Functional Components in Nutrition: Technology for Producing a Lycopene-Containing Concentrate from Tomato Raw Materials

Introduction: The deterioration of the environmental situation, especially in industrial regions and large cities, has led to growing interest in functional nutrition as a means of preventing chronic diseases. In this context, natural carotenoids (biologically active compounds with pronounced antioxidant properties) have become particularly valuable. Among them, lycopene, found in tomatoes, stands out for its high biological activity, oxidative stability, and ability to reduce the risk of cardiovascular and oncological diseases. However, for broad industrial application, efficient extraction technologies are needed to ensure a stable yield of the compound while preserving its activity.

Purpose: To substantiate an effective technological regime for the extraction of lycopene from tomato raw materials.

Materials and Methods: The research object was the regional tomato variety "Samaladay." Dried tomato powder and the lycopene-containing extract obtained from it were used. The content of extractive substances was determined according to pharmacopoeial standards. β-carotene content was quantified by spectrophotometric method (λ = 452 nm), and lycopene content by high-performance liquid chromatography (HPLC) according to GOST 33277. The influence of solvent type, raw material to solvent ratio, temperature, extraction time, and number of extractions on the yield of active components was analyzed.

Results: Ethyl acetate was identified as the most effective solvent. The optimal extraction conditions were: temperature 50 °C, extraction time 30 minutes, raw material to solvent ratio 1:2.5, with double extraction. The resulting extract contained 22.4 ± 1.29 mg/100 g of lycopene and 21.59 ± 1.2 mg/100 g of β-carotene. Through vacuum evaporation, a dry concentrate was obtained (1.26 ± 0.12 g from 1 kg of powder) with a lycopene content of 17–20 %. The novelty of the study lies in the experimental development and substantiation of the optimal technological regime for obtaining a lycopene-containing concentrate based on local tomato raw materials, contributing to the expansion of the raw material base and the introduction of functional components into Kazakhstan's food industry.

Conclusion: The developed lycopene extraction technology can be effectively applied in the creation of food additives aimed at enhancing the biological and preventive value of everyday food products.

1. Ачмиз, А. Д., Лисовая, Е. В., Лисовая, Е. В., Свердличенко, А. В., & Викторова, Е. П. (2022). Характеристика существующих способов получения каротиноидов из растительного сырья и вторичных ресурсов его переработки. Новые технологии, 18(2), 15-25. https://doi.org/10.47370/2072-0920-2022-18-2-15-25

2. Бондаренко, Ж. В., Эмелло, Г. Г., & Хаванская, О. И. (2016). Влияние термообработки на устойчивость к окислению и жирнокислотный состав растительных смесей. Труды БГТУ, 4, 162-166.

3. Буряк, Д. И., Ильинова, С. А., & Калманович, С. А. (2004). Влияние биологически активных добавок растительного происхождения на потребительские свойства и пищевую ценность кулинарных жиров. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 1, 74-76.

4. Гаджиева, А. М., Султанов, Ю. М., & Рамалданова, З. Н. (2020). Комплексная переработка томатного сырья с получением томатного красителя ликопина – элексира жизни. Вестник ВГУИТ, 82(4), 219-223. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2020-4-219-223

5. Газиев, А. И. (2001). Способ получения индивидуальных каротиноидов (Патент RU2172608). Российское патентное ведомство.

6. Гулюк, Н. Г., Пучкова, Т. С., & Пихало, Д. М. (2009). Исследование технологических процессов получения и модификаций фруктофуранозных полисахаридов из цикория корневого. Материалы Международной научно-практ. Конф. "ХVII International Starch Convention" (c. 36-37). Moscow.

7. Донченко, Л.В., & Фирсов, Г.Г. (2017). Пектин: основные свойства, производство и применение. ДеЛи принт.

8. Жексенбай, Н., Набиева, Ж. С., Амирханова, А. Ш., Кизатова, М. Ж., & Искакова, Г. К. (2020). Актуальность создания пектинсодержащих продуктов питания с детоксикационными свойствами. Фармация Казахстана, 7-8, 46-50.

9. Зайко, Г. М. (2017). Получение и применение пектина для лечебных и профилактических целей. КубЛГУ.

10. Курегян, А. Г., Печинский, С. В., & Степанова, Э. Ф. (2018). Способ получения индивидуальных каротиноидов (Патент RU2648452). Российское патентное ведомство.

11. Маслова, Е. П. (2018). Применение инулина в косметическом производстве. Молодой ученый, 49, 46-48.

12. Надежкина, М. С., & Сагина, О. А. (2020). Инулин: свойства, применение. Мировой рынок инулина. Modern Science, (1-2), 76-80.

13. Нежинец, Е. В., Ильинова, С. А., Колманович, С. А., Корнева, Е. П., & Молочкова, М. Л. (2004). Влияние томатного – масляного экстракта на потребительские свойства сливочного масла. Известия вузов. Пищевая технология, 1, 71-74.

14. Перковец, М. В. (2010). Правда и неправда об инулине и целесообразности его производства в России. Пищевые ингредиенты. Сырьё и добавки, (2), 20.

15. Смородинская, С. В., Грибкова, В. А., Алексеев, А. Е., & Глебова, И. А. (2022). Применение экстракта ликопина как компонента функционального питания в хлебобулочных изделиях из дрожжевого теста. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий, 84(2), 93-100. http://doi.org/10.20914/2310-1202-2022-2-93-100

16. Тукова, А. А. (2019). Разработка рецептуры мясного продукта для лечебно-профилактического питания с использованием антиоксиданта ликопин. Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства, (21), 263-266.

17. Фоменко, С. Е., Кушнерова, Н. Ф., Спрыгин, В. Г., Парфенова, Т. В., & Кушнерова, Т. В. (2009). Применение растительных полифенолов в составе функциональных продуктов питания. Известия Дальневосточного федерального университета. Экономика и управление, (1), 62-69.

18. Япаров, А. Э., Бабина, С. А., Желтышева, А. Ю., Шуклин, Г. О., & Шуклина, А. А. (2020). Влияние ликопина и других каротиноидов на когнитивную функцию. Международный студенческий научный вестник, (3).

19. Arballo, J., Amengual, J., & Erdman, J. W. (2021). Lycopene: A critical review of digestion, absorption, metabolism, and excretion. Antioxidants, 10(3), 342. https://doi.org/10.3390/antiox10030342

20. Dawood, M. A. O., Abdel‐Tawwab, M., & Abdel‐Latif, H. M. R. (2020). Lycopene reduces the impacts of aquatic environmental pollutants and physical stressors in fish. Reviews in Aquaculture, 12(4), 2511-2526. https://doi.org/10.1111/raq.12455

21. Marzocco, S., Singla, R. K., & Capasso, A. (2021). Multifaceted effects of lycopene: A boulevard to the multitarget-based treatment for cancer. Molecules, 26(17), 5333. https://doi.org/10.3390/molecules26175333

22. Zeng, J., Zhao, J., Dong, B., Cai, X., Jiang, J., Xue, R., & Liu, C. (2019). Lycopene protects against pressure overload-induced cardiac hypertrophy by attenuating oxidative stress. Journal of Nutritional Biochemistry, 66, 70-78. https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2019.01.002