番茄紅素研究進展及應用

閆新煥，宋燁，劉雪梅，潘少香，鄭曉冬，孟曉萌

（中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，濟南 250014）

番茄紅素是天然存在于番茄、西瓜、番木瓜、粉紅色葡萄柚等果蔬中的一種類胡蘿卜素，盡管缺乏胡蘿卜素那樣具有維生素A源活性的物質，但番茄紅素是目前已知的最有效的抗氧化活性物質，其抗氧化能力是β-胡蘿卜素的2.0～3.2倍，是維生素E的100倍，素有“藏在西紅柿里的黃金”之美稱[1]，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。食品加工有利于提高番茄紅素的生物利用率，作為有益于健康的膳食及食品配料，番茄紅素具有重要的應用價值[2]。

1 理化性質

1.1 分子結構

1910年Willstaller和Escher在對番茄紅素的研究中指出，番茄紅素是胡蘿卜素的異構體，并首次確定了其分子式為C40H56[3]，分子量 536.85。

1930年Karrer等提出，番茄紅素的化學結構式為含有11個碳碳雙鍵的多不飽和脂肪烴，理論上應有2048種立體異構體，但由于空間阻礙，番茄紅素分子中只有少數基團能參與異構，存在可能性較大的番茄紅素順反異構體約72種[4]。幾乎所有來源于天然植物中的番茄紅素都是反式構型，此構型最耐熱。大多數食品原料中存在的番茄紅素都是反式構型，人體血清中番茄紅素含量為0.2～1.0 μmol/L，主要以順式構型存在[5]，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。番茄紅素的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。

1.2 溶解性

番茄紅素是一種呈紅色的脂溶性色素，不溶于水，可溶于脂肪、油脂、乙醚、石油醚和丙酮，難溶于甲醇、乙醇[6]。

1.3 穩定性

作為一種不飽和高聚物，番茄紅素在植物體內比較穩定，經提純分離后易于發生氧化反應，穩定性較差。光、溫度、氧氣、極度pH值、金屬離子等均會影響番茄紅素的穩定性。番茄紅素對光十分敏感，日光、紫外光照射下損失極快。番茄紅素耐熱穩定性較好，熱損失少。常見金屬離子對番茄紅素的穩定性影響不一，K+、Na+、Mg2+、Zn2+對其穩定性影響不大，Fe3+、cu2+引起的番茄紅素損失較大，而Fe2+、A13+引起的損失較少。添加VC、VE等抗氧化劑可以減少番茄紅素的損失。

1.4 抗氧化性

番茄紅素是有效的抗氧化劑，通過物理或化學式捕捉高效淬滅單線態氧、抑制自由基的產生或清除自由基等發揮抗氧化作用。番茄紅素的氧化能力在天然類胡蘿卜素中是最強的，這與其獨特的長鏈不飽和分子結構有關。番茄紅素淬滅單線態氧的速率是β-胡蘿卜素的2倍，是α-生育酚的10倍。

2 生理功能

近年來，隨著對番茄紅素研究的不斷深入，其優越的生理功能越來越受到矚目。

2.1 高效淬滅單線態氧和清除自由基作用

番茄紅素作為強抗氧化劑，可淬滅單線態氧和清除自由基，防止脂蛋白和DNA受到氧化破壞，從而預防癌癥的發生；還可抑制LDL膽固醇氧化產物的形成，預防冠心病的發生。類胡蘿卜素清除單線態氧的能力主要取決于其分子中共軛雙鍵的數量，而番茄紅素具有比其它類胡蘿卜素更強的清除單線態氧的能力[7]。

2.2 抗癌、防腫瘤作用

哈佛大學的研究表明，常吃番茄和番茄加工品可以降低前列腺癌、食道癌和其它癌癥的發病率[8]。番茄紅素可抑制人類子宮內膜細胞和肺癌細胞的生長，番茄紅素的抑制作用與4倍用量的α-胡蘿卜素或10倍用量的β-胡蘿卜素相同。在食用番茄或番茄加工品時,由于番茄紅素是脂溶性成分，為了更好地吸收它并避免引起動脈粥樣硬化癥的危險，應采用單不飽和脂肪酸,如橄欖油來烹調番茄,這樣可更好地吸收利用番茄紅素。

2.3 保護心血管作用

由于番茄紅素能夠保護低密度脂蛋白(LDL)免受氧化破壞,因而有可能預防心血管疾病的發生。

2.4 抗疲勞作用

由于其含有多個雙鍵，番茄紅素分子可直接與自由基作用，有效清除體內因運動而產生的過氧自由基，延緩疲勞的發生或恢復運動后的疲勞[9]。

3 提取分離方法

目前，番茄紅素主要是從植物番茄中提取，可采用有機溶劑提取、超臨界CO2萃取法、HPLC法、酶法、微生物發酵法及直接粉碎法 等提取工藝。

3.1 直接破碎法

番茄原料經過水漂燙處理，使番茄籽、皮分離。將番茄皮粉碎后，作為著色粉直接添加于食品中。

3.2 有機溶劑提取法

沈蓮清等[10]采用溶劑提取法，研究了預處理方法、溶劑的選擇、液料比、pH等條件對番茄紅素提取率的影響。結果表明最佳提取條件：番茄原料經脫水的預處理，提取劑為丙酮:正己烷=2:1，料液比l:6，pH=6。

張曉敏等[11]選用番茄醬和新鮮番茄皮為原料，以丙酮為提取溶劑，料液比1:8，提取溫度40℃，每次提取70min，提取級數為3，可獲得最佳提取效果。

張亮等[12]也進行了有機溶劑提取番茄紅素的研究。原料番茄醬經CaCO3、異丙醇處理后，用混合溶劑(石油醚:丙酮=l:1)抽提至溶液無色，利用如HPLC法測得提取率為26.60 mg/100g。

國內還有專利報道可將含油樹脂和丙酮、乙酸乙酯溶劑混合，加熱，然后真空過濾，之后可得到番茄紅素含量90%的結晶[13]。

3.3 酶反應法

很多研究者通過加外源酶的方法來提取番茄紅素。李淑梅等[14]通過添加果膠酶和纖維素酶來提取番茄紅素，同時改進了提取條件，得到了最佳的酶濃度和酶提取時間，并進一步對各條件的影響進行了分析，實驗結果表明：果膠酶和纖維素酶的比例為4:1，添加酶量為0.5%，酶的作用溫度為40℃，調節pH為4，采用無水乙醇浸提4h，按此條件可大大提高番茄紅素的提取率。沈蓮清等[15]也通過實驗證明，用果膠酶和纖維素酶都能極大的增加番茄紅素的產率，對于番茄果實來講，果膠酶比纖維素酶更加有效。周丹丹等[16]使用海藻酸鈉固定纖維素酶，對其提取番茄紅素的工藝進行了研究，結果表明：使用酶量10mg，酶解1h，最適pH6～7。重復使用5次后，提取率為原來的71.4%。

3.4 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法是一種處于工業開發階段的新型食品、化工分離過程。它利用超臨界流體作萃取劑，從液體或固體物料中萃取、分離和純化物料。

西班牙學者[17]研究了超臨界提取條件與全反式番茄紅素得率的關系：40℃條件下，超臨界CO2流速4 mL/min，提取時間30min，用C30柱HPLC分離。為便于在食品和藥品領域中得到廣泛應用，該實驗在采用超臨界流體CO2萃取番茄紅素的過程中，未使用如甲醇、丙酮、正己烷等有毒改性劑。實驗結果表明，為盡可能大量獲得全反式番茄紅素，CO2流體的密度必須最高(0.90g/mL)，實驗獲得88%的全反式番茄紅素，12%順式番茄紅素。

左愛仁等[18]在實驗中確定了超臨界萃取番茄紅素實驗中夾帶劑的選擇，以及萃取溫度、萃取壓力、萃取時間等最佳參數，并對提取物中的番茄紅素進行了定量測定。結果表明，30MPa，55℃，2h，CO2流量30 kg/h，夾帶劑為30mL大豆色拉油的條件下，番茄紅素提取率達到93.58%，100g干料可獲得純度為1.37%的番茄紅素提取物。

王曉岑等[19]以番茄粉為原料，采用二次回歸正交旋轉組合設計，通過計算機分析得出超臨界CO2萃取番茄紅素的最佳工藝條件為：萃取壓力38MPa，萃取溫度61℃，夾帶劑為64mL大豆色拉油，萃取時間120min，番茄紅素萃取率達1.18mg/100g。

另外，有研究表明，西瓜中提取的番茄紅素風味比番茄中提取的還要好[20]。陳德經等[21]通過實驗研究了超臨界萃取西瓜中番茄紅素的工藝，結果表明：30MPa，55℃，2h，CO2流量為25L/h，夾帶劑為乙醇，西瓜沉淀干燥物的總提取率為17.7%，番茄紅素含量為29.5%。

3.5 微波萃取法

利用超高頻電磁波的強大穿透作用，實現在顆粒內外同時、均勻、迅速地加熱。較之其他方法，微波法提取的最大優點是提取時間大大縮短，成本低，投資少，提取效率較高。

王偉華等[22]采用微波輻射法萃取番茄紅素，確定了最佳工藝條件，提取溶劑為丙酮，微波功率級數為2，提取時間40s，液固比為3:1(mL/g)，提取級數為3，番茄紅素提取率達95%。

盧定強等[23]還研究了在微波條件下從三孢布拉霉菌菌絲體中提取番茄紅素的不同因素的影響，并通過正交實驗確定在微波條件下提取番茄紅素的最佳工藝條件為：采用正己烷作為提取劑，微波功率為400W，提取時間為10min，攪拌頻率為78r/min，液固比為80:l(mL/g)，提取級數為2。

3.6 微生物發酵法

隨著轉基因技術的迅速發展，利用基因工程菌發酵法生產番茄紅素成為番茄紅素研究工作的又一個熱點 ,目前國外已有大量報道。Gavrilow等人在霉菌的發酵液中添加了1%的煙草廢棄物，經110h發酵，得到番茄紅素約60～80 mg/mL[24]。

3.7 大孔樹脂法

天津大學嘗試使用打孔樹脂結合溶劑提取方法從番茄皮中提取番茄紅素。張裕卿等 人采用大孔吸附樹脂對番茄中的番茄紅素和β-胡蘿素進行了分離研究，為樹脂法提取純化番茄紅素和β-胡蘿卜素提供了實驗依據。

4 安全性及推薦的攝取用量

人類安全食用含番茄紅素的番茄等果蔬已有很長的歷史，對不同途徑化學合成的等同番茄紅素的物質，也經動物毒理學等實驗證明了安全性并通過GRAS(公認食品安全)認證，因此食用番茄紅素的安全性是有保證的。目前歐盟許可用溶劑從番茄中提取的天然番紅素作為色素使用，編號是E160d，用于果醬、果凍及其他類似水果產品中，用量是100 mg/kg(最大使用量)。在美國作為食用色素使用，已有公司向FDA申請并有望近期內獲得批準。

人體健康所需要的番茄紅素數量，現有的數據還不能給出定論，在國外番茄紅素ADI值(推薦的每天膳食供給量)為：芬蘭0.7mg，英國1.1mg，德國1.3mg，美國3.7～16.15mg，在加拿大的一項調查結果為25.2mg。估計平均值為3.7mg，我國未見有相關數據報道。根據近期對來源于番茄醬及補充的番茄紅素吸收研究的結果，建議每天攝入的番茄紅素量為5～l0mg。

5 應用現狀

人體不能自行合成番茄紅素，需通過飲食等補充獲得。番茄及其加工制品番茄醬、番茄沙司、番茄汁等是歐美國家人們攝入番茄紅素的主要來源。番茄紅素預防癌癥、心血管疾病等的功能作用使其應用到膳食補充劑中。作為色素、營養強化成分添加到食品中，各國和地區的法規不盡相同，但番茄紅素的生產廠商正積極推進有關工作，番茄紅素作為食品配料可應用到果醬、果汁、乳制品、肉制品、烘焙食品、糖果、代餐食品等更多的食品、飲料產品中。

但番茄紅素屬脂溶性物質，并且對光和氧十分敏感，大大限制了它的使用范圍。現代技術采用微膠囊技術進行包囊化處理，可以提高它在功能性產品中的可用性，促進其生理功能的發揮。左愛仁等[2]采用明膠和蔗糖等多種配方作為壁材，噴霧干燥番茄紅素微膠囊的工藝。研究表明：經微膠囊化后大大提高了番茄紅素的穩定性，同時添加抗氧化劑可提高微膠囊化過程中番茄紅素的保留率。

6 前景與展望

我國是番茄生產大國，各類番茄制品生產中產生的皮、籽目前多被用作飼料或被廢棄，如果用來提取番茄紅素，將為企業帶來巨大的經濟效益。當前，研究制取番茄紅素的一個熱點是利用轉基因技術培育高番茄紅素的番茄以及開發產番茄紅素的微生物。綜上所述，番茄紅素的生理功能與人體有著緊密的聯系，盡管有些作用機理如番茄紅素的代謝、順反式異構體在生理功能上的差異及番茄紅素單獨還是與其他物質的協同效果在起作用等尚需進一步明確，但其作為新型保健食品、食品添加劑、化妝品、藥品具有廣闊的市場前景。同時我們深信，其很快會在大規模工業化生產方面取得較大進展[25]。

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