番茄红素奶片的生产工艺设计

《食品工艺设计》设计题目：番茄红素奶片的生产工艺设计
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专业：食品科学与工程
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番茄红素奶片的生产工艺设计
第1章绪论
1.1 番茄红素的研究进展【1】
番茄红素是人们膳食中一种类胡萝卜素，主要来自番茄和番茄制品。

它是许多类胡萝卜素合成的中间体。

动物无法自己合成，只能从食物中摄取。

番茄红素不仅是天然的色素，还具有较强的抗氧化、防癌抗癌的作用，被誉为神奇的“功能性天然色素”。

1.1.1 结构
1910 年Willstatter 和Escher 首先提出番茄红素是胡萝卜素的异构体, 并确定其分子式为C40H56。

1930 年Karrer 等提出,番茄红素的化学结构式为11 个共轭及2 个非共轭的碳- 碳双键组成的非环状平面共轭多不饱和脂肪烃, 在1932 年由Kuhn 和Grundmann 证实, 其结构如图1。

图1-1 番茄红素的全反式结构
1.1.2 理化性质
番茄红素是一种开链式的不饱和胡萝卜素，分子量为536.88，针状深红色晶体（从二硫化碳和乙醇混合液中的析出物）；熔点: 174℃，可燃。

顺式异构体和反式异构体在物化性质上完全不同：顺式构型的颜色弱, 熔点低( 小于174 ℃) , 消光系数小, 极性强, 更易溶解, 并在紫外- 可见光区的短波长处( 350～365 nm) 会出现较强的吸收,而全反式的番茄红素无此吸收。

多双键结构使番茄红素的化学性质非常活泼,极不稳定。

凡对其他类胡萝卜素可造成降解的物理或化学因素包括光照、温度的升高、pH降低、与氧接触以及表面活性剂等均可使它降解。

Sharma 和Mageur认为: 番茄红素的分解反应是假一级反应, 说明番茄红素的分解受多种因素的影响。

1.1.3 分布
番茄红素在自然界中分布很广泛。

在植物中主要是那些成熟的红色水果和蔬菜,如番茄、西瓜、番石榴、番微果等。

番茄红素也广泛存在于人体各种器官和组织中,此外, 番茄红素还普遍存在藻类、真菌、细菌中。

1.1.4 生理功能【2】
1.1.4.1防癌抗癌方面
上世纪50年代，美国科学家首次报道番茄红素具有抗癌效应，随后多项
动物实验、人体细胞培养和流行病学研究均表明，番茄红素具有防癌抗癌生物学作用。

番茄红素对癌症的作用机制主要有以下几种，抗氧化消除自由基机制、诱导解毒酶机制、阻滞细胞周期和诱导细胞凋亡机制、生长因子机制、抑制胆固醇合成机制、增强抗肿瘤免疫调节机制、增强细胞间隙连接机制。

1.1.4.2 保护心脑血管
番茄红素可深入清除血管垃圾，调节血浆胆固醇浓度，保护低密度脂蛋白（LDL）不受氧化，还可修复完善被氧化的细胞，促进细胞间胶质形成，增强血管柔韧度。

一项调查研究显示，血清番茄红素浓度与脑梗死和脑出血的发病机率呈负相关。

番茄红素抗家兔动脉粥样硬化的研究表明，番茄红素能有效地降低家兔血清总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，其效果与氟伐他汀钠相当。

Hsiao等研究显示，番茄红素对局部脑缺血有保护作用，其主要通过抗氧化、清除自由基作用抑制神经胶质细胞活性，缩小脑灌注损伤的面积。

Sesso等研究发现，提高番茄红素摄入量可降低冠心病发生的风险：女性每星期摄入几种或更多的番茄制品，与摄入量较低的妇女比较，可降低冠心病发生几率约30 %。

唐湘宇等研究发现，番茄红素对兔主动脉脂质过氧化损伤有较好的保护作用，并能降低甘油三酯，保护血管内皮功能，减轻高脂兔动脉粥样硬化病变的形成，具有抗动脉粥样硬化的作用。

1.1.4.3保护皮肤
番茄红素还有降低皮肤受辐射或紫外线（UV）伤害等功能。

当UV照射皮肤时，皮肤中的番茄红素与UV产生的自由基结合，保护皮肤组织免受破坏，与未照射UV的皮肤相比，番茄红素减少31 %~46 %，其它成分含量几乎不变。

Stahl等证明，通过平时摄入富含番茄红素的食物可对抗UV，避免UV照射产生红斑。

番茄红素还可淬灭表皮细胞中的自由基，对老年色斑有明显的褪色作用。

1.1.4.4增强免疫力
番茄红素可活化免疫细胞，保护吞噬细胞免受自身的氧化损伤，促进T、B淋巴细胞增殖，刺激效应T细胞的功能，促进某些白介素产生及抑制炎症介质生成。

吴丽君等研究补充番茄红素及运动对人体T淋巴细胞亚群的影响，研究发现，中等剂量服用番茄红素胶囊，可提高人体的免疫力，减轻急性运动对机体免疫力的损害。

Watzl等报道番茄红素可促进白介素2和白介素4分泌，提高老年人免疫力。

冯丹等[11]在脂多糖（LPS）诱导的巨噬细胞炎症反应模型中发现，番茄红素可通过抑制LPS诱导巨噬细胞中的脊髓小胶质细胞（TLR4）易位到脂筏，从而阻断LPS诱导下游炎症信号通路信号调节蛋白激酶（ERK1/2），p38丝裂原活化蛋白激酶和转录因子蛋白家族（NF-κB）的激活，抑制炎症介质一氧化氮（NO）和促炎因子白介素6生成，有一定抗炎作用。

1.1.5 番茄红素产品
根据Minte公司的“全球新产品数据库”（GNPD），2003~2010年，全球共推出418种含有番茄红素的新产品。

这些产品涵盖了食品、补充剂和化妆品领域，其中含番茄红素的补充剂是最受欢迎的产品。

1.1.6 番茄红素的提取工艺
国内外近十年来天然番茄红素提取工艺的研究概况,将其归纳为有机溶剂萃取法、超临界CO2萃取法、酶解辅助萃取法、超声波辅助萃取法、微波辅助萃取法、超声波-微波协同萃取法、超高压辅助萃取法、高压脉冲电场辅助萃取法。

1.1.7 番茄红素的检测方法
1.1.7.1 高效液相色谱法【4】
罗琥捷，区海燕等人建立了一种广泛适用于功能食品的测定番茄红素含量的高效液相色谱检测方法。

样品前处理采用水油两相萃取方法;
色谱条件为色谱柱Inertsil ODS－SP 柱( 5μm，4.6 × 250mm) ，流动相为乙腈∶甲醇= 1∶1，流速为1.2mL/min，检测波长为472nm。

分析结果表明，番茄红素在0.30～50.0μg /mL 线性良好，相关系数R2 =
0.9998，加标回收率98.6%，RSD 为3.0%，说明该方法准确可靠。

1.1.7.2 紫外分光光度法【5】
用苏丹Ⅰ代替番茄红素做标准品制备标准曲线,在波长485nm 处测定番茄红素含量, 回收率99 .09%±2.0 %。

此方法简便快捷、稳定准确, 适合于番茄红素片剂的含量测定。

1.1.8 番茄红素的安全性研究
孙杰等人的实验结果：雌、雄小鼠的番茄红素急性经口毒性＞2 666.64 mg/kg，属实际无毒级；番茄红素200、433.33、666.67 mg/（kg •d）剂量（以体质量计，下同）在30 d喂养实验中没有对大鼠的血液常规和血清生化指标产生影响，且Ames实验、小鼠骨髓细胞微核实验、小鼠精子畸形实验结果呈阴性；以33.33、66.67、200 mg/（kg•d）3 个剂量进行小鼠免疫功能实验，200 mg/（kg•d）剂量组的鸡红细胞吞噬指数、自然杀伤（natural killer，NK）细胞活性高于阴性对照组，且差异均有统计学意义（P＜0.05）。

结论：番茄红素食品安全性良好，高剂量番茄红素作为食品添加剂在小型啮齿类动物实验中具有增强免疫力的功能。

【6】
隋自洁等人番茄红素胶囊作为一种新的保健食品安全性如何, 番茄红素胶囊小鼠急性毒性试验表明, 该受试物属无毒物质。

小鼠骨髓嗜多染红细胞微核试验、小鼠精子畸形试验、Ames 试验结果均为阴性, 说明番茄红素胶囊既无染色体畸变也无点突变作用。

大鼠短期喂养试验结果表明番茄红素胶囊对动物的生长发育无影响, 对血液系统及肝肾功能均无损害, 番茄红素胶囊对大鼠未引起病理明显形态改变, 未观察到的有害作用剂量为1.67 g/kg BW。

在本试验剂量范围内番茄红素胶囊无毒、无致突变性, 说明番茄红素胶囊食用的安全性。

1.1.9 番茄红素特性及不稳定性的改进方法
袁永成实验研究了光、还原剂、温度、抗氧化剂、金属离子等对番
茄红素稳定性的影响，为番茄红素的开发应用提供参考。

其结果说明番
茄红素在弱碱性，30℃左右，避光及有抗氧化剂和还原剂而没有Cu2+，
Fe3+离子的情况下比较稳定。

【8】
苏小华等人总结了国内外解决番茄红素稳定性技术难题的技术：常规技术，包埋技术，微胶囊技术，纳米技术。

1.2奶片的研究进展
1.2.1 奶片的简介
奶片的原料主要是鲜乳或乳粉，添加或不添加如下原料：包括例如乳清蛋白粉、脱盐乳清粉、乳糖、奶油等乳来源原料；包括例如植脂末、植物油、葡萄糖浆、白砂糖、果粉、谷物粉等；包括食品添加剂、营养素等原料；经过混合、压片、包装制成的片状乳制品，亦或将奶片生产所需的原料经混合、均质、浓缩、喷雾干燥制成奶片基料粉，再与其他辅料进行混合、压片、包装制得。

奶片的主要营养成分主要包括蛋白质、脂肪、碳水化合物等，由于其营养丰富、可直接食用、携带方便、保质期长等优点，与鲜奶相比，奶片无需冷藏、无需加热食用，已成为乳制品中的亮点。

食用奶片可享受到牛奶的风味和质地，独有的加工工艺，保留了牛奶中多种营养成分。

1.2.2 奶片的营养价值
成分名称每100克中含蛋白质≥14.0g脂肪≥20.0g蔗糖≤20.0g灰分≤8.0g水分≤6.0g钙≥300mg钙(毫克) 269 磷(毫克) 427 钾(毫克) 356钠(毫克) 179.7 镁(毫克) 32 铁(毫克) 1.6锌(毫克) 3 硒(微克) 12.1 铜(毫克) 0.06锰(毫克) 0 碘(毫克) 0
1.2.3 奶片的生产工艺【10】
1.3番茄红素奶片的设计意义
1.3.1产品意义
随着我国电力行业和互联网行业及科学技术的不断发展，家电已经走进社会各行各业和每个家庭中，为人们的生活、工作、学习、娱乐等带来方便。

但是家电所产生的电磁辐射会给人们身体上的伤害，如增加人们神经衰弱综合症，肩颈腕综合症、腰背酸痛，抵抗力下降等症状。

孕妇、老人、儿童则是电磁辐射中的易感人群，而心脏和生殖系统等也是电磁辐射的敏感器官。

1.3.2限定人群
孕妇、老人、儿童
1.4番茄红素奶片的研究现状
目前没有抗辐射奶片的研究，无市售。

第2章工艺流程设计
2.1番茄红素奶片的生产工艺【11】
→混合（加入蛋白糖、香精）→加润→湿剂→制湿粒→干燥树脂末→
成品←杀菌←压片←整粒
2.2番茄红素的提取
涂宝军，李勇等超临界CO2萃取番茄红素工艺及其抗氧化性能研究表明超临界流体萃取法在番茄红素提取中具有明显的优势，经超临界流体萃取的番茄红素无异味、无溶剂残留，同时能保留番茄全部生物特性，产品品质较高。

【12】
2.3 番茄红素的添加
在功能食品领域中，运用纳米微胶囊技术对功能食品中的功能因子进行包埋，既可以减少功能因子在加工或贮藏过程中的损失，又能有效地将功能因子输送到人体的胃肠道位置。

纳米胶囊特定的靶向性可以使功能因子改变分布状态而浓集于特定的靶组织，以达到降低毒性、提高疗效的目的，并通过控制释放功能因子提高其生物利用率，同时保持食品的质地、结构以及其感官吸引力。

【13】
应用于功能食品中的抗氧化剂主要包括酚类物质、黄酮类化合物(主要有
黄酮醇类、黄酮类、黄烷酮类、黄烷酮醇类等)、生物碱类等，同时还包括食用色素中的β-胡萝卜素、番茄红素、叶黄素、姜黄素等，都是天然的抗氧化剂。

采用纳米微胶囊对抗氧化剂进行包埋，可以提高其在食品应用中的稳定性和人体的生物利用率，增强其对人体的保健功效。

【14】
俞莉等人微胶囊化番茄红素片对小鼠免疫功能的影响表明微胶囊化的番茄红素片在适宜剂量下具有增强小鼠免疫力的功能。

【15】
2.4 操作要点
a.将全蛋粉、脱脂奶粉和经研磨的植脂末过60目筛，备用。

b.将混合均
匀的物料用50%的乙醇湿润，制成软材。

乙醇加入量以使软材适合制粒为宜，根据经验，加入乙醇混合后，应以手握能将软材捏成团，用手指轻轻一按能按散为宜。

c.造粒机进行造粒。

d.将制好的湿粒迅速置于恒温干燥箱中干燥，干燥温度控制在60～65℃，干燥时间为6～8h，途中需翻动颗粒2～3次以使颗粒均匀干燥。

干燥终点颗粒的水分含量在4%以下。

e.将干燥后的颗粒先过14目筛，再过12目筛，除去细小颗粒（可供下次软材使用），以保证压片均匀。

f.选择冲头确定产品形状，调节片剂厚度及压片压力，使片剂硬度适宜，通过实验最终将压片压力确定为2.5～3.0MPa。

g.将压好的片剂置于紫外灯下照射1h。

2.5番茄红素的检测
罗琥捷等功能食品中番茄红素的高效液相色谱检测方法中得出结论：虽然目前番茄红素功能食品主要以软胶囊为主，但是随着番茄红素包埋粒的推广及普及，番茄红素功能食品会越来越多出现固体制剂形式。

本实验建立了一种广谱的用HPLC 方法测定方法。

该方法选择适宜的水油萃取体系、检测波长、色谱柱温、等度洗脱等参数，较好地实现了番茄红素的分离，平均回收率达到98.6%，RSD 为3.0%，说明该方法实用、准确可靠、重现性好。

【17】
第3章试验方案设计
3.1试剂与材料
番茄红素；脱脂奶粉；蛋白糖；牛奶香精；植脂末；食品级无水乙醇。

3.2仪器设备
电热恒温鼓风干燥箱；TDP-1.5单冲压片机；JFSD-70实验室混料机；马福炉；YK-60摇摆式制粒机。

3.3研究技术路线
3.4试验方案
全蛋粉奶片调味配方的确定通过单因素对比实验，分别研究番茄红素与奶粉比例、蛋白糖、植脂末及牛奶香精用量对奶片感官质量的影响（各因素浓度梯度分别见表1），并依据单因素实验结果进行正交优化实验（因素水平编码表见表2），根据感官评分确定最佳配方。

表1单因素实验参数
因素水平
番茄红素：奶粉1：0.5、1：1、1：1.5、1：2、1：2.5、1：3、1：3.5、1：4、1：
4.5、1：5
蛋白糖的含量(%) 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0
植脂末含量（%）2、4、6、8、10、12、14、16、18、20
牛奶香精含量（%）0.05、0.20、0.35、0.50、0.65、0.80、0.95、1.10
表二正交实验因素水平设计
水平因素
A 番茄红素：奶粉B蛋白糖（%）C植脂末（%）D牛奶香精（%）
1 1：3.0 0.6 1
2 0.35
2 1：3.5 0.7 14 0.50
3 1：4.0 0.8 16 0.65
第4章产品设计
4.1产品规格、包装形式
片形：19*19*6mm
片重：每片2.5g，每吨40万片。

用枕式糖果全自动包装机进行包装, 包装材料为P T/ P E 双层玻璃纸
4.2 质量指标
所谓产品标准是指对产品的结构、规格、质量和检验方法所作的技术规定，制定、修改和不断完善产品标准，加强产品质量监督是提高产品质量的重要手段之一[17]。

因此根据DB 15/395-2004《奶片》和DBS 15/002-2011《乳粉制固态成型制品》所规范的标准并结合产品自身特点，制定了番茄红素奶片的产品质量标准。

感官指标a.外观：表面光滑完整，薄厚均匀，无裂痕，无掉渣；b.色泽：乳黄色，色泽分布均匀，无斑点；c.口感：口感细腻润滑；d.风味：奶香浓郁，甜度适中，无蛋腥味；e.质地：硬度适中，内质均匀致密。

理化指标水分含量≤6%，灰分含量≤8%，蛋白质含量≥10%，脂肪含量≤15%，铅≤1.0mg/kg，砷≤0.5mg/kg，铜≤10mg/kg。

微生物指标细菌总数≤50000cfu/g，大肠菌群≤10MPN/g，致病菌无检出。

4.3 产品展示
参考文献：
【1】陈峻峰.吕新美.张涛番茄红素的研究进展[期刊论文]-中国化工贸易2013(5)
【2】刘蕊.朱希强.LIU Rui.ZHU Xi-qiang 番茄红素的生理保健功能及应用研究进展[期刊论文]-食品与药品2013(5)
【3】林泽华,任娇艳. 天然番茄红素提取工艺研究进展. 食品科学技术学报2014,32(5):50 -55
【4】罗琥捷，区海燕，杨宜婷.功能食品中番茄红素的高效液相色谱检测方法.食品工业科技,2012,17:299-302
【5】程杨.番茄红素的提取工艺及检测方法探讨.食品研究与开发杂志2012,31(6):160-162
【6】孙杰，胡奇，李世芬等.番茄红素的安全性评价及对小鼠免疫功能的影响.食品科学2015,9:170-175
【7】隋自洁,孙兰,孟令仪,宋昕恬,张晶莹,吴小刚番茄红素胶囊的毒理学安全性评价[期刊论文]-中国实用医药2014(35)
【8】袁永成.浅析多种因素对番茄红素稳定性影响的研究.中国酿造2012,31(11):128-131
【9】苏小华.鲍波*.朱少平.柴星星番茄红素的功能与稳定性研究进展[期刊论文]-生物技术进展2013(1)
【10】林道.营养保健奶片的制作.致富之友1995,1:25
【11】林丽，迟玉杰.全蛋粉奶片的研制.食品工业科技2013（2）：218-221 【12】周孝禹，周杰等.番茄红素的分离提取与合成制备研究进展.中国药房2015，26（19）：2723-2726
【13】涂宝军，李勇，陈尚龙，邹绮.超临界CO2萃取番茄红素工艺及其抗氧化性能研究.食品工业 2014，35（6）：138-143
【14】杨小兰，袁娅，谭玉荣，夏春燕，李富华，明建.纳米微胶囊技术在功能食品中的应用研究进展.食品科学 2013，34(21):359-368
【15】俞莉，杨明晶，陆罗定，俞萍.微胶囊化番茄红素片对小鼠免疫功能的影响.江苏预防医学2014，25（2）：43-46
【16】罗琥捷，区海燕，杨宜婷.功能食品中番茄红素的高效液相色谱检测方法.食品工业科技 2012，33（17）：299-302
附件1：辐射等级表：
电器辐射指数
液晶电视★☆☆☆☆
背投电视★☆☆☆☆
等离子电视★★★☆☆
电视（普通电视机）★★★★☆（后面辐射较大，最好在观看时保持一定距）
家庭影院（影碟机加音响系统）★★★★☆（尽量少用家庭影院，如果自己想唱歌最好还是去KTV）
显示器★★★☆☆
液晶显示器★☆☆☆☆
台式电脑主机★★★☆☆（后面，侧面辐射较大，建议不要为了散热方便，敞开机箱使用）
低音炮音箱★★★★☆（使用时至少保持半米距离）
笔记本电脑★☆☆☆☆（辐射集中在键盘上方，使用时应与电源适配器保持一定距离。

）
普通鼠标、普通键盘、无线网关、打印机
数码相机和MP4的电源适配器★☆☆☆☆
无线鼠标和无线键盘★★★☆☆
空调★☆☆☆☆
红外管电暖气★★★★☆
暖风机★★★★☆
油汀电暖气★☆☆☆☆
电热毯★★★★★
电扇★★★★☆
加湿器★★★★★（不宜离人体过近）
空气净化器★★★☆☆
电磁炉、电火锅★★★★☆（使用时间不要太长，使用时也要保持一定距离）
微波炉★★★★★（门缝处辐射最大，启动时辐射最大，烹饪时不要过于靠近）
电冰箱★☆☆☆☆
抽油烟机★★☆☆☆（注意使用时不要贴得太近）
臭氧消毒柜★☆☆☆☆
臭氧机★★★★☆（最好不要让小孩、孕妇使用）
电饭煲★☆☆☆☆
电饼铛★★☆☆☆（注意使用时不要贴得太近）
电热水器★★★★☆（最好不要让小孩、孕妇使用）
榨汁机★★★★☆（最好不要让小孩、孕妇使用）
豆浆机★★★★☆（最好不要让小孩、孕妇使用）
吸尘器★★★★★
电熨斗★★★★☆（把温度一次加热到位，用一定再继续加热，不要边加热边熨衣服。

使用时应离儿童、孕妇远些）
吹风机★★★★☆（最好不要让小孩、孕妇使用）
电源接线板★☆☆☆☆
无用电设备连接时★☆☆☆☆
高功率用电设备连接时★★★★☆（不要把它放在床头）电热足盆★★★☆☆
跑步机★★☆☆☆
脂肪运动机★★★★★（传送带前部辐射较大）
各种灯具★☆☆☆☆。