番茄紅素分析方法的研究進(jìn)展

擺玉芬，劉玉梅*

（新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046）

番茄紅素分析方法的研究進(jìn)展

擺玉芬，劉玉梅*

（新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046）

番茄紅素是一種紅色的、脂溶性的類胡蘿卜素，廣泛存在于各種蔬菜水果中。流行病學(xué)研究、組織培養(yǎng)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果均表明其具有很強(qiáng)的抗氧化活性，能顯著地降低心血管、癌癥等疾病的發(fā)病率，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、保健食品、食品添加劑、化妝品等行業(yè)。番茄紅素含量的測(cè)定是評(píng)價(jià)各種番茄制品以及番茄紅素為主要成分的保健品和藥品質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是深入研究番茄紅素在人體組織和器官中的活性作用機(jī)理和代謝機(jī)制的前提。本文綜述各種含番茄紅素的果實(shí)、番茄制品、番茄紅素提取物、食品及血清和組織中番茄紅素分析方法的研究 進(jìn)展。

番茄紅素；分析；類胡蘿卜素；光譜法；色譜法

隨著人們對(duì)健康、綠色食品的不斷追求，飲食習(xí)慣與人體健康之間的重要聯(lián)系已被人們廣泛認(rèn)同。大量流行病學(xué)的研究表明，水果蔬菜中所含有的豐富的類胡蘿卜素類物質(zhì)，能夠有效地減少或減緩諸如各種癌癥、眼部疾病 等的發(fā)生和發(fā)展[1]，因而類胡蘿卜素也被認(rèn)為在預(yù)防人類疾病和維持人體健康狀態(tài)方面起著重要的作用[2]。目前，已鑒定出的類胡蘿卜素有700多種，其中含量豐富，分布廣泛，且具有重要生理功能的主要為番茄紅素、β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素、葉黃素等[3]。 番茄紅素作為一種功能性色素，具有營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑和天然色素的雙重作用，廣泛存在于自然界中，尤其在成熟的植物果實(shí)中含量較多，如番茄、西瓜、葡萄、胡蘿卜等[4]。番茄紅素還是良好的抗氧化劑及自由基清除劑，能預(yù)防前列腺癌[5]、心血管疾病[6]、骨質(zhì)疏松癥[7]、高血壓[8]的發(fā)生、對(duì)男性不育[9]、老年癡呆[10]等也有一定的防護(hù)作用，已成為目前食品和醫(yī)藥領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在醫(yī)藥、功能食品、化妝品等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用[11]。

番茄及其制品（如番茄醬、番茄汁等）是人體通過飲食獲得番茄紅素的主要來源，此外，作為膳食補(bǔ)充劑，番茄紅素也被制成液體、番茄紅素片、番茄紅素軟膠囊及微膠囊等。近年來，隨著人們的保健意識(shí)增強(qiáng)，以番茄紅素為主要活性成分的保健食品逐漸受到人們的歡迎，但這些保健品質(zhì)量參差不齊，嚴(yán)重影響了其保健功效，對(duì)番茄紅素的含量測(cè)定是評(píng)價(jià)這類產(chǎn)品或商品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)[12]。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)番茄紅素含量的分析方法進(jìn)行了廣泛的研究，但由于番茄紅素活性很強(qiáng)，且總是與其他類胡蘿卜素一同存在于生物體內(nèi)，結(jié)構(gòu)性質(zhì)也十分相似，不同的分析方法往往會(huì)得到差異很大的分析結(jié)果。因此，尋找快速有效的番茄紅素的分析方法，不僅對(duì)進(jìn)一步研究番茄紅素的生理功能及其相關(guān)產(chǎn)品的品質(zhì)具有重要的意義[13]，對(duì)促進(jìn)我國(guó)保健品行業(yè)的良性發(fā)展也具有重要的意義。大量研究表明，番茄紅素的順式異構(gòu)體比反式異構(gòu)化產(chǎn)物具有更高的生物活性及醫(yī)療效果[14]，而在實(shí)際研究中，番茄紅素的順反異構(gòu)體分離難度較大，如何采用合適的分離手段，將番茄紅素分離出并準(zhǔn)確測(cè)定一直是困擾分析人員的一大難題[15]。開發(fā)快速簡(jiǎn)便、干擾小、靈敏度高、環(huán)境友好的分析方法是未來的研究重點(diǎn)，也是目前的行業(yè)發(fā)展的需要。本文結(jié)合最新的研究資料對(duì)番茄紅素的分析方法進(jìn)行了比較與分析，旨在為各類含番茄紅素的食品和保健品的研發(fā)提供一定的參考。

1 光譜法

光譜法是分析番茄醬及類似產(chǎn)品的主要方法，也是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)各種規(guī)格番茄紅素提取物及番茄紅素膠囊的生產(chǎn)廠家所普遍采用的方法，其中最主要的是紫外-可見分光光度法。

1.1 紫外-可見分光光度法（ultraviolet-visible spectroscopy，UV-Vis）

紫外-可見分光光度法操作簡(jiǎn)單，用蘇丹I代替番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)品，可直接測(cè)定番茄紅素的最強(qiáng)吸收峰來進(jìn)行定量，但不能排除樣品中β-胡蘿卜素的干擾，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果往往比真實(shí)值高，而且分析速度慢，系統(tǒng)誤差較大，采用紫外-可見分光光度測(cè)定食物中的番茄紅素見表1。

1.2 紅外光譜法（infrared spectroscopy，IR）

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，質(zhì)量控制與保證已越來越受到人們的重視[24]。紅外光譜，尤其是近紅外光譜分析技術(shù)是一種預(yù)處理簡(jiǎn)單，且不破壞樣品的技術(shù)，近年來，有學(xué)者將該技術(shù)應(yīng)用到番茄紅素的分析檢測(cè)。Clement[25]、Baranska[26]等用可見-近紅外光譜法測(cè)定了新鮮番茄中番茄紅素的含量及一些質(zhì)量參數(shù)，發(fā)現(xiàn)該法能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)番茄紅素的含量及顏色指數(shù)。Nardo等[27]用 衰減全反射紅外光譜法（atten uated total reflectance infrared spectroscopy，ATR-IR）快速測(cè)定番茄汁中的番茄紅素和β-胡蘿卜素的含量，其中番茄紅素和β-胡蘿卜素在紅外光譜中的特征吸收峰分別是975、968 cm-1，測(cè)定結(jié)果與高效液相色譜法進(jìn)行比較，證實(shí)多元變量分析的紅外光譜數(shù)據(jù)與高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC）的測(cè)定值相關(guān)系數(shù)R2＞0.99。

1.3 拉曼光譜法

拉曼光譜是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)有力的工具，番茄紅素鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中含有大量的C—C鍵和C＝C鍵，很容易引起分子極化率的變化，因此比較適合用激光拉曼光譜法進(jìn)行分析檢測(cè)。劉春宇等[28]選用波長(zhǎng)為532 nm的半導(dǎo)體泵浦導(dǎo)體激發(fā)器作為激發(fā)光源，使番茄紅素的拉曼光譜線從其他類胡蘿卜素中分離開，很大的提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確度和精密度。在人體的各個(gè)器官和組織中，番茄紅素主要分布在血液、肝臟等器官，要想了解番茄紅素與人體健康之間的關(guān)系，就需要對(duì)人體內(nèi)番茄紅素進(jìn)行定量和定性分析。Darvin等[29]采用共振拉曼光譜法測(cè)定了人體皮膚中β-胡蘿卜素和番茄紅素，使用多行的Ar+激光為射線，即可獲得兩者清晰的拉曼光譜。拉曼光譜技術(shù)具有分析速度快，靈敏度高，無需樣品預(yù)處理，不需破壞樣品等優(yōu)點(diǎn)，將在番茄紅素測(cè)定方面得到更廣泛的應(yīng)用。

2 色譜法

色譜法是目前在番茄紅素研究工作中最常采用的方法，特別是對(duì)番茄紅素異構(gòu)體及類胡蘿卜素類的分離分析中展示出了非常強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。色譜法的研究和應(yīng)用主要包括對(duì)色譜條件的優(yōu)化、色譜柱的選擇等。

2.1 高效液相色譜法

高效液相色譜法用于類胡蘿卜素的分析與分離，具有良好的可靠性，常用于番茄紅素等天然色素的分析及半制備。采用高效液相色譜法測(cè)定植物有效成分含量的關(guān)鍵是色譜條件的選擇與優(yōu)化，表2對(duì)主要的高效液相色譜法測(cè)定番茄紅素的色譜條件及適用范圍進(jìn)行了歸納。

表1 番茄紅素含量的測(cè)定采用紫外-可見分光光度法Table 1 Determination of lycopene by UV-vis spectrophotometry

采用HPLC法分離測(cè)定番茄紅素時(shí)，固定相的選擇主要有硅膠、C8、C18等，其中最多的是C18柱，與之相對(duì)應(yīng)的流動(dòng)相主要有兩種，一類是含水反向體系（aqueous reversed-phase，ARP），另一類是無水反向體系（nonaqueous reversed-phase，NARP）[47]。其中，乙腈-水和乙酸乙酯組合，是應(yīng)用最廣泛的流動(dòng)相組合，適合將番茄及其制品中的番茄紅素與其他類胡蘿卜素分離開，雖然C18柱在分離測(cè)定番茄紅素含量時(shí)效果不錯(cuò)，但對(duì)番茄紅素異構(gòu)體的分離能力卻有限。C30固定相是最近發(fā)展起來一種反相吸附固定相，該固定相具有許多優(yōu)異的性能，對(duì)番茄紅素異構(gòu)體的分離效果非常好，并且能夠分離一些成分復(fù)雜、結(jié)構(gòu)相似的不含氧的類胡蘿卜素的順反異構(gòu)體。研究表明，色譜柱選擇構(gòu)型的能力，與固定相的性質(zhì)有關(guān)，C30烷基鏈的長(zhǎng)度與類胡蘿卜素分子的長(zhǎng)度接近，使得兩者的相互作用得到增強(qiáng)，同時(shí)增加了固定相的疏水性，提高了柱效。所以，在分離番茄紅素異構(gòu)體時(shí)C30柱具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其在番茄紅素順反異構(gòu)體的的分離鑒定中有很好的應(yīng)用前景。

2.2 超臨界流體色譜法

超臨界流體色譜法是以超臨界流體作為流動(dòng)相的一種色譜方法，具有分析時(shí)間短，分析速度快等優(yōu)點(diǎn)。常用的超臨界流體為二氧化碳，由于二氧化碳是非極性物質(zhì)，比較適合萃取脂溶性的物質(zhì)。齊國(guó)鵬等[48]研究了以二氧化碳為流動(dòng)相，考察了超臨界流體的壓力、色譜柱溫度和攜帶劑濃度對(duì)番茄紅素分離的影響，并確定了最優(yōu)分離條件，在優(yōu)化條件下，番茄紅素的保留時(shí)間在3 min之內(nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差＜6%，測(cè)定結(jié)果的平行性和重復(fù)性較好。劉玉梅等[49]利用超臨界流體色譜法，分別測(cè)定番茄紅素油樹脂及番茄紅素粉末中番茄紅素的含量，摸索出一種新的番茄紅素的測(cè)定方法，該法可以作為番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)品的制備方法，但其儀器設(shè)備昂貴，不利于推廣。

2.3 聯(lián)用技術(shù)

液相色譜法雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)未知復(fù)雜物質(zhì)的定性困難，通常需與其他技術(shù)聯(lián)用，HPLC-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)具有很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)鑒定能力，能對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行定量、定性分析，已經(jīng)用于血清、番茄醬 中番茄紅素含量的測(cè)定。陳冬東等[50]采用皂化、中性氧化鋁凈化法凈化樣品，有效地將番茄紅素保健品中的一些雜質(zhì)去除，隨后用液相色譜法-串聯(lián)質(zhì)譜-大氣壓化學(xué)電離源多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式測(cè)定保健食品中的番茄紅素，該法快捷、準(zhǔn)確，可用于保健食品中番茄紅素的定量檢測(cè)和確證。Pól等[51]采用超臨界流體萃取番茄紅素，隨后用HPLC進(jìn)行在 線檢測(cè)，用一個(gè)單一的整體柱進(jìn)行分析物的捕獲和分離，該法線性范圍為0.1～2.5 μg，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.9%，檢測(cè)時(shí)間為35 min，采用在線分析避免了番茄紅素與空氣和光的接觸，避免了番茄紅素在分析過程中的降解，分析結(jié)果更接近真實(shí)值。

3 差示掃描量熱法

差示掃描量熱法是一種熱分析方法，是在程序控制溫度下，測(cè)量輸入到試樣和參比物的功率差與溫度的關(guān)系，該法常用于測(cè)定藥物純度及有機(jī)化合物分析。李偉等[52]用該技術(shù)對(duì)純化后的番茄紅素晶體進(jìn)行了純度的測(cè)定，并將測(cè)定結(jié)果與HPLC和分光光度法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，表明該法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度高，分析速度快，且不需要標(biāo)準(zhǔn)品，與其他分析結(jié)果相比更為準(zhǔn)確。盡管差示掃描量熱法具有試樣用量少，測(cè)定時(shí)間短，樣品制備簡(jiǎn)單，不需要標(biāo)準(zhǔn)品，并且能測(cè)定物質(zhì)的絕對(duì)純度等諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于其要求待測(cè)試樣品的純度要高于98%，因此在相當(dāng)大的程度上限制了其應(yīng)用。

表2 高效液相色譜法測(cè)定番茄紅素Table 2 Determination of lycopene by HPLC

表3 番茄紅素分析方法的比較Table 3 Comparison of several analytical methods for lycopene

4 其他方法

近年來，已發(fā)展起來了很多新的方法，比如用色度計(jì)來檢測(cè)番茄果實(shí)及制品中番茄紅素的含量，采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型來預(yù)測(cè)番茄紅素含量等。

Davis等[53]使用掃描氙氣閃光燈色度計(jì)測(cè)定水果樣品中番茄紅素的含量，測(cè)定結(jié)果與正己烷提取/分光光度法測(cè)定對(duì)比，兩者線性關(guān)系良好，該法避免了使用有毒溶劑，適用于快速測(cè)定各種食品中番茄紅素的含量，但由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備體積龐大，目前只限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模。Cá mara等[54]用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型來預(yù)測(cè)番茄紅素和β-胡蘿卜素的含量，測(cè)定兩者的標(biāo)準(zhǔn)混合液在446、502 nm波長(zhǎng)處的吸光度，來優(yōu)化基于多層感應(yīng)器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)定番茄紅素和β-胡蘿卜素的含量，結(jié)果與紫外線（R2＞0.99）、HPLC（R2＞0.99）進(jìn)行比較，證明該法能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)食品中番茄紅素和β-胡蘿卜素的含量，這一改進(jìn)，使得對(duì)其定量分析時(shí)，不必使用復(fù)雜的分析手段。Fernández-Ruiz等[55]采用徑向基網(wǎng)絡(luò)分析顏色參數(shù)，來估計(jì)番茄水果中的番茄紅素含量，證實(shí)該法是一種簡(jiǎn)單、非破壞性的方法，重現(xiàn)性好，結(jié)果準(zhǔn)確，對(duì)番茄產(chǎn)業(yè)可能是一個(gè)有用的工具。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)辨識(shí)、模式識(shí)別、智能控制等領(lǐng)域有著廣泛而誘人的前景，因此預(yù)期將在食品行業(yè)的質(zhì)量與控制中發(fā)揮重要作用。

綜上所述，盡管有關(guān)番茄紅素分析方法的研究方面的文獻(xiàn)很多，但目前還沒有一種通用、快速、靈敏的方法，表3對(duì)文中提到的各種方法的特點(diǎn)進(jìn)行了比較。

5 結(jié) 語

目前，番茄紅素相關(guān)產(chǎn)品的研究開發(fā)已成為國(guó)際功能性食品和新藥研究中的一個(gè)熱點(diǎn)，在國(guó)外已有以番茄紅素為主要成分的針劑類等藥物100多種，主要用于預(yù)防紫外線灼傷、保護(hù)皮膚及前列腺癌的防治。我國(guó)是番茄生產(chǎn)大國(guó)，年產(chǎn)量居世界第三，其中90%的番茄產(chǎn)于新疆。新疆由于日夜溫差大，日照時(shí)間長(zhǎng)，降雨量少，有利于番茄的生長(zhǎng)，生產(chǎn)的番茄醬營(yíng)養(yǎng)豐富，具有獨(dú)特的地理優(yōu)勢(shì)。作為新疆的三大紅色產(chǎn)業(yè)之一，新疆的番茄醬、番茄紅素提取物及相關(guān)產(chǎn)品無論產(chǎn)量還是質(zhì)量均居全國(guó)首位，但由于傳統(tǒng)提取及檢測(cè)技術(shù)的不足，對(duì)該行業(yè)的良性發(fā)展缺乏推動(dòng)力和合理的評(píng)價(jià)體系。尋找快速簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確度高、環(huán)境友好的分析方法，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測(cè)的分析方法是加快番茄紅色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的保障，也是深入研究番茄紅素生物活性、代謝機(jī)制、功能及安全性 評(píng)價(jià)的前提。

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Research Advances in Analytical Methods for Lycopene

BAI Yu-fen, LIU Yu-mei*
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Xinjiang University, ürümqi 830046, China)

Lycopene, a red, fat-soluble carotenoid, is widely distributed in a variety of fruits and vegetables. Epidemiological, tissue culture and animal studies provide convincing evidence supporting the anti-oxidant capacity of lycopene and its role in reducing the risk of cardiovascular diseases and cancers. Therefore, lycopene is widely used in medicines, health foods, food additives and cosmetics. Lycopene is an important indicator in the evaluation of the quality of a variety tomatoes, tomato products, health care products and medicines. Meanwhile, determination of lycopene will be essential prerequisite to further study the mechanisms of action and metabolism of lycopene in human tissues and organs. In this paper, we review the recent progress in the determination of lycopene in a variety of fruits, tomato products, lycopene extracts, lycopene-c ontaining foods serum and tissues.

lycopene; analysis; carotenoid; spectroscopy; chromatog raphy

TS201.6

A

1002-6630（2014）03-0264-05

10.7506/spkx1002-6630-201403052

2013-01-29

新疆維吾爾自治區(qū)高新技術(shù)研究發(fā)展項(xiàng)目（200915125）

擺玉芬（1988—），女，碩士研究生，主要從事番茄紅素穩(wěn)定性研究。E-mail：shjbyf@163.com

*通信作者：劉玉梅（1965—），女，教授 級(jí)高級(jí)工程師，博士，主要從事食品功能因子研究。E-mail：xjdxlym@163.com