綠茶醇提物對番茄紅素抗紫外線保護作用的研究

趙秀紅，任建軍，祁冰潔，公勛，劉曉迪

（沈陽師范大學糧食學院，遼寧沈陽110034）

綠茶醇提物對番茄紅素抗紫外線保護作用的研究

趙秀紅，任建軍，祁冰潔，公勛，劉曉迪

（沈陽師范大學糧食學院，遼寧沈陽110034）

紫外線可導致番茄紅素降解和氧化。利用超聲波提取技術，乙醇為溶劑提取綠茶中紫外線吸收劑，經L9（34）正交試驗優化提取工藝，研究綠茶提取物對番茄紅素抗紫外線保護作用，并通過拉曼光譜技術考察綠茶提取物對番茄紅素結構的影響。結果表明：最佳提取工藝為乙醇濃度為70%，超聲溫度50℃，超聲時間40 min，超聲功率160 W，番茄紅素經綠茶中紫外線吸收劑保護后紫外燈照射損失率僅為19.10%；拉曼光譜顯示，綠茶中紫外線吸收劑與番茄紅素的復合沒有改變原番茄紅素的結構，可作為番茄紅素光保護劑用以提高其穩定性。

綠茶；紫外線吸收劑；番茄紅素；正交試驗；拉曼光譜

綠茶，又稱不發酵茶，是以適宜茶樹新梢為原料，經殺青、揉捻、干燥等工藝過程制成的茶葉，其干茶色澤和沖泡后的茶湯、葉底以綠色為主調?，F代科學研究證實，綠茶提取液中含有大量的茶多酚、氨基酸、葉綠素等物質，且維生素等營養成分含量也較高，這些物質對預防癌癥、殺菌、消炎和防衰老等方面具有特殊的功效[1-4]。除此之外，綠茶提取物還有抗紫外輻射作用，陳曉明等證明蒙山綠茶和老鷹茶提取液在長波紫外線區域有較強吸收能力，可抵抗紫外線輻射并修復受損組織細胞[5]。

番茄紅素（Lycopene）又稱為ψ，ψ-胡蘿卜素，是類胡蘿卜素（Carotenoid）的一種，具有極強的抗氧化、防癌抗癌、抑制腫瘤、預防心血管疾病活性[6-11]。目前，番茄紅素對人體健康的功效越來越引起研究者的關注，與番茄紅素健康相關產品的研發已成為國際上功能性食品和新藥領域中的一個熱點。但是番茄紅素易受紫外光影響而快速氧化損失[12-14]，嚴重影響了使用效果，因此，提高番茄紅素在產品中的穩定性[15-18]，擴展其應用領域具有重要意義。

本文以市售綠茶為原料，采用乙醇做溶劑超聲波技術提取綠茶中紫外線吸收劑，利用正交試驗，優化綠茶中紫外線吸收劑的提取工藝，確定提取條件，并通過拉曼光譜技術分析[19-20]番茄紅素和保護后番茄紅素的分子結構，考察綠茶提取物對番茄紅素結構的影響，為進一步提高番茄紅素功能利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

綠茶：廣西石乳茶業有限公司；無水乙醇、乙酸乙酯（均為國產分析純）：沈陽試劑廠；番茄紅素（純度≥90%）：上海晶純生化科技股份有限公司。

DHG-9146A型電熱恒溫鼓風干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；TB-114電子天平：北京賽多利斯儀器系統有限公司；KQ5200DB型數控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；T5-8W紫外燈：中山市古鎮歐昂燈飾電器廠；UV-9000型紫外可見分光光度計：上海元析儀器有限公司；HR800拉曼光譜儀：法國HORIBA Jobin Yvon公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 綠茶中紫外線吸收劑的提取及測定

將綠茶粉末置于40℃電熱恒溫鼓風干燥箱中烘干，稱取綠茶粉末1.00 g，加入70%的乙醇溶液25 mL，超聲溫度50℃，超聲提取30 min，超聲波功率140 W。提取液趁熱過濾后，用相應濃度的提取溶劑定容至50 mL，再用移液管吸取1.5 mL提取液，準確稀釋到50 mL。用10 mm石英比色皿測定提取液在280 nm～400 nm區域的紫外吸收光譜。

1.2.2 保護型番茄紅素的制備工藝流程

番茄紅素→乙酸乙酯溶解→避光與3倍體積綠茶紫外線吸收劑混合→保護型番茄紅素

1.2.3 單因素試驗

在其他因素保持不變的情況下，以乙醇濃度、超聲溫度、超聲時間和超聲功率為試驗因素，以保護型番茄紅素紫外照射損失率為試驗指標，分別做單因素試驗，分析各因素對保護型番茄紅素紫外照射損失率的影響。

1.2.4 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選取L9（34）正交表（見表1）進行試驗，考察乙醇濃度、超聲溫度、超聲時間和超聲功率對綠茶中紫外線吸收劑提取工藝的影響，優化提取條件。

1.2.5 番茄紅素損失率的測定方法

以乙酸乙酯為參比溶液，在472 nm處測定出未經紫外照射番茄紅素混合液的吸光度A0，照射30 min后的番茄紅素吸光度A1。按以下公式計算出紫外照射后番茄紅素的損失率：

表1 綠茶中紫外線吸收劑提取正交試驗因素與水平表Table 1 UV absorber in green tea extract orthogonal experimental factors and levels table

1.2.6 拉曼光譜儀分析番茄紅素試驗方法

采用法國HR800拉曼光譜儀，激光光源為Ar離子激光器，入射光波長為488 nm，光柵600，狹縫寬度300 μm，垂直孔徑0.50，曝光時間60 s。選用olympus 50倍的放大鏡頭，在400 cm-1～4 000 cm-1范圍內進行掃描。兩次試驗差為±0.1 cm-1，精度達0.01%。

2 結果與分析

2.1 綠茶中紫外線吸收劑吸收峰的測定

紫外可見分光光度計對綠茶提取液的檢測結果見圖1。

圖1 綠茶提取液的紫外吸收光譜Fig.1 Ultraviolet absorption spectrum of green tea extract

由圖1可知，綠茶中紫外線吸收劑在中長波紫外線280 nm～400 nm區域內有一最大吸收峰出現在320 nm處，此波長具有抗紫外線研究意義。

2.2 番茄紅素和保護后番茄紅素損失率的比較

試驗將原番茄紅素和復合綠茶中紫外線吸收劑的保護型番茄紅素置于相同的紫外照射條件下（照射量、照射時間、照射距離均相同），番茄紅素損失率比較如圖2所示。

從圖2可知，未經處理的原番茄紅素在紫外燈下照射30 min后損失率達55.88%，而復合綠茶紫外線吸收劑的保護型番茄紅素損失率為22.19%，復合處理后的番茄紅素損失率明顯降低。

圖2 番茄紅素和保護型番茄紅素損失率對比圖Fig.2 Loss rate of lycopene and the protection of lycopene comparison chart

2.3 單因素試驗

2.3.1 乙醇濃度對保護型番茄紅素紫外照射損失率的影響

在超聲溫度為50℃、超聲波時間30 min、功率140 W及料液比1∶25（g/mL）的條件下，考察不同乙醇濃度對保護型番茄紅素紫外照射損失率的影響，結果見圖3。

圖3 乙醇濃度對保護型番茄紅素紫外照射損失率的影響Fig.3 Effect of ethanol concentration on the protection of lycopene loss rate of UV radiation

從圖3分析可知，當超聲溫度、超聲時間、超聲功率和料液比相同時，隨著提取劑乙醇濃度的不斷增加，保護型番茄紅素損失率逐漸減小。當提取劑乙醇濃度增到70%時，保護型番茄紅素紫外照射損失率最小。乙醇濃度超過70%時，保護型番茄紅素損失率有所增加。因此，提取劑乙醇濃度取70%為優。

2.3.2 超聲溫度對保護型番茄紅素紫外照射損失率的影響

利用超聲波提取綠茶中紫外線吸收劑，以70%乙醇為提取劑、超聲30 min、功率140 W、料液比1∶25（g/mL），考察不同超聲溫度對保護型番茄紅素紫外照射損失率的影響，結果見圖4。

由圖4可知，隨著超聲溫度的升高，番茄紅素紫外照射損失率呈先降低后升高的趨勢。溫度超過50℃時損失率升高，由于升高溫度對綠茶中紫外線吸收劑產生了破壞，導致其保護番茄紅素的能力降低。故本試驗超聲溫度選擇50℃。

圖4 超聲溫度對保護型番茄紅素紫外照射損失率的影響Fig.4 Effect of ultrasound temperature on the lycopene loss rate of UV radiation

2.3.3 超聲時間對保護型番茄紅素紫外照射損失率的影響

在以70%乙醇為溶劑、超聲溫度50℃、超聲功率140 W、料液比 1∶25（g/mL）的條件下，研究超聲波提取時間對保護型番茄紅素紫外照射損失率的影響，結果見圖5。

圖5 超聲時間對保護型番茄紅素紫外照射損失率的影響Fig.5 Impact of ultrasonic time on the protection of lycopene loss rate of UV radiation

通過圖5可知，提取時間為30 min番茄紅素紫外照射后損失率最小。30 min～50 min損失率有所升高但幅度平緩。過長的超聲時間會使綠茶中的紫外線吸收劑發生降解，從而導致紫外照射后番茄紅素損失率增加。

2.3.4 超聲功率對保護型番茄紅素紫外照射損失率的影響

在乙醇濃度為70%、提取溫度50℃、超聲時間30 min及料液比1∶25（g/mL）的條件下，考察超聲功率對番茄紅素紫外照射損失率的影響，結果見圖6。

由圖6可知，隨著功率的增加，保護型番茄紅素損失率逐漸減小，但當超聲功率大于140 W時，保護型番茄紅素的損失率隨功率增加反而呈上升趨勢，故此試驗超聲功率為140 W。

圖6 超聲功率對保護型番茄紅素紫外照射損失率的影響Fig.6 Ultrasonic power to influence the protection of lycopene loss rate of UV radiation

2.4 采用正交試驗優化綠茶中紫外線吸收劑的提取過程

采用超聲波提取技術，以經紫外照射后保護型番茄紅素損失率作為評價指標，進行L9（34）正交試驗，結果見表2。

表2 L9（34）正交試驗結果Table 2 The results of L9（34）orthogonal experiment

由表2極差分析可以得出，在不同的提取條件下，乙醇濃度（A）對番茄紅素紫外照射損失率影響最大，超聲溫度（B）次之，最優組合為A2B2C3D3。經驗證試驗，即乙醇濃度70%、超聲溫度50℃、超聲時間40 min、超聲功率160 W條件下保護型番茄紅素紫外照射損失率為19.10%。

2.5 拉曼光譜儀對番茄紅素與保護型番茄紅素分子結構的分析

拉曼光譜儀對番茄紅素分子結構的分析結果見圖7，對保護型番茄紅素分子結構的分析結果見圖8。

圖7 番茄紅素乙酸乙酯溶液的拉曼光譜Fig.7 Lycopene acetate solution Raman spectroscopy

圖8 保護型番茄紅素乙酸乙酯溶液的拉曼光譜Fig.8 The protection of the protection of lycopene acetate solution Raman spectroscopy

如圖7所示，番茄紅素乙酸乙酯溶液拉曼特征峰出現的波數有 958、1 004、1 151、1 282、1 515 cm-1，與番茄紅素拉曼光譜特征峰[25]出現的波數954、1 005、1 154、1 281、1 517 cm-1略有差異。這是因為波數958 cm-1的拉曼峰發生乙酸乙酯-CH3對稱彎曲振動與番茄紅素C-C 的相互作用。1 004、1 151、1 515 cm-1的拉曼峰是乙酸乙酯羰基伸縮振動與番茄紅素-CH3甲基相互作用產生的，使拉曼散射強度增強。在波數1 282 cm-1出現的拉曼峰是乙酸乙酯-CH2亞甲基對稱伸縮振動與番茄紅素C-C相互作用產生的，分子振動頻率較弱。保護型番茄紅素乙酸乙酯溶液的拉曼光譜（如圖8所示）與原番茄紅素乙酸乙酯溶液的拉曼光譜特征峰相同。在拉曼波數 1 004、1 151、1 282、1 515 cm-1處依然有拉曼峰，而原在958 cm-1處的拉曼峰因加入了綠茶中的紫外線吸收劑，其中有效成分的分子基團與番茄紅素基團或化學鍵發生相互作用，使番茄紅素乙酸乙酯溶液的拉曼峰發生紅移，波數降低振動強度增大。但是未對番茄紅素拉曼光譜造成較大改變，故經綠茶中紫外線吸收劑復合的番茄紅素的結構未有變化。綠茶中的紫外線吸收劑可以用作番茄紅素的光保護劑。

3 結論

本試驗所采用的超聲波萃取技術是在常溫、常壓下進行，操作簡單，省時高效。從結果看，提取劑濃度是影響紫外線吸收劑提取工藝的主要因素，適宜的濃度不僅能使紫外線吸收物質被充分的從原料中分離出來，還可以防止資源浪費。綠茶是我國常用飲品，綠茶的防癌抗癌、保健治病作用屢見報道，但綠茶防紫外線作用報道較少，僅陳曉明等[5]發現蒙山綠茶提取液在長波紫外線區域有較強吸收能力，可抵抗紫外線輻射并修復受損組織細胞。本試驗研究發現，綠茶醇提物在360 nm～280 nm波長范圍內都有較強的吸收峰，最高吸收峰的波長為320 nm。此吸收區域正處在長波紫外線UVA波段（400 nm～320 nm）和中波紫外線UVB波段（320 nm～290 nm）的大部分區域（被地球表面自然環境和動植物體所吸收的紫外光為UVA波段和部分UVB波段的紫外光），因此，可有效吸收此波段的紫外光，保護光敏物質。本文綠茶中紫外線吸收劑提取效果作用大小依次為：乙醇濃度、超聲溫度、超聲時間、超聲功率；最優提取條件：以70%濃度的乙醇作為提取劑，在超聲溫度50℃、超聲功率160 W條件下超聲40 min獲得的提取物作為番茄紅素光保護劑效果最佳，紫外光照射損失率僅為19.10%。

拉曼光譜技術是一種快速、無損、安全的檢測技術，利用拉曼光譜技術選擇適宜的激發光源，使被測樣品的拉曼譜線強度大大增強，可使被測樣品（番茄紅素）的拉曼譜線從其它組分中分離出來，極大提高檢測的精度和準確度。對所檢測拉曼譜圖，進行分峰擬合，通過檢測數據分析其分子的伸縮振動、彎曲振動等作用變化，通過圖譜的拉曼頻移、拉曼峰峰高以及譜寬的變化，可分析影響其變化的原因。本文采用激發波長為488 nm的激光激發乙酸乙酯溶液中番茄紅素，產生共振拉曼光譜，對番茄紅素實現檢測。保護型番茄紅素乙酸乙酯溶液的拉曼光譜與原番茄紅素乙酸乙酯溶液的拉曼光譜特征峰相同。拉曼波數1 004、1 151、1 282、1 515 cm-1處依然有拉曼峰，拉曼波數958 cm-1處的拉曼峰因綠茶紫外線吸收劑中有效成分的分子基團與番茄紅素基團或化學鍵發生相互作用，使此拉曼峰發生紅移，波數降低振動強度增大。因此，可知綠茶紫外線吸收劑對番茄紅素拉曼光譜未造成較大改變，番茄紅素結構未有變化，綠茶紫外線吸收劑對番茄紅素具有紫外光保護作用。本研究可為提高紫外光照射條件下番茄紅素穩定性提供參考依據，同時也可為其他光敏物質提高穩定性提供一定的參考。

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Effect of the Green Tea Alcohol Extraction on Protecting Anti Ultraviolet Radiation of the Lycopene

ZHAO Xiu-hong，REN Jian-jun，QI Bing-jie，GONG Xun，LIU Xiao-di
（College of Grain，Shenyang Normal University，Shenyang 110034，Liaoning，China）

Ultraviolet radiation（UV）could lead to lycopene degradation and oxidation.The ultrasonic extraction technology were used to extract the absorbers in green tea，the technology were also modified by L9（34）orthogonal experiment and observed the effect on structure of green tea extract on lycopene by Raman spectroscopy technique.The result of orthogonal test showed that when the alcohol concentration was 70%，ultrasonic temperature was 50℃，ultrasonic time continued 40 min，and the ultrasonic power was 160 W could make the loss of lycopene by ultraviolet declined into 19.10%.Raman spectroscopy showed that the original lycopene structure was not changed by green tea UV absorbers and complex of lycopene，and lycopene could be light protective agents to improve the stability of lycopene.

green tea；UV absorbers；lycopene；orthogonal experiment；Raman spectroscopy

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.22.005

遼寧省高等學校優秀人才支持計劃（LJQ2013113）；遼寧省自然科學基金項目（20170540822）

趙秀紅（1976—），女（漢），副教授，博士，研究方向：活性物質的提取及功能研究。

2016-11-14