番茄紅素的研究進展

金麗芬,張曉燕,夏文明

番茄紅素(lycopene)不僅是一種天然的食用色素,而且在有效預防各種疾病,如防癌抗癌、預防心血管疾病等方面顯示出其多方面的生物學功能,素有“藏在西紅柿里的黃金”之美稱,已被聯合國糧農組織(FAO)、食品添加劑委員會(JECFA)和世界衛生組織 (WHO)認定為 A類營養素,并被50多個國家和地區作為具有營養與著色雙重作用的食品添加劑。

1 來源

番茄紅素在自然界中分布很廣泛。在植物中主要是存在于成熟的紅色水果和蔬菜中,在秋橄欖漿果中的含量較高。如番茄、西瓜、番石榴、番微果、木瓜、葡萄、草莓、苦瓜籽、蘿卜、胡蘿卜、紅肉臍橙、甜杏、紅色葡萄、柚子等,龍蝦和螃蟹中也含有番茄紅素。平時人們通過飲食獲取番茄紅素[1],每 100 g番茄含番茄紅素 3～14mg,成熟度愈高含量愈多。目前番茄紅素的生產方法主要有天然產物提取法、基因工程發酵法和化學合成法。化學合成番茄紅素自 Karrer首次合成至今已有半個世紀,方法成熟。

2 理化性質

番茄紅素是一種脂溶性不飽和碳氫化合物,是類胡蘿卜素的一種,分子式為 C40H55,相對分子質量為 536.85,熔點174℃(反式),與 β-胡蘿卜素是同分異構體。番茄紅素難溶于甲醇,可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮,易溶于三氯甲烷硫化碳、苯等有機溶劑。番茄紅素是許多類胡蘿卜素生物合成的中間體,經過環化可形成其他類胡蘿卜素,但動物體內無法合成,只能從食物中攝取。番茄紅素分子中有 11個共軛雙鍵和 2個非共軛雙鍵,因此其穩定性很差,容易發生順反異構和氧化降解。到目前為止已發現 72種異構體。天然存在的番茄紅素全部為全反式構型,在人體組織中則大部分為順式構型。長時間加熱或紫外線照射可使其異構化,產生部分順式構型。番茄紅素順式與反式異構體的物理和化學性質有很大差異,主要表現在熔點、摩爾消光系數、呈色能力、極性、溶解性、最大吸收波長和生物活性的不同[2]。

3 體內分布和代謝

番茄紅素是脂溶性物質,經消化后通過被動擴散方式被小腸黏膜吸收。隨后結合入乳糜微粒進入淋巴系統,轉運入肝臟。在載脂蛋白的幫助下,從肝臟轉運到血漿再分布到不同的器官。吸收過程受食物組成、顆粒大小和是否熱處理、消化酶、胃酸等影響。正常飲食情況下,番茄紅素在人體血漿中的濃度為 0.2～1.0μmol/L,平均約 0.5μmol/L。人體血漿中番茄紅索的水平沒有明顯的性別差異。但女性血漿中的番茄紅素水平受月經周期的影響,黃體中期血漿中番茄紅素含量有一個高峰。人體內,番茄紅素含量較高的器官組織是腎上腺、睪丸、肝臟和前列腺,在腎和肺中也占一定優勢。研究發現[3],一次性食入 16.5mg番茄紅素,6 h后血液有一個弱增長,12h有一個大增長,104 h后才消失。番茄紅素是脂溶性物質,在熱加工后和脂類存在情況下,可提高其生物利用率,血清濃度在 24～48h達高峰,半衰期 2～3 d,隨攝入量增加,血清番茄紅素濃度升高,但不呈線性關系,且順式比反式結構的番茄紅素更易吸收。

4 生物學特性及其研究

番茄紅素的抗氧化性、清除自由基、誘導細胞間信息傳遞、抑制細胞增殖、增加免疫力等功能,對預防疾病起著關鍵的作用。

4.1 抑癌作用 20世紀 50年代,美國科學家首次報道番茄紅素具有抗癌效應,近年來,在抗氧化、抑癌,如宮頸癌、乳腺癌[4]方面的研究證明,番茄紅素具有抑制腫瘤生長的作用,其作用可能與提高抗氧化酶活力、降低脂類氧化產物、減輕細胞DNA損傷有關[5]。番茄紅素對 HeLa細胞的生長具有抑制作用,可促進宮頸癌HeLa細胞凋亡,可以抑制宮頸癌的發生[6]。番茄紅素可抑制人乳腺癌MDA-MB-231細胞增殖,還與誘導凋亡相關[7]。番茄紅素與人前列腺癌PC-3細胞的抑制增殖作用有關;Millis等[8]對萬余名男性進行了 6年的隨訪研究,發現食用番茄可明顯降低患前列腺癌的危險性。Giovannueei等對美國 47 894名醫務人員進行的隨訪研究也證實,攝入含大量番茄紅素的番茄制品與前列腺癌患病的危險性呈負相關,發生前列腺癌的危險性下降 21%。

4.2 血管粥樣硬化的預防和延緩作用 荷蘭鹿特丹的一項包含 108例的營養流行病學對照研究[9],分析了血漿 α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、番茄紅素、β-隱黃質、葉黃素及玉米黃素的含量與大動脈粥樣硬化間的關系。以腹主動脈鈣化斑作為評價大動脈粥樣硬化的標志,以年齡、性別調整邏輯回歸模型進行統計分析,結果發現僅血漿番茄紅素與大動脈粥樣硬化呈負相關,進行多元校正分析后也得到同樣的結果,認為動脈粥樣硬化發生中番茄紅素是重要的保護性因子。動物實驗結果也顯示,給小鼠飼喂高膽固醇飼料 4個月后,這些小鼠血漿脂質過氧化水平較喂食正常飼料小鼠明顯升高,乙酰膽堿介導的大動脈松弛能力也受到明顯損害,而在高膽固醇飼料中添加 20%番茄凍干粉的小鼠,這兩個指標與正常飼料組小鼠無明顯差異。因此認為番茄能夠對抗高膽固醇小鼠的血管內皮功能紊亂,并且這種保護作用很有可能是番茄中的番茄紅素提供的。番茄紅素還有助于減少高脂血癥兔主動脈脂質斑塊面積,減輕脂肪肝病變程度,防止或延緩動脈粥樣硬化的形成[10]。

4.3 骨質疏松的預防和治療作用 也有報道稱,番茄紅素通過其抗氧化功能而影響成骨細胞和破骨細胞的功能,從而能夠對骨質疏松癥發生發展的病理過程進行有效干預,最終阻止和減緩骨質疏松癥的發生[11]。在去卵巢大鼠動物模型上也初步證實,番茄紅素對大鼠氧化應激后骨質疏松的骨質具有保護作用[12]。相關實驗證明番茄紅素組對H2O2誘導的成骨細胞氧化損傷有明顯的保護作用,且各項生化指標與損傷對照組均存在明顯統計學差異,說明番茄紅素均可以有效地降低 H2O2對成骨細胞造成的傷害。

4.4 肝臟纖維化的抑制作用和急性肝損傷的預防保護作用研究證明番茄紅素對急性肝損傷大鼠有保護作用,脂質過氧化參與肝星狀細胞激活,肝星狀細胞的活化是肝纖維化形成的關鍵,因此番茄紅素可能具有抗肝纖維化作用。動物模型實驗證實,運用番茄紅素治療T淋巴細胞介導的小鼠肝纖維化有治療作用[13]。在小鼠急性肝損傷的動物模型上,實驗證明:番茄紅素能升高急性酒精肝損傷小鼠血清與肝組織SOD、GSH-Px活性,降低血清 ALT、AST活性和血清與肝組織MDA含量,并能不同程度地改善肝臟病理組織損傷[14],從而得出番茄紅素對酒精所致急性肝損傷具有預防性保護作用的結論。

4.5 皮膚的保護作用 番茄紅素可有效抑制和清除自由基,防止紫外線照射對皮膚的損害。有研究發現,用致死劑量的紫外線照射小鼠,并飼喂番茄紅素,小鼠的生存率明顯增加[15]。濃縮的番茄紅素對 β-紫外線導致的機體損傷有保護作用,并可減少機體的炎癥反應,維持正常的細胞增殖,減少 DNA的損傷。研究表明,受陽光照射的皮膚與相鄰的不受陽光照射的皮膚相比,其內部的番茄紅素的含量低 31%～46%,而增加皮膚內番茄紅素的含量可以防止或減輕紫外線對皮膚的損傷。

4.6 其他 番茄紅素具有非抗氧化機制,也有報道認為機體通過增加番茄紅素的攝入,可調節基因功能,改善細胞間的信息傳導,調節激素和免疫應答,或調節新陳代謝,從而達到降低慢性疾病發生的危險。

5 應用前景

雖然到目前為止,有許多證據證明番茄紅素具有抗癌、抗動脈粥樣硬化、抗氧化、保護肝臟等多種作用,但是為了進一步了解番茄紅素的具體作用機制還需更多的實驗研究和臨床試驗,建立攝入番茄紅素與降低這些疾病發病率的關系,隨著對番茄紅素研究的深入,其臨床藥用價值不可小覷。目前人們越來越注重“綠色”、健康的情況下,番茄紅素因其自身獨特的保健功能逐漸得到人們的認可,在臨床試驗尚未完全證實的情況下,定位以開發抗氧化和防衰老保健食品定會存在很大的市場。

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(本文編輯:林永麗)