0001
X2 *X2 1 20.24294876 20.242949 24.654578 0.0002
X3 *X3 1 25.89186305 25.891863 31.534583 < 0.0001
X4 *X4 1 87.15712019 87.15712 106.15163 < 0.0001
Model 14 144.56 10.33 12.58 <0.0001
Error 5 0.037 0.007361
Total 29 156.87169.43
F listed value（95%） F14，5 =4.64
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560
535 9.1
9.7
10.3
10.9
҉䞨҉䞟ĩ⮚㤴䞡VĩWᗞ⌒࣏⦷W
11.5
79
78
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2.5
2.3
2.1
1.9
1.7 9.1
9.7
10.3
10.9
҉䞨҉䞟ĩ⮚㤴䞡VĩW҉䞷ĩ⮚㤴䞡VĩW
11.5
81 81
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Ly
co
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80
510 8.5 1.5 8.5
图 13 提取功率与乙酸乙酯用量对番茄红素提取效率 图 14 乙醇预处理体积与乙酸乙酯用量对番茄红素
影响曲面图 提取效率影响曲面图
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535 315
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༴⨶ᰦ䰤Sᗞ⌒༴⨶W
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2.3
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1.9
1.7 315
360
405
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༴⨶ᰦ䰤S҉䞷ĩ⮚㤴䞡VĩW
Ly
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510 270 510 270
图 15 提取功率与提取时间对番茄红素提取效率 图 16 乙醇预处理体积与提取时间对番茄红素提取效率
影响曲面图 影响曲面图
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2014年第1期 沈海涛等 ： 响应面分析法优化乙酸乙酯萃取番茄红素条件的研究
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9.1 315
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535 1.7
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2.1
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҉䞷ĩ⮚㤴䞡VĩW微波功率W
Ly
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80
҉䞨҉䞟ĩ⮚㤴䞡VĩW 8.5 270 ༴⨶ᰦ䰤S 510 1.5
图 17 乙酸乙酯用量与提取时间对番茄红素提取效率
影响曲面图
始下降［19］。番茄酱 ： 乙酸乙酯固液比为 1∶10 后提
取效率基本达到平衡，1∶10 说明这个比例为最优
比例。微波和超声波处理在一定范围内能有效提高
提取效率， 微波提取功率和超声波提取功率的功率
增加时会产生相应的热量， 功率越大热量产生的越
多， 番茄红素在加热过程中分解量会增加， 当提取
量少于分解量时提取效率开始降低。微波提取法会
加速目标化合物从基质的吸附和解吸的提取过程，
但其缺点是加热不均匀［11］。番茄红素在长时间超声
波作用下可能发生分解变性［20］。但在相同时间内，
超声波提取法提取效率远高于微波提取法， 可能超
声破碎细胞效率比微波更彻底。
结论
超声波法提取效率明显高于微波提取法。利用
乙醇脱水的番茄酱， 在相同条件下微波提取法和超
声波提取法均比张连富［21］试验方法提取效率高 5% 。
参 考 文 献
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（责任编辑 李楠）