化学类毕业论文

1、合肥师范学院2012届本科生毕业论文（设计）装订线 本科生毕业论文（设计） 题目： 微波法快速提取番茄中番茄红素的研究 系 部 化学化工系 学科门类 理学 专 业 化学 学 号 0809111074 姓 名 葛庆 指导教师 李红英 2012年 5 月 20 日微波法快速提取番茄中番茄红素的研究摘 要番茄红素是植物中所含的一种天然色素，主要存在于西红柿的成熟果实中。具有极强的清除自由基的能力，对防治前列腺癌、肺癌、乳腺癌、子宫癌等有显著效果，还有提高免疫力、延缓衰老等功效。因此，从番茄中提取番茄红素的研究具有重要的现实意义。本文采用微波法对有机溶剂萃取番茄中番茄红素的工艺进行研究。通过控制变量逐

2、步探索萃取溶剂、微波功率、料液比、提取时间、浸提次数等对番茄红素提取的影响，以期寻找番茄红素的较优提取条件，为番茄红素的提取工艺提供参考。实验结果表明：当提取溶剂为乙酸乙酯，微波加热功率为高档，料液比为1：3，微波加热时间为20 s，浸提次数为5次时，番茄红素的提取效果较好。关键词： 番茄红素 微波法 提取工艺The Research for the Rapid Extraction of Lycopene in Tomato Using the Method of MicrowaveABSTRACT Lycopene is a kind of natural pigment which ma

3、inly exists in the ripened fruit of the tomatoes. It has a strong ability on scavenging radicals and has remarkable effect on the prevention and cure of prostate cancer, lung cancer and breast cancer. Whats more, it can also improve immunity and slow down the ageing process. So it is significant to

4、study the extraction of lycopene from tomato.We have studied the extraction of lycopene from organic solvent in tomato via the microwave method. In order to find the optimal conditions for the extraction of lycopene, we have studied the effects of the extracted solvent, microwave power, solid-liquid

5、 ratio, extraction time and the times of extraction. The results show that the effects of extraction are better when the extraction solvent is ethyl acetate, the microwave power is the high-grade, the solid-liquid ratio is 1:3, the heating time is 20s and the times of extraction is 5.Key words: Lyco

6、pene Microwave method Extraction technology目 录一 前言11.1 番茄红素的结构和性质11.2 番茄红素的生理功能及其作用机理11.3 番茄红素提取的历史及现状2二 实验52.1 实验药品52.2 实验仪器52.3 实验步骤5三 结果与讨论83.1 提取溶剂对番茄红素提取的影响83.2 提取液的测试表征83.3 番茄红素最大吸收波长的确定93.4 微波功率对番茄红素提取的影响103.5 料液比对番茄红素提取的影响113.6 萃取时间对番茄红素提取的影响123.7 浸提次数对番茄红素提取的影响13四 结论15参考文献16致谢17一 前言番茄红素是植物中

7、所含的一种天然色素，它在英语中被称为Lycopene，它是在类胡萝卜素里的组成部分。其也具有很强的抗氧化作用，在所有的色素中是最强的，是-胡萝卜素的2倍多，其也可以用来淬灭自由基，且效果很显著，被广泛使用。根据世界各国最先进的研究结果显示，在各种保健抗病的过程中番茄红素起着很重要的作用。此外，有关在癌症的研究方面，特别是预防这一块，番茄红素也扮演着很重要的角色，起着关键性作用 1。1.1 番茄红素的结构和性质1.1.1 番茄红素分子结构番茄红素（C40H56），类胡萝卜素的一种，分子结构里没有苯环，而是属于开环结构里的一种。结构见下图1-1示： 图1-1 全反式番茄红素的分子结构1.1.2 番

8、茄红素的理化性质番茄红素呈现红色光泽，熔点为174 ，不溶于水，但是在丙酮、石油醚等有机溶剂里可以溶解。温度可以影响其溶解度，番茄红素在各种溶剂中的溶解度随着温度的上升而增大。当前市场上若是想获取批量的番茄红素产品，通常用弱极性有机溶剂从天然番茄中提取得到。1.2 番茄红素的生理功能及其作用机理1.2.1 番茄红素的生理功能番茄红素可以显著淬灭单线态氧，并且在预防肿瘤以及抗癌等方面有着很强的作用。进入二十一世纪以来，人们对番茄红素各方面的研究的不断进行，它的优越的生理功能也逐渐成为人们关注的焦点。1.2.1.1 抗氧化功能大量研究表明，使用物理或化学方法可以达到淬灭单线态氧的效果2。类胡萝卜素

9、分子中共轭双键的数量是影响它清除氧自由基的能力的重要因素，番茄红素分子结构中含有十一个共轭双键，因此它抗氧化的能力比其它类胡萝卜素更强 3。1.2.1.2 抗疲劳作用番茄红素可以直接与自由基作用4,显著除去过氧自由基，降低人们的疲劳感。1.2.1.3 抗癌功能癌症一直是威胁人类健康的巨大威胁，而番茄红素具有较强的预防和抗击癌症的能力。有关数据显示，地中海沿岸居民癌症的发生率较低与他们日常食物中有较多的水果、蔬菜有关5。根据一项来自美国的调查显示，多食用富含番茄红素的番茄可以有效预防消化道癌的发生 。1.2.1.4 增强人体免疫功能番茄红素在防治血管硬化、抗辐射、抗衰老、预防高血糖等方面都有重要

10、作用6-7。1.2.2 番茄红素的作用机理二十世纪末以来的研究表明，番茄红素在预防和治疗疾病方面有着重要的功能。当前，对于番茄红素的作用机理的论述主要如下：一是起到活化免疫细胞的作用；二是可以预防有关疾病的发生，作为强抗氧化剂，番茄红素可以清除单线态氧以及自由基，避免DNA和脂蛋白被氧化，遭到破坏，同时番茄红素还可以预防冠心病的发生8；三是可以抑制癌细胞转移增殖因子的遗传表达；四是增进细胞规律的结合，当发生癌变时，细胞间结合会变弱，而番茄红素能促进具有维持细胞间正常结合的蛋白质的合成。1.3 番茄红素提取的历史及现状在国外番茄红素使用的历史很早也很广泛，人们通过研究基因方法测得番茄红素的含量非

11、常大，后来就使用这种方法去制得番茄红素9。成年人每天需要摄入番茄和胡萝卜的量大约为1-2 kg，但是这样会导致过量食用番茄和胡萝卜引起膳食不平衡等的副作用 10。所以从自然界中提取番茄红素，然后把它加入到我们所食用的食品中，或者当作药品的研究就有十分重要的意义。目前有机溶剂浸提法、酶反应法、超临界流体萃取法、微波辐射萃取法、超声波萃取法、微生物发酵法等方法是常见的番茄红素的提取方法。1.3.1 有机溶剂浸提法有机溶剂浸提法是向原料中加入用有机溶剂，对提取液进行过滤、浓缩等步骤后得到番茄红素粗品。1.3.2 酶反应法目前常用的用酶反应法提取番茄红素的方法主要有以下两种：一是利用番茄自身含有的酶的

12、作用，另一种是采用外加酶的方法提取番茄红素。利用它的自身所含的酶是将捣碎的番茄皮的pH调至7.59.0，让番茄皮中含有的的果胶酶和纤维素酶起作用，分解番茄中含有的果胶以及纤维素，使得含有番茄红素的复合蛋白质从细胞中溶出，得到番茄红素。1.3.3 超临界流体萃取法超临界流体萃取技术是一种新起的萃取技术。它的作用原理是使用萃取剂（超临界流体），从液体或是固体物质中萃取所要得到的目标物质。这种提取方法主要有无污染、无化学溶剂消耗和残留的优点，而且可以避免萃取物在高温下的分解，此外利用这种方法提取番茄红素的能耗显著降低、工艺较为简单，并且萃取剂没有毒性、方便回收。我国科学家利用超临界流体萃取技术从新鲜

13、番茄中提取番茄红素，得到的产品的纯度可以达到 90%以上11。1.3.4 微波辐射萃取法微波是一种频率在 300 MHz 至 300 GHz 之间的电磁波，波动性、热特性、高频性和非热特性是它的主要特点。和其它提取方法如有机溶剂萃取法比较而言，微波辐射萃取法最大优点是可以将提取时间明显缩短，并且较大幅度的提高提取率；而与超临界CO2萃取相比，投资少，成本低，提取效率高是它的有一大显著特点。1.3.5 超声波法萃取目前超声波萃取法主要应用于人参、花青素、传统中药等附加值高的天然产物的提取，此外在欧洲，大型的超声设备也已经有了一定的应用。1.3.6 微生物发酵法除了番茄，也可以使用细菌等微生物来生

14、产番茄红素。微生物发酵法包括三抱布拉氏霉菌发酵法、基因工程发酵法。此外，番茄红素的提取方法还有化学合成法等方法。在番茄红素的提取方法中，浸提时间所需时间较长、原料与处理能耗过大、劳动强度高、热敏性组份易被破坏等是传统的浸提方法的主要缺点；酶反应法利用番茄皮自身所含的酶发生反应来提取番茄红素，但是在提取过程中需要严格控制反应pH、温度，保持酶活性，避免酶失活；超临界流体萃取法对非极性混合物萃取分离，所需提取时间较长；微波法浸提是一种新的提取技术，有耗能低、操作时间短、溶剂耗量少、选择性高、目标组分得率高是这种方法的显著优点，已经逐渐成为一种快速制样手段。本课题主要采用微波法快速提取番茄中番茄红素

15、。二 实验2.1 实验药品本实验所用试剂为乙酸乙酯、正乙烷、石油醚、丙酮、氯仿。各种试剂均为市售分析纯。2.2 实验仪器微波炉，722分光光度计，紫外可见扫描仪，离心机，锥形瓶，量筒，烧杯，研钵，电子天平。2.3 实验步骤2.3.1 实验材料的准备先将从市场中买来的番茄洗净去皮，用小刀切入研钵中，研磨成糊状。注意在研磨以及后来存放的过程中，要避免阳光直射番茄糊，以免造成番茄糊中番茄红素被破坏，影响番茄红素的提取效果。2.3.2 提取溶剂对番茄红素提取的影响通过电子天平准确称取捣碎的番茄5 g，然后把它小心的放入五个不同的试管中，分别加入10 mL乙酸乙酯、正乙烷、石油醚、丙酮、氯仿，塞上瓶塞，

16、迅速放入已预先设置好的微波功率为中档微波炉中加热，加热30 s。加热完成后迅速将试管取出，将提取液转移到离心管里并放入离心机中离心，离心后取上层清液，在一定波长下（462 nm处12），测溶液吸光度（如果超出测量范围，需要稀释），记录实验数据，确定最适提取溶剂。2.3.3 提取液的测试表征通过电子天平准确称取捣碎的番茄5 g，然后把它小心的放入试管中，加入10 mL最适提取溶液，塞上瓶塞，迅速放入已预先设置好的微波炉中加热，设置的微波功率为中档，加热时间为30 s。加热完成后迅速将试管取出，将提取液转移到离心管里并放入离心机中离心，离心后取上层清液，将提取液置于波长为300600 nm下，做紫

17、外可见光扫描，得出检测谱图。2.3.4 最大吸收波长的确定通过电子天平准确称取捣碎的番茄5 g，然后把它小心的放入试管中，加入10 mL最适提取溶液，塞上瓶塞，迅速放入已预先设置好的微波炉中加热，设置的微波功率为中档，加热时间为30 s。加热完成后迅速将试管取出，将提取液转移到离心管里并放入离心机中离心，离心后取上层清液，在不同波长下测溶液吸光度，记录实验数据，确定最大吸收波长。2.3.5 微波功率对番茄红素提取的影响通过电子天平准确称取捣碎的番茄5 g，然后把它小心的放入试管中，加入20 mL最适提取溶液，塞上瓶塞，迅速放入已预先设置好的微波炉中加热，分别预先设置微波功率为高档、中档、低档三

18、档，均加热30 s。加热完成后迅速分别将试管取出，将提取液转移到离心管里并放入离心机中离心，离心后取上层清液，在最佳吸收波长下测上层清液的吸光度。记录实验数据，观察最佳微波提取功率。2.3.6 料液比对番茄红素提取的影响通过电子天平准确称取捣碎的番茄5 g，然后把它小心的放入试管中，分别加入10 mL、15 mL、20 mL、25 mL、30 mL最适提取溶液，即料液比分别为1：2、1：3、1：4、1：5、1：6，塞上瓶塞，迅速放入已预先设置好的微波炉中加热，设置的微波功率为上步实验中确定的最佳功率，萃取加热时间30 s。加热完成后迅速分别将试管取出，将提取液转移到离心管里并放入离心机中离心，

19、离心后取上层清液，在最佳吸收波长下测上层清液的吸光度，记录实验得到的数据。2.3.7 萃取时间对番茄红素提取的影响通过电子天平准确称取捣碎的番茄5 g，然后把它小心的放入试管中，加入10 mL最适提取溶液，塞上瓶塞，迅速放入已预先设置好的微波炉中加热，设置的微波功率为上步实验中确定的最佳功率，加热萃取不同时间，分别为10 s、15 s、20 s、25 s、30 s。加热完成后迅速分别将试管取出，将提取液转移到离心管里并放入离心机中离心，离心后取上层清液，在最佳吸收波长下测上层清液的吸光度，记录实验数据，观察是否有最佳提取时间即吸光度是否出现最大值。2.3.8 浸提次数对番茄红素提取的影响在上述

20、实验步骤下确定的最佳提取溶液，最佳料液比，最佳微波加热功率，最佳提取时间下，反复多次提取，直到浸提液的吸光度接近0，说明浸提基本完全。通过吸光度数据分析，几级提取可以达到较满意的效果。三 结果与讨论3.1 提取溶剂对番茄红素提取的影响按照上述实验方法，采用不同溶剂提取时，在微波功率中档加热30s后，在波长462 nm处测定不同提取液的吸光度，记录实验数据如表3-1所示。表3-1 不同溶剂下提取液吸光度的比较溶剂乙酸乙酯正乙烷石油醚丙酮氯仿吸光度1.3030.3920.2560.8231.433由表3-1可见，番茄红素在乙酸乙酯和氯仿中的提取效果较好，但考虑氯仿的毒性比较大，所以选用乙酸乙酯为最

21、适提取溶剂。3.2 提取液的测试表征将用乙酸乙酯提取得到的提取液在波长300 nm600 nm间进行紫外可见光扫描，得到图3-1。扫描谱图三个吸收峰的位置分别在：448.2 nm、475.5 nm和508 nm，与文献13报道的番茄红素在乙酸乙酯中的紫外谱图形状及吸收峰位置基本一致。图3-1 提取液的紫外可见吸收光谱3.3 番茄红素最大吸收波长的确定按照上述实验方法，使用乙酸乙酯提取，在不同吸收波长下测定提取液的吸光度，所得到的数据如表3-2所示，由得到的数据可以得到图3-2。表3-2 不同吸收波长下番茄红素提取液吸光度的比较吸收波长/nm450460465470475480490500510

22、520吸光度0.9110.9280.9751.2481.3081.2330.8090.8790.8530.716图3-2 不同吸收波长下番茄红素提取液吸光度的比较由表3-2和图3-2可见该实验条件下，当吸收波长为475 nm时，提取液的吸光度有最大值，以下实验数值均在此最大吸收波长处测量。3.4 微波功率对番茄红素提取的影响按照上述实验方法，设置微波功率分别为低档、中档、高档加热30 s后，在475 nm下测定提取液的吸光度，得到的数据如表3-3所示，由得到的数据可以得到图3-3。表3-3 不同微波功率下番茄红素提取液吸光度的比较微波功率低档中档高档吸光度0.7850.8150.842图3-3

23、 不同微波功率下番茄红素提取液吸光度的比较由表3-3和图3-3可见：该实验条件下，微波炉在高档功率下，测得的提取液的吸光度最大，提取番茄红素的效果最好，为最佳提取功率。3.5 料液比对番茄红素提取的影响按照上述实验方法分别加入10 mL、15 mL、20 mL、25 mL、30 mL乙酸乙酯，在高档微波功率下加热30 s后，在475 nm处测定提取液的吸光度，记录实验数据，记于表3-4，由得到的数据绘图得到图3-4。表3-4 不同料液比下番茄红素提取液吸光度的比较提取溶剂体积/mL1015202530料液比/g·mL-11：21：31：41：51：6吸光度0.6500.8570.86

24、50.8740.890图3-4 不同体积提取溶剂下番茄红素提取液吸光度的比较 由表3-4和图3-4可见，该实验条件下，当最佳提取溶剂量为15 mL时，番茄红素提取液吸光度已较大，即番茄红素提取率较大，当乙酸乙酯量继续增加，提取液吸光度增加不大，即提取率提高不大，考虑实验的节约因素，避免浪费溶剂，可选择料液比（g·mL-1）为1：3。3.6 萃取时间对番茄红素提取的影响按上述实验方法，在高档微波提取功率下分别加热10s、15s、20s、25s、30s后，在475 nm处测定提取液的吸光度，得到的数据如表3-5所示，由得到的数据绘图得到图3-5。表3-5 不同加热时间下番茄红素提取液吸光

25、度的比较加热时间/s1015202530吸光度0.4470.8051.1960.9760.856图3-5 不同加热时间下番茄红素提取液吸光度的比较由表3-5和图3-5可见，该实验条件下，微波加热时间为20s的时候，吸光度达到峰值，即番茄红素提取率最大。因此，20s为最佳提取时间。3.7 浸提次数对番茄红素提取的影响按上述实验方法，以乙酸乙酯为提取溶剂，在料液比1：3，高档微波加热功率，加热20s下，反复多次提取，在475 nm处测定浸提液的吸光度，直到浸提液的吸光度接近0，记录实验数据，记于表3-6，由得到的数据可以得到图3-6。表3-6 不同浸提次数下番茄红素提取液吸光度的比较提取次数123

26、456吸光度1.4011.1120.8670.6690.2490.015图3-6 不同浸提次数下番茄红素提取液吸光度的比较由表3-6和图3-6可见，该实验条件下，浸提次数为6时，浸提液的吸光度接近0，说明浸提基本完全，但是当提取次数为5时，提取液吸光度已不大，考虑节约实验试剂，确定5级浸提可以达到较满意的结果。四 结论本文采用微波法对有机溶剂萃取番茄中番茄红素的工艺进行研究。通过控制变量逐步探索萃取溶剂、微波功率、料液比、提取时间、浸提次数等对番茄红素提取的影响，以期寻找番茄红素的较优提取条件，为番茄红素的提取工艺提供参考。实验结果表明：当提取溶剂为乙酸乙酯，微波加热功率为高档，料液比为1：3，微波加热时间为20 s，浸提次数为5次时，番茄红素的提取效果较好。参考文献1 姜文候. -胡萝卜素的应用、市场和天然型产品的发酵法生产J. 食品与发酵工业, 1994, 3: 6567.2 Di Mascio P.Kaisert S,Sies H,et a1. Lycopene as the most Efficient Biological Carotenid single Oxygen QuoncherJ. Arch Bi