番茄紅素的順反異構化及生物利用率研究進展

利慧華，葉　成，李莉莉，鮑　波（廣東醫學院病理生理教研室，廣東湛江524023）

番茄紅素的順反異構化及生物利用率研究進展

利慧華，葉成，李莉莉，鮑波
（廣東醫學院病理生理教研室，廣東湛江524023）

摘要：番茄紅素是一種在自然界分布廣泛的脂溶性類胡蘿卜素，因其優越的生理功能引起人們的關注。流行病學研究、組織培養及動物實驗的結果均表明其具有很強的抗氧化活性，能有效改善心血管、癌癥、神經退行性疾病等疾病的病情，被廣泛應用于醫藥、保健食品、食品添加劑、化妝品等行業。本文對番茄紅素的理化性質、來源、提取工藝、在體內的吸收分布與代謝及生物利用率進行了闡述。

關鍵詞：番茄紅素；順反異構化；生物利用率；代謝

番茄紅素是一種在自然界中分布廣泛的紅色色素，日常攝入的番茄紅素主要來源于番茄紅素及番茄紅素制品。其他來源包括杏、胡蘿卜、西柚、西瓜、葡萄、木瓜、番石榴等蔬菜水果。番茄中的番茄紅素含量最高[1]。1873年，Hartsen首次將它從Tamuscommunis L.漿果中提取出來。番茄紅素屬于β-胡蘿卜素家族的一員，但沒有VA活性，抗細胞增殖能力也優于β-胡蘿卜素。番茄紅素有多種作用方式，如減少DNA損傷、清除過氧化自由基及高效猝滅單線態氧、抑制細胞增殖、誘導細胞分化、增加免疫力、阻斷亞硝胺形成及對細胞間隙連接通訊的影響，通過以上形式起到降低癌癥、心血管疾病、神經退行性疾病發病率的作用[2]。除此之外，番茄紅素還具有調節機體免疫功能，保護心血管，延緩衰老，影響人類生殖功能，保護皮膚，抗運動疲勞等多種生理功能。番茄紅素性質不穩定，具有多種同分異構體。膳食中的番茄紅素大部分為全反式結構，而人體組織中大部分為順式構型，而且體內番茄紅素順式構型所占比例恒定，不隨食物中番茄紅素構型的差異而改變[3]。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，從而影響番茄紅素的物理化學性質和生物學功能。本文主要對番茄紅素的理化性質、體內代謝、順反異構化以及生物利用率進行綜述。

1　番茄紅素的結構與理化性質

番茄紅素的純品為針狀深紅色晶體，分子式為C40H56。番茄紅素的分子由多聚烯鏈構成，含11個共軛雙鍵和2個非共軛雙鍵，為開環結構，長鏈狀結構使番茄紅素易于形成不同的同分異構體，并可能擁有不同的生物學作用，其分子結構見圖1[4]。

番茄紅素這種長鏈多共軛雙鍵多不飽和烯烴分子結構，富含電子，故易受親電子劑的攻擊。這導致番茄紅素性質不穩定，易發生順反異構化和氧化降解，但這也是番茄紅素抗氧化并發揮生理功能的基礎。1941年Zechmeister等認為，番茄紅素由于主鏈含11個碳碳雙鍵，構型多變，理論上應有兩百或兩千多種順-反異構體，然而事實上存在可能性較大的番茄紅素異構體約有72種。這是由于空間障礙，番茄紅素分子中只有少數基團能參與異構[5]。研究表明，在天然植物中存在的絕大部分是反式異構體的番茄紅素。但在動物和人體組織中，順式異構體比例增加，反式異構體比例減小，如人體血液中順式異構體總含量達60%以上，前列腺中更是高達80%[6]。

番茄紅素在物理性質上表現為暗紅色粉末或油狀液體，不溶于水，難溶于甲醇、乙醇等極性有機溶劑，可溶于石油醚、己烷、乙醚、丙酮，易溶于二氯化碳、苯、氯仿、油脂等，番茄紅素油溶液呈黃橙色。因番茄紅素為脂肪烴，在推廣應用過程中遇到了很多阻礙。

番茄紅素作為平面共軛不飽和烯烴，化學性質十分不穩定，易受氧化、溫度及紫外線的影響而迅速氧化分解，發生構型改變，從反式結構轉變為順式結構。當番茄紅素分子從反式構型變為順式構型時，其熔點降低，顏色變淺。番茄和番茄制品中的番茄紅素則相對較穩定，不易發生構型變化，而高純度番茄紅素易被氧化破壞。酸、金屬離子、氧、光、氧化劑、抗氧化劑等都會影響番茄紅素穩定性的因素。番茄紅素耐堿不耐酸，具有良好的熱穩定性，不耐Fe3+和Cu2+等離子，能耐Ca2+、Mg2+、K+、Fe2+等離子。

圖1　番茄紅素分子結構Fig.1　Molecular structure of lycopene

2　番茄紅素的來源與提取

番茄紅素廣泛分布于多種蔬菜水果中，如番茄、西瓜、南瓜、李、柿、胡椒果、桃、芒果、木瓜、番石榴、葡萄、葡萄袖、柑橘等的果實和茶葉及蘿卜、胡蘿卜、蕪菁甘藍等，猶以番茄中含量最高。此外，有的微生物，如紅色細菌，也產番茄紅素。番茄中番茄紅素的含量隨品種和成熟度的不同而有很大差異。一般說來，加工用番茄中番茄紅素的含量比生番茄中的含量高2倍，番茄紅素的含量跟成熟度呈正相關關系，成熟度越高，番茄紅素含量越高。不同來源的番茄紅素生物利用率會有很大不同。

番茄紅素是脂溶性物質，提取工藝多種多樣，如可采用有機溶劑提取法、超臨界CO2萃取法、微波輻射萃取、化學合成、酶法、微生物發酵法及直接粉碎法等提取工藝進行制備[7]。番茄紅素具有脂溶性性質，可直接用有機溶劑浸提原料，提取液經過慮、濃縮等步驟得到粗品，此為有機溶液提取法。不同溶劑可能對番茄紅素的提取率及穩定性有影響。超臨界CO2萃取技術是食品工業的一項萃取、分離和純化技術。它利用超臨界流體做萃取劑，從液體或固體物料中萃取、分離和純化物料。可用于提取新鮮番茄的番茄紅素。微波輻射萃取與超臨界CO2萃取相比，成本低，投資少，提取效率高，但僅用于實驗室操作。除了從番茄中提取番茄紅素外，還可以采用藻類和真菌及酵母發酵生產番茄紅素，紅色細菌含番茄紅素較高。

番茄紅素來源的廣泛及提取工藝的進步都未番茄紅素的推廣運用制造了有利條件。

3　番茄紅素的吸收、轉運、分布、代謝

人體不能自身合成番茄紅素，必須從食物中補充。番茄紅素在體內吸收和轉運過程如下：番茄紅素進入腸道后經過小腸黏膜細胞摻入到乳糜微粒中，通過主動擴散由淋巴管進入血液，在血漿中以血清中的低密度脂蛋白（LDL）和極低密度脂蛋白（VLDL）為載體轉運。然后經門脈系統被轉運到肝臟貯存。當需要時，番茄紅素可從肝臟中調出，再經血清運輸至靶器官[8]。番茄紅素的吸收過程中有LDL受體的參與，因為肝臟、腎上腺、睪丸的LDL受體活性高，所以這幾個組織中的番茄紅素含量也高。血漿中的番茄紅素大部分由低密度脂蛋白為載體轉運，膽汁酸鹽的存在可使其提高吸收效率。這可能是因為順式異構體易溶于膽汁酸微團，優先滲入乳糜微粒而造成的。番茄紅素的毒性研究表明，服用番茄紅素發生不良反應很罕見且與劑量沒有直接關系。

與其他類胡蘿卜素相比，番茄紅素在體內的半衰期較短。正常飲食的平常人血漿中番茄紅素的半衰期約為12 d～33 d。給予受試者微量14C標注番茄紅素后，番茄紅素在血漿中的達峰時間為6 h，半衰期為5 d，在皮膚殘留時間長達42 d，可在體內檢測出5-，9-，13-，15-順式番茄紅素，證實了番茄紅素在體內發生廣泛異構化。番茄紅素可以在體內經β-氧化生成二氧化碳，代謝生成的極性產物則通過尿液排出。肝臟是累積番茄紅素的主要器官[9]。未被人體吸收的番茄紅素主要通過糞便排泄[10]。女性體內番茄紅素含量比男性更高，老年人體內蕃茄紅素的含量水平較低，說明激素及年齡都是影響番茄紅素代謝的因素。番茄紅素可分布在人體的多種組織中，血液、腎上腺、前列腺等器官中含量較高。人體部分組織和器官中番茄紅素的分布見表1[11]。

表1　人體部分器官和組織中番茄紅素的含量Table 1　The content of lycopene in human organs and tissues

2015年以前的研究表明我們對體內番茄紅素的代謝產物還了解不夠多。在人的皮膚、血清及乳汁中檢測到2種番茄紅素的氧化代謝物，即5，6-二羥基-5，6二氫番茄紅素及1，5-二羥基-2，6-環氧番茄紅素。番茄紅素在體內的代謝可能首先氧化生成環氧化物，然后再被還原，生成5，6-二羥基-5，6-二氫番茄紅素[12-13]。

4　番茄紅素順反異構體吸收比較

番茄紅素分子中有11個碳-碳雙鍵，為長鏈構型，因此存在多種異構體。番茄紅素的順式與反式異構體的性質有很大不同，主要表現在呈色能力、熔點、摩爾吸光系數、溶解性、極性、最大吸收波長和生物活性等方面[14]。

相關研究表明，大部分反式構型的番茄紅素在胃腸道變構為順式構型。給予雪貂番茄紅素后，腸道內順式異構體增加，說明酸跟番茄紅素的順反異構化相關。反式構型的番茄紅素在體內更容易沉淀形成晶體，影響其吸收。說明順式異構體可以優先被胃腸道吸收。番茄紅素被胃腸道吸收后也可能在體內發生廣泛的異構化。順式異構體更容易被吸收的機制尚未完全研究清楚，可能是因為長鏈變短更容易進入細胞被吸收。反式結構番茄紅素則會在腸道內形成膠束影響其吸收。影響番茄紅素吸收的其他因素還有很多，食物中的蛋白質-胡蘿卜素復合物、結合膽固醇和樹脂、大量的可溶性膳食纖維（如果膠），患腸道疾病，以及缺乏鐵、鋅和蛋白質等都可能干擾番茄紅素的吸收[15-17]。熱加工可將部分天然番茄紅素的反式結構轉變為順式結構，但加熱僅使少部分番茄紅素發生順反異構變化，番茄紅素的順反異構化主要是通過體內生理過程發生的。且食物基質中脂類可促進番茄紅素的釋放，加入油脂熱處理后的番茄紅素比未加工的番茄紅素更易吸收[15]。這是因為加熱使番茄紅素與組織基質間的結合力減弱，有助于番茄紅素溶出，脂質增加了番茄紅素溶解率。

番茄紅素在血和組織器官中順反異構體都存在，但血和組織中順式異構體占了很大比例[18]。原因可能為，膳食中的順式異構體優先被人體吸收，其次，自然界中和番茄制品中存在的全反式構型番茄紅素在體內轉化為順式異構體。這說明番茄紅素在機體的吸收、轉運和貯存過程中會發生幾何異構體的變化。李京等研究表明這一變化最先發生在血液中，肝組織中順式異構體的比例也有所增加[19]。順式異構體溶解性要好于全反式異構體，反式異構體在體內轉變為順式異構體提示順式構型番茄紅素比反式構型的番茄紅素更易吸收。所以在生物利用率的研究中要注意番茄紅素異構化的影響。

5　番茄紅素生物利用率的影響因素

生物利用率是指，在正常生理功能下藥物制劑進入體循環、達到作用部位的比例。番茄紅素功能發揮主要依據是其生物利用率。Giovannucci等的研究就表明番茄紅素有抗前列腺癌作用，但番茄紅素生物利用率低的時候則不表現出這種作用，證明要提高番茄紅素的作用效率必先提升其生物利用率。現有的研究表明，與其他類胡蘿卜素相比，番茄紅素的生物利用率較低，并且番茄紅素中的共軛雙鍵極易受光、氧、酸、熱等外界條件的影響，影響到番茄紅素產品的保存價值和生物利用率。了解番茄紅素的生物利用率影響因素對于增強番茄紅素的生理功能的發揮具有重要意義。

脂肪飲食有利于番茄紅素的吸收，范遠景曾研究得出油脂有助于番茄紅素的吸收[20]。原因可能為：番茄紅素是脂溶性物質，脂肪的存在增加了其溶解性；番茄紅素的代謝吸收過程中有膽汁酸的參與，而膽汁酸在脂肪的刺激下生成，所以跟適量脂肪一起攝入有利于番茄紅素的吸收，提高其生物利用率。國內有番茄紅素脂質體，番茄紅素納米脂質體，番茄紅素微囊生物利用率的報道，而且證明了番茄紅素脂質體和番茄紅素納米脂質體都可以提高番茄紅素的生物利用率，這些制劑都通過改善番茄紅素的溶解性和靶向性提高了番茄紅素的生物利用率。番茄制品中的番茄紅素，如番茄泥，番茄汁的生物利用率高于生番茄。表明以不同形式攝入的番茄紅素，生物利用率不同。食物的加工方式可以影響番茄紅素的生物利用率，如Tang等進行的一項人體干預試驗顯示，試驗4周內受試者血漿中番茄紅素生物利用度均為番茄醬好于番茄汁，番茄汁好于番茄[21]。表明經過加工處理的番茄制品的番茄紅素的利用率比新鮮的番茄紅素高。熱加工通過增加番茄紅素的吸收同樣起到增加生物利用率的作用。

6　小結

番茄紅素具有獨特的結構和化學特征，流行病學研究、細胞培養跟動物實驗都表明番茄紅素及其代謝產物具有較強的抗氧化、抗增殖和抗腫瘤等多種生物活性。其顯著的保健和醫療功效得到研究者的重視。關于番茄紅素的功能性研究有很多，但番茄紅素在機體中的吸收、分布、排泄、代謝和生物利用率的資料非常有限。番茄紅素在體內發生廣泛異構化，但機制尚不明確。番茄紅素順反異構體在生理功能上，生物利用度上存在的差異，讓我們不禁思考番茄紅素多樣的生理功能起作用的究竟是番茄紅素本身還是其體內代謝生成的特定同分異構體。所以，更多的體外研究有助于了解番茄紅素的生物利用率和順反異構化現象。番茄紅素不同同分異構體的生理作用及生物利用率應當深入研究。番茄紅素與其它因素的協同作用，及番茄紅素不同的同分異構體如何影響生物利用率效果等方面也待進一步研究。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.18.049

收稿日期：2015-07-03

基金項目：廣東省科技計劃項目(2013B060300038)

作者簡介：利慧華（1990—），女（漢），在讀碩士，研究方向：神經疾病。*通信作者

Research Progress on Isomerization and Bioavailibility of Lycopene

LI Hui-hua，YE Cheng，LI Li-li，BAO Bo
（Department of Pathophysiology，Guangdong Medical College，Zhanjiang 524023，Guangdong，China）

Abstract：Lycopene is a natural distribution of a wide range of fat-soluble carotenoid，in recent years，because of its advantageous physiological function aroused people's concern.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，cancers and neurodegenerative diseases.Therefore，lycopene is widely used in medicines，health foods，food additives and cosmetics.Lycopene's physical chemical property，souce，extraction solution，absorption，distribution，metabolism and bioavailability in vivo are explicated in this article.

Key words：lycopene；isomerization；bioavailability；metabolism