番茄红素研究进展及应用

2013-01-23闫新焕宋烨刘雪梅潘少香郑晓冬孟晓萌

中国果菜 2013年12期

闫新焕，宋烨，刘雪梅，潘少香，郑晓冬，孟晓萌

（中华全国供销合作总社济南果品研究院，济南 250014）

番茄红素是天然存在于番茄、西瓜、番木瓜、粉红色葡萄柚等果蔬中的一种类胡萝卜素，尽管缺乏胡萝卜素那样具有维生素A源活性的物质，但番茄红素是目前已知的最有效的抗氧化活性物质，其抗氧化能力是β-胡萝卜素的2.0～3.2倍，是维生素E的100倍，素有“藏在西红柿里的黄金”之美称[1]，已被联合国粮农组织(FAO)、食品添加剂委员会(JECFA)和世界卫生组织(WHO)认定为A类营养素，并被50多个国家和地区作为具有营养与着色双重作用的食品添加剂。食品加工有利于提高番茄红素的生物利用率，作为有益于健康的膳食及食品配料，番茄红素具有重要的应用价值[2]。

1 理化性质

1.1 分子结构

1910年Willstaller和Escher在对番茄红素的研究中指出，番茄红素是胡萝卜素的异构体，并首次确定了其分子式为C40H56[3]，分子量 536.85。

1930年Karrer等提出，番茄红素的化学结构式为含有11个碳碳双键的多不饱和脂肪烃，理论上应有2048种立体异构体，但由于空间阻碍，番茄红素分子中只有少数基团能参与异构，存在可能性较大的番茄红素顺反异构体约72种[4]。几乎所有来源于天然植物中的番茄红素都是反式构型，此构型最耐热。大多数食品原料中存在的番茄红素都是反式构型，人体血清中番茄红素含量为0.2～1.0 µmol/L，主要以顺式构型存在[5]，长时间加热或紫外线照射可使其异构化，产生部分顺式构型。番茄红素的顺式与反式异构体的物理和化学性质有很大差异，主要表现在熔点、摩尔消光系数、呈色能力、极性、溶解性、最大吸收波长和生物活性的不同。

1.2 溶解性

番茄红素是一种呈红色的脂溶性色素，不溶于水，可溶于脂肪、油脂、乙醚、石油醚和丙酮，难溶于甲醇、乙醇[6]。

1.3 稳定性

作为一种不饱和高聚物，番茄红素在植物体内比较稳定，经提纯分离后易于发生氧化反应，稳定性较差。光、温度、氧气、极度pH值、金属离子等均会影响番茄红素的稳定性。番茄红素对光十分敏感，日光、紫外光照射下损失极快。番茄红素耐热稳定性较好，热损失少。常见金属离子对番茄红素的稳定性影响不一，K+、Na+、Mg2+、Zn2+对其稳定性影响不大，Fe3+、cu2+引起的番茄红素损失较大，而Fe2+、A13+引起的损失较少。添加VC、VE等抗氧化剂可以减少番茄红素的损失。

1.4 抗氧化性

番茄红素是有效的抗氧化剂，通过物理或化学式捕捉高效淬灭单线态氧、抑制自由基的产生或清除自由基等发挥抗氧化作用。番茄红素的氧化能力在天然类胡萝卜素中是最强的，这与其独特的长链不饱和分子结构有关。番茄红素淬灭单线态氧的速率是β-胡萝卜素的2倍，是α-生育酚的10倍。

2 生理功能

近年来，随着对番茄红素研究的不断深入，其优越的生理功能越来越受到瞩目。

2.1 高效淬灭单线态氧和清除自由基作用

番茄红素作为强抗氧化剂，可淬灭单线态氧和清除自由基，防止脂蛋白和DNA受到氧化破坏，从而预防癌症的发生；还可抑制LDL胆固醇氧化产物的形成，预防冠心病的发生。类胡萝卜素清除单线态氧的能力主要取决于其分子中共轭双键的数量，而番茄红素具有比其它类胡萝卜素更强的清除单线态氧的能力[7]。

2.2 抗癌、防肿瘤作用

哈佛大学的研究表明，常吃番茄和番茄加工品可以降低前列腺癌、食道癌和其它癌症的发病率[8]。番茄红素可抑制人类子宫内膜细胞和肺癌细胞的生长，番茄红素的抑制作用与4倍用量的α-胡萝卜素或10倍用量的β-胡萝卜素相同。在食用番茄或番茄加工品时,由于番茄红素是脂溶性成分，为了更好地吸收它并避免引起动脉粥样硬化症的危险，应采用单不饱和脂肪酸,如橄榄油来烹调番茄,这样可更好地吸收利用番茄红素。

2.3 保护心血管作用

由于番茄红素能够保护低密度脂蛋白(LDL)免受氧化破坏,因而有可能预防心血管疾病的发生。

2.4 抗疲劳作用

由于其含有多个双键，番茄红素分子可直接与自由基作用，有效清除体内因运动而产生的过氧自由基，延缓疲劳的发生或恢复运动后的疲劳[9]。

3 提取分离方法

目前，番茄红素主要是从植物番茄中提取，可采用有机溶剂提取、超临界CO2萃取法、HPLC法、酶法、微生物发酵法及直接粉碎法等提取工艺。

3.1 直接破碎法

番茄原料经过水漂烫处理，使番茄籽、皮分离。将番茄皮粉碎后，作为着色粉直接添加于食品中。

3.2 有机溶剂提取法

沈莲清等[10]采用溶剂提取法，研究了预处理方法、溶剂的选择、液料比、pH等条件对番茄红素提取率的影响。结果表明最佳提取条件：番茄原料经脱水的预处理，提取剂为丙酮:正己烷=2:1，料液比l:6，pH=6。

张晓敏等[11]选用番茄酱和新鲜番茄皮为原料，以丙酮为提取溶剂，料液比1:8，提取温度40℃，每次提取70min，提取级数为3，可获得最佳提取效果。

张亮等[12]也进行了有机溶剂提取番茄红素的研究。原料番茄酱经CaCO3、异丙醇处理后，用混合溶剂(石油醚:丙酮=l:1)抽提至溶液无色，利用如HPLC法测得提取率为26.60 mg/100g。

国内还有专利报道可将含油树脂和丙酮、乙酸乙酯溶剂混合，加热，然后真空过滤，之后可得到番茄红素含量90%的结晶[13]。

3.3 酶反应法

很多研究者通过加外源酶的方法来提取番茄红素。李淑梅等[14]通过添加果胶酶和纤维素酶来提取番茄红素，同时改进了提取条件，得到了最佳的酶浓度和酶提取时间，并进一步对各条件的影响进行了分析，实验结果表明：果胶酶和纤维素酶的比例为4:1，添加酶量为0.5%，酶的作用温度为40℃，调节pH为4，采用无水乙醇浸提4h，按此条件可大大提高番茄红素的提取率。沈莲清等[15]也通过实验证明，用果胶酶和纤维素酶都能极大的增加番茄红素的产率，对于番茄果实来讲，果胶酶比纤维素酶更加有效。周丹丹等[16]使用海藻酸钠固定纤维素酶，对其提取番茄红素的工艺进行了研究，结果表明：使用酶量10mg，酶解1h，最适pH6～7。重复使用5次后，提取率为原来的71.4%。

3.4 超临界流体萃取法

超临界流体萃取法是一种处于工业开发阶段的新型食品、化工分离过程。它利用超临界流体作萃取剂，从液体或固体物料中萃取、分离和纯化物料。

西班牙学者[17]研究了超临界提取条件与全反式番茄红素得率的关系：40℃条件下，超临界CO2流速4 mL/min，提取时间30min，用C30柱HPLC分离。为便于在食品和药品领域中得到广泛应用，该实验在采用超临界流体CO2萃取番茄红素的过程中，未使用如甲醇、丙酮、正己烷等有毒改性剂。实验结果表明，为尽可能大量获得全反式番茄红素，CO2流体的密度必须最高(0.90g/mL)，实验获得88%的全反式番茄红素，12%顺式番茄红素。

左爱仁等[18]在实验中确定了超临界萃取番茄红素实验中夹带剂的选择，以及萃取温度、萃取压力、萃取时间等最佳参数，并对提取物中的番茄红素进行了定量测定。结果表明，30MPa，55℃，2h，CO2流量30 kg/h，夹带剂为30mL大豆色拉油的条件下，番茄红素提取率达到93.58%，100g干料可获得纯度为1.37%的番茄红素提取物。

王晓岑等[19]以番茄粉为原料，采用二次回归正交旋转组合设计，通过计算机分析得出超临界CO2萃取番茄红素的最佳工艺条件为：萃取压力38MPa，萃取温度61℃，夹带剂为64mL大豆色拉油，萃取时间120min，番茄红素萃取率达1.18mg/100g。

另外，有研究表明，西瓜中提取的番茄红素风味比番茄中提取的还要好[20]。陈德经等[21]通过实验研究了超临界萃取西瓜中番茄红素的工艺，结果表明：30MPa，55℃，2h，CO2流量为25L/h，夹带剂为乙醇，西瓜沉淀干燥物的总提取率为17.7%，番茄红素含量为29.5%。

3.5 微波萃取法

利用超高频电磁波的强大穿透作用，实现在颗粒内外同时、均匀、迅速地加热。较之其他方法，微波法提取的最大优点是提取时间大大缩短，成本低，投资少，提取效率较高。

王伟华等[22]采用微波辐射法萃取番茄红素，确定了最佳工艺条件，提取溶剂为丙酮，微波功率级数为2，提取时间40s，液固比为3:1(mL/g)，提取级数为3，番茄红素提取率达95%。

卢定强等[23]还研究了在微波条件下从三孢布拉霉菌菌丝体中提取番茄红素的不同因素的影响，并通过正交实验确定在微波条件下提取番茄红素的最佳工艺条件为：采用正己烷作为提取剂，微波功率为400W，提取时间为10min，搅拌频率为78r/min，液固比为80:l(mL/g)，提取级数为2。

3.6 微生物发酵法

随着转基因技术的迅速发展，利用基因工程菌发酵法生产番茄红素成为番茄红素研究工作的又一个热点 ,目前国外已有大量报道。Gavrilow等人在霉菌的发酵液中添加了1%的烟草废弃物，经110h发酵，得到番茄红素约60～80 mg/mL[24]。

3.7 大孔树脂法

天津大学尝试使用打孔树脂结合溶剂提取方法从番茄皮中提取番茄红素。张裕卿等人采用大孔吸附树脂对番茄中的番茄红素和β-胡萝素进行了分离研究，为树脂法提取纯化番茄红素和β-胡萝卜素提供了实验依据。

4 安全性及推荐的摄取用量

人类安全食用含番茄红素的番茄等果蔬已有很长的历史，对不同途径化学合成的等同番茄红素的物质，也经动物毒理学等实验证明了安全性并通过GRAS(公认食品安全)认证，因此食用番茄红素的安全性是有保证的。目前欧盟许可用溶剂从番茄中提取的天然番红素作为色素使用，编号是E160d，用于果酱、果冻及其他类似水果产品中，用量是100 mg/kg(最大使用量)。在美国作为食用色素使用，已有公司向FDA申请并有望近期内获得批准。

人体健康所需要的番茄红素数量，现有的数据还不能给出定论，在国外番茄红素ADI值(推荐的每天膳食供给量)为：芬兰0.7mg，英国1.1mg，德国1.3mg，美国3.7～16.15mg，在加拿大的一项调查结果为25.2mg。估计平均值为3.7mg，我国未见有相关数据报道。根据近期对来源于番茄酱及补充的番茄红素吸收研究的结果，建议每天摄入的番茄红素量为5～l0mg。

5 应用现状

人体不能自行合成番茄红素，需通过饮食等补充获得。番茄及其加工制品番茄酱、番茄沙司、番茄汁等是欧美国家人们摄入番茄红素的主要来源。番茄红素预防癌症、心血管疾病等的功能作用使其应用到膳食补充剂中。作为色素、营养强化成分添加到食品中，各国和地区的法规不尽相同，但番茄红素的生产厂商正积极推进有关工作，番茄红素作为食品配料可应用到果酱、果汁、乳制品、肉制品、烘焙食品、糖果、代餐食品等更多的食品、饮料产品中。

但番茄红素属脂溶性物质，并且对光和氧十分敏感，大大限制了它的使用范围。现代技术采用微胶囊技术进行包囊化处理，可以提高它在功能性产品中的可用性，促进其生理功能的发挥。左爱仁等[2]采用明胶和蔗糖等多种配方作为壁材，喷雾干燥番茄红素微胶囊的工艺。研究表明：经微胶囊化后大大提高了番茄红素的稳定性，同时添加抗氧化剂可提高微胶囊化过程中番茄红素的保留率。

6 前景与展望

我国是番茄生产大国，各类番茄制品生产中产生的皮、籽目前多被用作饲料或被废弃，如果用来提取番茄红素，将为企业带来巨大的经济效益。当前，研究制取番茄红素的一个热点是利用转基因技术培育高番茄红素的番茄以及开发产番茄红素的微生物。综上所述，番茄红素的生理功能与人体有着紧密的联系，尽管有些作用机理如番茄红素的代谢、顺反式异构体在生理功能上的差异及番茄红素单独还是与其他物质的协同效果在起作用等尚需进一步明确，但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。同时我们深信，其很快会在大规模工业化生产方面取得较大进展[25]。

[1]孙庆杰,丁霄林.番茄红素的研究进展[J].中国食品添加剂,1998,(2):1-6.

[2]刘远鹏.番茄红素的性质及应用[J].中国食品添加剂,2005,(2): 104-106.

[3]Shi J,Le Magner M.Lycopene in tomatoes：chemical and physical properties affected by food processing[J]. Crit Rev Biotechnol, 2000, 20(4): 293-334.

[4]金丽芬,张晓燕,夏文明.[J].海军医学杂志,2010,3(31): 91-92.

[5]王校冬.番茄红素的提取、分离、纯化及其产品开发[D].浙江：浙江工商大学,2009.

[6]李伟,孙新虎,丁霄霖.番茄红素溶解度的测定[J]. 食品与发酵工业,2002,28(8): 54-56.

[7]毛红丽,张善峰,王明臣.番茄红素对宫颈癌Hela细胞bax、bcl-2基因表达的影响[J].中国现代药物应用,2008,19(2): 6-9.

[8]孙庆杰.番茄红素前列腺癌及其它癌症[J].广州食品工业科技,1998,14(3): 30-32.

[9]熊正英,刘军.番茄红素的生物学功能及其与运动能力的关系[J].山东体育学院学报,2003,19(2): 33-35.

[10]沈莲清,等．番茄红素的提取工艺研究[J]．食品研究与开发,2007,128(08):190-192.

[11]张晓敏,等．番茄皮中番茄红素提取工艺的研究[J]．中国食品添加剂,2005(5)：30-35.

[12]张亮,等．番茄红素测定方法的研究[J]．中国食品学报,2005, 5(1): 75-78.