全 文 ：植物生理学通讯 第41卷 第5期，2005年10月 659
超声波提取番茄果实中类胡萝卜素条件的优化
马迎杰 周宝利* 程孙亮 付亚文
沈阳农业大学园艺学院，沈阳 110161
Condition Optimization for Extracting Carotenoids in Tomato Fruit by Ultra-
sonic
MA Ying-Jie, ZHOU Bao-Li*, CHENG Sun-Liang, FU Ya-Wen
College of Horticulture, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110161, China
提要 比较不同方法提取番茄冻干粉中类胡萝卜素的结果表明，超声波提取效率最高，以丙酮/石油醚(2∶1)作提取剂，在
超声波功率为 100 W，水浴温度 30℃下提取 30 min 能充分提取类胡萝卜素。
关键词 番茄；类胡萝卜素；超声波；提取
收稿 2005-01-26 修定 　 2005-06-23
资助　 国家高技术研究发展计划(2004AA247010)。
*通讯作者(E-mail: zblaaa@163.com, Tel: 024-88487143)。
番茄是一种营养丰富、色泽鲜艳的果菜。成
熟番茄果实中的色素主要是类胡萝卜素，包括番
茄红素、叶黄素和胡萝卜素等，其中番茄红素约
占总类胡萝卜素 75%~90%，其次为 a- 胡萝卜素
和 b- 胡萝卜素及叶黄素[1]。
类胡萝卜素是脂溶性色素，而脂溶性色素提
取的特点是提取时间较长，原因是有机溶剂不易
渗透穿过细胞壁和细胞膜，所以，不能很好地将
提取物从细胞器中溶出[2]。类胡萝卜素由于其结
构中的共轭双键易发生氧化分解和顺反异构，所
以，在提取分离过程中，应避免光、热、氧，
加入抗氧化剂(如丁基化羟基甲苯，butylated
hydroxytoluene，BHT)保护，并尽量缩短提取时
间[3]。超声波通过溶剂内小气泡的形成和破碎，
产生冲击波，在短距离范围内产生高温和高压，
可有效破碎生物细胞和组织，能在较短时间内达
到高效提取类胡萝卜素的目的[4]。
本文探讨超声波提取番茄果实冻干粉中类胡
萝卜素的方法，确定了这一方法的优化条件。
材料与方法
1 材料
材料为番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)品
种“利生 8 号”。200 4 年 4 月 2 5 日浸种催芽，
20~25℃变温管理(25℃16 h/20℃ 8 h)。4月29日
播种，6 月 5 日定植温室，正常田间管理。
2 仪器设备
所用仪器有Cary-100紫外/可见分光光度计
(美国瓦利安公司)、真空浓缩冻干系统MAXI dry
Lyo(丹麦Heto公司)、超低温保藏箱(日本三洋公
司)、万分之一电子天平(北京塞多利斯天平有限
公司)、KQ-500DB型数控超声波清洗器(昆山市超
声仪器有限公司)、回旋振荡器(常州国华电器有
限公司)、微波炉(LG 电子电器有限公司)。
3 实验方法
成熟果实采后置于 -70℃低温下保藏。提取
前24 h除去外果皮后真空冰冻干燥后制粉，暗处
密闭保存备用。所有试验均重复3次，取平均值。
3.1 提取方式的选择 准确称取0.0500 g番茄冻干
粉置于20 mL 具塞试管中，加入20 mL 丙酮，盖
上塞子静置于暗处室温(25℃)提取；60 r·min-1振
荡(25℃)提取；超声波(70 W，25℃)提取20 min；
微波(700 W)提取 80 s。提取液过滤后，于类胡
萝卜素主要吸收光谱区域(350~550 nm)扫描确定最
大吸收峰及其 O D 值，按如下方法计算提取率。
在较优提取条件下，多次提取直至提取液无
色，分别收集各次提取液，并测定其体积(V)和
吸光度(A)。然后合并各次提取液，得到总体积
(V总)和总吸光度(A总)。每次的提取率按公式：提
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取率=(A·V)/(A总 ·V总)×100%计算[5]。
3.2 浸提剂的选择 分别以丙酮、石油醚、三氯甲
烷、乙醇为提取剂，于超声波下提取20 min。并
将类胡萝卜素的常用提取剂丙酮/石油醚以不同比
例( 1∶2、1∶1、2∶1 )混合作为提取剂，提
取液光谱扫描，确定最大吸收峰及其 O D 值。
3.3 超声波提取条件单因素实验 实验有：(1)室温
(25℃)不同超声波功率(40、70、100 W)提取 20
min，过滤，测定提取液 OD 值，并计算提取率；
(2)室温(25℃)超声波功率100 W条件下，分别提
取 5、10、15、20、25、30、40 min，测定
滤液 OD 值并计算提取率；(3) 100 W 超声波下，
分别在水浴温度为25(室温)、30、35、40、45℃
的条件下提取 20 min，冷却后，测定滤液 OD 值
并计算提取率。
3.4 正交试验设计 按照正交试验设计，将超声功
率、超声提取时间、超声水浴温度三因素分成 3
个水平，考察对超声提取类胡萝卜素的影响，根
据 O D 值计算提取率，比较浸提效果。
结果与讨论
1 浸提方式的选择
静置和振荡提取残渣明显带有红色，而超声
波和微波处理的残渣颜色明显发白，超声波提取
的残渣颜色最浅。各处理所得到的提取液经紫外
可见分光光度计扫描，根据最大吸收峰处 OD 值
计算得出提取率(图 1)。结果表明，微波提取的
提取率比较高，一次提取的提取率超过 80%，用
时短而效率高。但由于微波条件(微波炉)不易准
确调节和控制，故未进一步研究。超声波的提取
率最高，为 89.17%，且其实验条件有可调节性，
有望一次提取获得更高的提取率，这样，既节约
有机溶剂，又可减少后续浓缩时间。
2 浸提剂的选择
在短时间超声波提取的条件下，单一三氯甲
烷和丙酮的浸提效果明显好于石油醚与乙醇，三
氯甲烷的浸提效果略好于丙酮，石油醚的浸提效
果好于乙醇。但三氯甲烷有毒，易分解产生毒
气，在类胡萝卜素的后续分析测定和浓缩过程中
会污染环境。丙酮与石油醚不同比例混合[6]用作
提取剂时，二者按 2∶1 混合的浸提效果与用三
氯甲烷单独浸提的效果相当(表1)。由于丙酮和石
油醚溶解色素能力强，沸点低，且毒性小，故
选用丙酮 / 石油醚(2∶1)为提取剂，提取液光谱
的最大吸收峰为 474 nm。
3 超声波提取条件的优选
3.1 超声功率的影响 如图2所示，在40~100 W范
围内，类胡萝卜素提取率逐渐增加，从 40 W 到
100 W 增加 9.37%。在超声场中，声波可以产生
空穴效应，在剧烈的振动下，细胞壁和细胞膜破
碎，从而促进物质扩散[7]。一般来说，超声强度
与提取效率呈正比关系[3]，所以，我们认为提取
时以超声功率 100 W 为优。
3.2 超声提取时间的影响 如图3所示，随着超声
表1 不同提取剂的浸提效果比较
提取剂 ODlmax
单一提取剂　三氯甲烷 1.1634
　　　　　　丙酮 1.1047
　　　　　　　石油醚 0.9054
　　　　　　　乙醇 0.4246
混合提取剂 丙酮/石油醚(1∶2) 0.9619
　　　　　 丙酮/石油醚(1∶1) 1.0967
　　　　　　 丙酮/石油醚(2∶1) 1.1398
图1 不同提取方式浸提效果比较 图2 超声功率对提取率的影响
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波提取时间的延长，提取率增大。0~20 min提取
率增加幅度大，20 min 的提取率为 92.36%，而
20~40 min 提取率只是略有增加，为 4.63%。由
于提取过程类胡萝卜素有不稳定性，所以应尽量
缩短提取时间，超声波提取时间以20 min 为宜。
3.3 超声水浴温度的影响 图4结果表明：超声水
浴温度在 25~40℃，随着温度的升高，提取率略
有增加，当水浴温度 45℃时，提取率明显下降。
这可能是类胡萝卜素在较高温度下较长时间很不稳
定之果[8,9]，所以，用超声波提取类胡萝卜素时温
度不应高于 40℃。
4 超声波提取正交实验分析
由表2 可知，以丙酮 / 石油醚(2∶1)为提取
剂，各因素对从番茄粉中提取类胡萝卜素的影响
顺序为：B(提取时间)＞ A(超声功率)＞C(水浴温
表2 超声波提取条件正交试验设计及其结果
实验编号 A B C 提取率/ 超声功率/W 提取时间/min 水浴温度/℃ %
1 40 10 25 73.81
2 40 20 30 84.81
3 40 30 35 88.97
4 70 10 30 80.71
5 70 20 35 85.44
6 70 30 25 91.57
7 100 10 35 79.02
8 100 20 25 91.94
9 100 30 30 95.91
K 1 247.59 233.54 257.72
K 2 257.32 262.19 261.43
K 3 266.87 276.45 253.43
R 19.28 42.91 8
度)，最佳组合为B3A3C2，即提取时间为30 min，
超声功率为100 W，水浴温度为30℃，提取率为
95.91%。
参考文献
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图3 提取时间对提取率的影响
图4 温度对提取率的影响