番茄红素增溶技术的研究进展

班俊峰 孙美丽 黄思玉 吕竹芬

（广东药学院药物研究所，广东省药物新剂型重点实验室，广东广州 510006）

番茄红素增溶技术的研究进展

班俊峰△孙美丽 黄思玉 吕竹芬▲

（广东药学院药物研究所，广东省药物新剂型重点实验室，广东广州 510006）

饮食指南建议增加水果和蔬菜的摄入量，以减少癌症、心血管疾病、骨质疏松症和糖尿病等疾病的发病率，水果和蔬菜中所含的抗氧化物质可减轻氧化应激损伤的作用。近年来研究表明番茄红素具有很强的抗氧化活性，能有效降低癌症、心血管病等疾病的发病率，是目前功能食品、药品研究中的一个研究的热点，番茄红素不溶于水且性质不稳定，生物利用度低，因此又限制其广泛的应用。故研究提高番茄红素的水溶性、增加其稳定性、提高生物利用度的技术成为目前的热点。现综述番茄红素增溶技术的新研究进展，以促进番茄红素的进一步开发。

番茄红素；溶解度；增溶技术

物质的色彩是感观品质的关键因素，色彩鲜艳的商品往往最先吸引消费者的眼球。在讲究无毒无害、高营养价值的今天，色彩上寻求卖点已不再博得消费者的好感，具有一定生理功能的色素不但无毒无害而且含有人体必须的营养物质[1]，其在产品中的作用以及在食品中的应用范围是任何其他食品添加剂所不可比拟的。

番茄红素是类胡萝卜素中结构最简单的一种红色天然色素，由11个共轭双键构成，结构中共轭多烯、长链烷烃结构，使其外观呈现为明亮的红色，溶解度为脂溶性[2]。β-芷酮环的缺失导致了其不具有维生素A的活性[3]。近年来有研究表明番茄红素可通过释放电子对自由基进行中和，起到抗衰老、防止外界辐射及紫外线对皮肤的损害[4，5]。其优越的生理活性表现为较强的抗氧化能力，在清除自由基反应中的反应速率最大，清除单线态氧的能力超过VE 100倍、β-胡萝卜素2倍。据报道，番茄红素具有预防和抑制恶性肿瘤、保护血管的作用[6，7]，大量摄入番茄及其制品的人群患各类癌症的几率比其他人低约50%。虽然番茄红素在自然界中广泛存在，但人体不能自身合成，需依靠外界摄入。番茄红素不溶于水且性质不稳定，生物利用度低，因此又限制其广泛的应用。故研究提高番茄红素的水溶性、增加其稳定性、提高生物利用度的技术成为目前的热点。现综述增加番茄红素溶解度技术的新研究进展，以促进番茄红素的进一步开发。

1 固体分散技术

难溶性物质制成固体分散体后，物质形态由晶体状态转变为无定形态，可显著地增加难溶性物质的溶出。武花花[8]采用溶剂熔融法、共沉淀法制备考察了PEG 6000、PVPK30对番茄红素溶出度的影响，结果表明：使用载体材料PEG 6000、PVPK30均可分别提高番茄红素的溶解度9300倍和4600倍。PEG 6000对固体分散体中番茄红素溶出的速率影响较显著，当PEG 6000与番茄红素摩尔比为4∶1时，溶解度可达到18.6μg/mL；选用PVPK30为载体时，PVPK30增溶效率不及PEG 6000的一半。主要的原因是由于PEG为两亲性的聚合物使得固体分散体中的各成分以高能亚稳态存在，高度分散于载体中，番茄红素粒径下降，表面积增加从而溶解度增加。吕文莉等[9]以泊洛沙姆188为载体，溶剂法制备番茄红素固体分散体，结果表明番茄红素以非晶体形式存在于载体中，应用紫外光谱分析和差示扫描量法考察固体分散体水溶液的吸收峰，认为番茄红素与泊洛沙姆188形成了新的分子复合物，在水中的平均溶解度为460μg/mL，与形成复合物前的溶解度0.002μg/mL相比，有极大的提高。固体分散技术依靠水溶性载体良好的润湿性，使难溶性物质呈高度分散状态，促进了溶出，提高了溶解度，因此在提高番茄红素生物利用度方面具有重要意义。

2 微囊化技术

近年来，微囊化技术在制药、食品、香料、农用化学品等行业中广泛应用，物料经包埋后分散及流动性提高，也便于计量使用和贮存。

用于包埋的壁材有多种，如淀粉、麦芽糊精、络蛋白酸钠和阿拉伯胶等，不同性质壁材混合使用是近年来包埋技术应用的趋势，周丹红等[10]以番茄红素晶体为芯材，采用明胶、β-环糊精、蔗糖（1∶1∶1）为复合壁材，无水乙醇为凝固剂，当芯材与壁材质量比为1∶5时番茄红素的微囊产率和效率最高，可达到88.87%溶解率。制备的微囊既增加了番茄红素的溶解度又提高其分散度。

Rocha等[11]采用喷雾干燥法，选用改良淀粉为赋形剂，将5%、10%、15%番茄红素溶液（固含物含量为30%）制备成为微囊，制备过程中控制雾化器孔径为0.5mm，流速10mL/min，进口和出口温度分别为180℃和（98±2）℃，可使包封率达到29.73%，微囊形成一个圆形、凹陷的外表面。以包封率和形态，对该微囊在食品中的应用进行评价，番茄红素经微型包囊膜的阻隔作用，避免了外界环境的影响，增加番茄红素在水中的分散效果。

唐颖等[12]采用冷冻干燥方法选用多种高分子材料为保护剂制备番茄红素微囊，其中以2%聚乙二醇为冻干保护剂制得的微囊呈白色饼状，表面较光滑，紧致，复溶时间为（7±1）s，与未添加聚乙二醇的冻干品相比，复溶时间缩短，复溶后粒径增大的趋势较小，原因是番茄红素以分子或无定形状态分散于载体中与载体形成络合物所致。

使用包埋技术对番茄红素进行微囊化，随着新材料的进一步应用而更加成熟。Chiu等[13]用4.5%明胶和10%的聚-谷氨酸（C-PGA）作为涂层材料包封番茄红素提取物，得到的微囊平均粒径为38.4μm，在 pH为5.5、7.0介质中，120min时番茄红素的释放量分别为95.9%、96.5%。结果表明：pH值低时由于明胶和C-PGA的静电作用形成了较为紧密的结构，使得芯材难以释放。毛毛等[14]以明胶和阿拉伯胶为混合壁材，用复凝聚法制备番茄红素-橄榄油微囊，当成囊体系中pH值为4.0时，可得平均粒径约7μm，包封率为81.8%的微囊。可见，制备微囊时pH是影响微囊成型及释放的重要因素之一。

3 包合物技术

传统增溶技术中添加适宜的表面活性剂，可使难溶性物质溶解度增加。对于功能性色素番茄红素而言，色彩损失和氧化与表面活性剂却有直接影响[15]。因此，在改善番茄红素溶解度时不能单依靠增溶剂的增溶作用增加番茄红素的溶解度。由于环糊精具有一个相对疏水的中心和一个相对亲水表面的特殊结构，使非极性脂溶性物质易进入内腔而被包合，极性物质则可嵌在开口处的亲水区。难溶性物质作为客分子被包合后，即可避免或减少表面活性剂的使用，又可增大难溶性物质的溶解度，提高其稳定性。

Vertzoni等[16]研究了β-环糊精（β-CD）、羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）和甲基-β-环糊精包合物对番茄红素溶解度的影响，包合物复溶后溶液中番茄红素的含量随时间呈指数下降，与番茄红素在水和葡萄糖溶液中的溶解度＜0.002μg/mL相比，番茄红素与β-CD、HP-β-CD、甲基-β-环糊精在水中的溶解度分别为（8.0±1.0）、（27.0±3.0）、（16.0±2.0）μg/mL，在 5%葡萄糖溶液中的溶解度为（16.0±2.0）、（48.0±5.0）、（4.0±1.0）μg/mL。

安翠翠等[17]以15%番茄红素油树脂采用研磨法分别与单一环糊精及不同比例的混合环糊精（β-CD与HP-β-CD）制备包合物，结果表明：混合环糊精改进番茄红素水溶性效果明显且性能优于环糊精的简单加和，当β-CD与HP-β-CD摩尔比为4∶1时制得的包合物对番茄红增溶达70倍。另外，孙海松等[18]研究混合环糊精（β-CD与HP-β-CD）对番茄红素油树脂的包合性能，所得的包合物可以使番茄红素在水中的溶解度增加50～110倍。混合环糊精的使用，改善了β-CD包合能力弱及HP-β-CD吸湿性强的缺点，减少了环糊精的用量，有效的解决番茄红素水溶性差和稳定性差的难题。

4 固体纳米技术

纳米技术中难溶性物质是依靠表面活性剂的电荷效应和立体效应稳定地分散在溶液中，提高其溶出速率、改善其生物利用度，具备较高的生物黏附性，从而提高化学稳定性。曹雯丽等[19]采用3%复配Tween-20和Span-20作为乳化剂，乳化温度50℃，乳化时间为8min，制备番茄红素纳米体，产品中番茄红素的含量可达到4.770mg/mL，Z-Average粒径为125.9nm。

采用将药物包裹或夹嵌于类脂核中制成固体脂质纳米粒，一种可替代乳剂的脂质体和聚合物纳米粒的新型释放系统。孔祥辉等[20]采用薄膜-超声法，以质量比为4∶5的大豆卵磷脂和植物甾醇，制备番茄红素脂质体，通过大鼠禁食12h后灌服比较自制番茄红素脂质体、市售番茄红素微胶囊和油溶番茄红素三者的体内代谢情况，结果表明将番茄红素包封在脂质体内，具有较长的体内滞后时间和较低的清除率，释放更为缓慢，有效作用时间延长。张必芳[21]采用薄膜-超声法将番茄红素包埋在以胆固醇和卵磷脂为膜材的脂质体中，制备物平均粒径小于40nm，与油溶组相比，小鼠灌胃实验表明以纳米脂质体为载体能提高番茄红素在肝脏中的含量。李淑梅等[22]对比逆向蒸发法和薄膜法制备番茄红素脂质体，结果表明采用逆向蒸发法可制备番茄红素单层脂质体，当卵磷脂与胆固醇比为3∶1，温度为35℃，番茄红素与磷脂比为1∶6，旋转速度为200r/min，制得的番茄红素脂质体的包封率可达71.26%。田艳燕等[23]利用旋转薄膜-超声法制备了番茄红素脂质体并研究其体外释放，与番茄红素油溶液对比结果显示，脂质体在人工胃液中释药量＜28%，在人工肠液中24h释药量达96%，说明番茄红素脂质体在人工肠液中的释放量呈缓慢释放的特征且体外释放呈肠溶性，而番茄红素油在这两种情况下基本无释放。范远景等[24]采用旋转薄膜-超声法制备粒径分布在40～50nm平均载药量（0.86±0.10）%的番茄红素纳米粒，冻干粉外观呈红色膨松粉末，可迅速分散于水中并形成均一的脂质体混悬液。番茄红素具有强亲脂性，制成脂质体后增加了水中溶解度。

5 乳剂或亚微乳剂

在乳剂和微乳剂制备过程中，体系中加入的表面活性剂、助表面活性剂和油相等，利于水难溶性物质制备成O/W型乳剂或微乳，从而增加溶解度、加速释放、促进吸收、提高生物利用度。Lopes[25]等使用2∶1聚氧乙烯脂肪醇醚与丙二醇混合乳化剂制备番茄红素微乳，考察了不同油相对乳剂的影响，当体系中采用乳化剂：辛酸-癸酸甘油一/二酯：水（40∶36∶24）及乳化剂：辛酸癸酸甘油三酯：水（50∶36∶14）时制得番茄红素微乳内相直径分别为27、52nm，番茄红素在乳剂中的浓度为0.05%（w/w），体系中聚氧乙烯脂肪醇醚增加了番茄红素的稳定性，丙二醇的加入避免了番茄红素在聚氧乙烯脂肪醇醚液晶相的形成同时扩大了微乳存在的区域，番茄红素在微乳中除了油相中的分布，还可溶于油/水界面的表面活性剂分子中。Boon等[26]制备番茄红素水包油乳剂时表明乳剂可扩宽番茄红素的应用，而且制备时金属螯合剂、自由基清除剂的加入均可抑制番茄红素的降解，增加其稳定性。

6 其他方法

超临界流体具有表面张力为零，类似气体的扩散系数、液体的溶解力，能迅速渗透进固体物质之中，提取其精华，具有高效、不易氧化、纯天然、无化学污染等特点。Fuente等[27]采用二氧化碳超临界萃取并对比类胡萝卜素溶解度增溶情况，表明在30MPa、313K时类胡萝卜素溶解度增加的情况如下：番茄红素＞-胡萝卜素角黄素＞叶黄素≈玉米黄质＞辣椒红色素虾青素。

超临界流体技术制备β-CD包合物是近几年兴起的技术。其利用超临界流体的特点，使物质颗粒微细化，颗粒大小分布均匀。此技术开辟了制备超微粉体的新途径，特别适合制备诸如番茄红素、酶等易挥发的物质和敏感的物料，是继超临界流体技术应用于萃取、反应后的又一新领域。Blanch等[28]研究了全反式番茄红素与α、β、γ环糊精包合，对比了超临界流体萃取法和传统方法，结果表明采用超临界流体法以β-CD与番茄红素摩尔为1∶0.0026时可得到93.8%的产率。

超临界流体反溶剂法是另一种微粒制备方法，其机制是将药物溶解于特性溶剂中形成溶液，然后将此溶液与反溶剂混合。当反溶剂与溶液接触时，反溶剂迅速扩散至该溶液，使溶液体积迅速膨胀，利用膨胀后溶液密度变小的特点，使溶质在原溶剂中的溶解度降低，在极短的时间内形成很大的过饱和度，从而使溶剂中的原有溶质形成结晶或无定形沉淀而析出。该法特别适用于如番茄红素这类在特定溶剂中溶解度很高的溶质沉淀。Miguel等[29]采用超临界流体反溶剂技术制备平均粒径为10～80μm的番茄红素针状颗粒，操作中参数的改变不会造成番茄红素微粉外貌形态的改变，相平衡热力学模型表明，过饱和状态下参数是关键因素，当压力增加至9～15MPa时粒径增大，当压力降至9～7MPa时粒径小，原因是由于压力在9MPa时体系达到混合物的临界点，处于临界状态，可见在超临界抗溶剂过程中最具有决定性的参数是溶质的平衡溶解度。因此，采用此法制备时可通过控制压力和温度等参数，就可以实现气相或液相重结晶，而得到大小分布均匀的微细颗粒。

7 结论

近年来，番茄红素是目前国际上功能食品成分研究中的一个热点，大量的研究表明番茄红素的溶解度问题是其广泛应用的瓶颈，如何提高其溶解度成为当今研究的难点和热门。目前，各种新的增溶技术在难溶性物质中已有应用。天然色素番茄红素本身具有一定的生理功能且广泛分布于各种植物中，其作为新型保健食品、食品添加剂、化妆品、药品具有广阔的市场前景。番茄红素增溶技术的发展是由低级产业向高级产业的转变，增加番茄红素溶解度的开发将给农业、食品加工业、医药行业、美容业等与它相关的行业带来可观的经济效益。

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R94

A

2095-0616（2011）05-32-03

△广东药学院药物研究所在读硕士研究生

▲通讯作者

2011-01-23）