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文献综述doc管海滨

编号（学号）：

136745028

文献综述

（2013届本科）

题目：

微波辅助提取番茄番茄红素的研究

学院：

科学技术学院

专业：

生物工程

姓名：

管海彬

指导教师：

林英

完成日期：

2013年8月1日

微波辅助提取番茄红素的研究

摘要

番茄红素（Lycopene）又称ψ—胡萝卜素，属于异戊二烯类化合物，是类胡萝卜素的一种。

由于最早从番茄中分离制得，故称番茄红素。

过去人们一直认为，只有那些具备β—紫罗酮环并能转化为维生素A的类胡萝卜素，如α—胡萝卜素、β—胡萝卜素等才与人类的营养和健康有关，而番茄红素因缺乏此结构，不具有维生素A的生理活性，故对此研究很少。

然而，最近研究发现，番茄红素具有优越的生理功能，它不仅具有抗癌抑癌的功效，而且对于预防心血管疾病、动脉硬化等各种成人病、增强人体免疫系统以及延缓衰老等都具有重要意义，是一种很有发展前途的新型功能性天然色素。

关键词：

番茄红素；提取；微波；预处理

番茄红素是植物中所含的一种天然色素。

主要存在于茄科植物西红柿的成熟果实中。

它是目前在自然界的植物中被发现的最强抗氧化剂之一。

科学证明，人体内的单线态氧和氧自由基是侵害人体自身免疫系统的罪魁祸首。

番茄红素清除自由基的功效远胜于其他类胡萝卜素和维生素E，其淬灭单线态氧速率常数是维生素E的100倍。

它可以有效的防治因衰老，免疫力下降引起的各种疾病。

因此，它受到世界各国专家的关注。

世界番茄红素开发热中，我国也开始重视和加强番茄红素的研究开发，但国内对番茄红素的研究开发还刚刚起步，主要还是集中在产品本身的研究，对工艺、生产的研究比较少，产品开发和市场运作方面更是远远滞后于国外。

目前国内大概有14家企业在研制生产番茄红素类产品，但仅有少数几家企业生产出胶囊和片剂产品，而且投资者大多都还是比较谨慎，投资规模较小，市场开发进程也比较滞后。

农业大国，每年番茄产量达1000多万t，如能充分利用资源优势开发番茄红素，今后其国际国内市场潜力将不可估量。

中国是仅次于美国、意大利的第三大番茄生产国，番茄产量约占全球的20％左右，其中90％以上的番茄产在新疆。

在中国研发生产番茄红素产品，成本较国外进口的产品低，同时中国还有品质优良的原料优势。

我国具有发展番茄加工业得天独厚的优势

1.番茄红素的基本性质

1875年，Millardet从番茄中获得番茄红素的粗提物，当时命名为Solanorubin。

1903年，Schunck[2]研究发现番茄中的红色素的吸收光谱与胡萝卜素不同，将其称为Lycopene。

番茄红素是胡萝卜素的异构体，其分子式为C40H56，相对分子质量为536.85，其结构式如图1所示

番茄红素是由11个不饱和共轭双键和两个非共轭不饱和双键组成的长链脂肪烃，所以它不溶于水，溶于脂类，其晶体呈深红色。

与β-胡萝卜素（图2）相比番茄红素不具有成环结构，因此无VA原活性[4]由于其分子中存在多个双键，番茄红素存在顺、反异构现象但是几乎所有来源于天然植物中的番茄红素都是反构型，此构型最耐热。

在人体血清中，番茄红素以同分异构体混合物的形式存在，约50%是顺式异构体[5]

2来源

番茄红素广泛分布于番茄、西瓜、李、柿、桃木瓜、芒果、番石榴、葡萄、红莓、云莓、柑橘等的果实，茶的叶片及萝卜、胡萝卜、芜菁、甘蓝等的根部[6]。

鲜番茄中的含量约为30～50μg/g，但番茄制品中番茄红素含量普遍高于鲜番茄，如番茄酱约为490～940μg/g，番茄汁约为10～110μg/g，番茄沙司约为50～230μg/g；西瓜中番茄红素含量也非常丰富，约为23～72μg/g[7-8]。

许多微生物也能通过发酵产生番茄红素，现已发现三孢布拉式霉菌（Blakesleatrispora）[9]、大肠埃希式菌（Escherichiacoli）[10]、黄杆菌R1519（FlavobacteriumR1519）[11]、结核分枝杆菌（Mycobacteriumaurum）[12]、红酵母（Rhodotorulaspp.）[13等微生物均能产生番茄红素，其中孢布拉式霉菌能发酵生15000μg/g生物量（干质量），其次是

结核分支杆菌能产生7000μg/g生物量（干质量）。

考虑到安全性等因素，三孢布拉式霉菌被认为是一种具有较好工业前景的产生产番茄红素的菌种，美国[9]、日本[14]早在很多年前就申请了三孢布拉式霉菌生产番茄红素的专利。

番茄红素的人工合成也早已实现，主要通过三苯基（3,7,11-三甲基-2,4,6,10-十二四烯基）-甲磺化磷与2,7-二甲基-2,4,6-辛三烯二醛经Witting烯化反应进行合成

3生理功能

由于番茄红素无VA原活性，在很长一段时间内未受到重视，但是近来的研究发现番茄红素具有多种生理活性，在功能食品、医药和化妆品行业等都越来越受到重视。

3.1抗氧化作用

番茄红素的抗氧化作用主要表现在它能淬灭单线态氧和清除自由基，其清除单线态氧的能力是VE的100倍，是β-胡萝卜素的2倍多Vibeke等[研究给予雌性大鼠0.001～0.1g/（kg·d）（以体质量计）的番茄红素2周后，结果表明，血液中3/4的具有抗氧化活性酶都受到了番茄红素的影响，0.005g/（kg·d）和0.05g/（kg·d）的番茄红素能显著增强超氧化物歧化酶的活性，而且0.005g/（kg·d）的番茄红素还能增强谷胱甘肽还原酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性，从而提高了小鼠抗氧化的能力。

Rao等的研究表明，含有不同来源番茄红素的饮食能有效提高血清中番茄红素的含量，并有效降低氧化应激水平。

Subramanian等[18]的研究表明，番茄红素具有清除次氯酸的作用，次氯酸可通过修饰蛋白、脱氧核糖核酸、核糖核酸导致心血管疾病中的组织氧化，因此，番茄红素可减轻次氯酸引起的机体损伤。

3.2抗癌作用

早在20世纪50年代，美国医学专家报道了番茄红素具有抗癌效应，后来通过人体细胞系组织培养、动物实验和流行病学调查研究发现，番茄红素具有预防和抑制恶性肿瘤和癌症的作用，对于前列腺癌作用明显哈佛公众医学院Giovannucci等发表了摄取番茄产品可以降低前列腺癌症发病率的流行病学研究，证明常吃番茄的人比不常吃番茄的人患前列腺癌的机会减少了45%。

对71名前列腺癌患者临床试，注射含15mg番茄红素的番茄提取物，每天两次，持续6个月，结果发现前列腺特异性抗原（PSA）水平在癌症治疗的过程中和治疗后保持稳定，从而减少了癌症复发的危险性。

研究发现番茄红素对人前列腺-3细胞的抑制增殖作用与G0/G1期阻滞有关，其分子机制可能与调节P21WAF1表达有关。

但是也有研究发现，番茄红素与前列腺癌之间并不像以前报道的那样有保护性联系。

流行病学调查表明，番茄红素对于预防前列腺癌并无奇效。

研究了番茄红素对人类4种恶性肿瘤细胞系的影响，这4种细胞系分别是：

人

类结肠癌细胞系HuCC）、慢性淋巴细胞白血病细胞系（EHEB）、人类白血病细胞系（K562）和Raji（伯基特淋巴瘤细胞系的原型）。

研究结果表明，番茄红素对于K562、Raji和HuCC细胞系的扩散抑制作用存在显著的剂量效应关系，但是只有在高剂量组4μmol/L的时候显示出对EHEB细胞系的抑制作用，研究指出，番茄红素对肿瘤细胞和其细胞凋亡率的影响取决于其用量和恶性细胞类型。

研究了番茄红素（0.0001～10μmol/L）对7种人类癌症和非癌症细胞系的作用进行了研究，结果表明，肝癌细胞系Hep-G2当给予高剂量番茄红素24h后收到抑制，非癌的肺细胞系IMR-9当给予10μmol/L番茄红素72h后受到明显抑制。

在研究番茄红素对乳腺癌细胞周期及生长的影响时发现的研究表明，番茄红素通过阻滞乳腺癌细胞（MCF-7）于G0/G1期而抑制乳腺癌细胞的增殖。

3.3降血脂

给予18～40岁成人补充番茄红素19.5mg/d，14d后发现，低脂膳食人群中铜诱导的LDL氧化损伤延迟，HDL升高，甘油三酯水平降低，在膳食脂肪为单不饱和脂肪酸的实验组中效果更明显。

研究表明，每日摄取≥25mg的番茄红素能有效降低10%的LDL的含量，其效果可以与低剂量的治疗高血脂症的汀类药物相当，但超过25～44mg/d的剂量是否对于降低高血压病患者血压还有待进一步研究。

3.4其他作用

除此之外，番茄红素还有增强免疫细胞活性、降低血糖、抵御γ-辐射引起的皮肤损害及DNA损伤[预防骨质疏松[、抗炎症、抗凝血等作用。

但是番茄红素对于一些疾病，如糖尿病，其功效目前还无统一的结论，可能是由于存在其他影响因素（其他类胡萝卜素水平、番茄红素的构型、受试者年龄等）。

因此今后对于番茄红素生理功能研究应在以下方面进行深入，与其他类胡萝卜素和抗氧化的营养关系，番茄红素代谢和同分异构体与其生理功能的关系，长期膳食干预研究以及以血清番茄红素水平为基础的流行病学调查，对特定疾病作用机制的研究。

4保持番茄红素稳定性的方法

番茄红素是由11个共轭双键及两个非共轭双键组成的直链碳氢化合物，作为平面共轭多不饱和烯烃，番茄红素对环境因素（热、光、氧气和各种添加剂等）非常敏感，容易发生降解和异构化，限制了其在实际生产过程中的应用，因此需选择适合提取、加工及保存方式，以其保持稳定，扩大其应用范围。

4.1添加抗氧化剂

高度共轭的结构决定了番茄红素容易氧化降解，因此，在使用过程中可选择合适的抗氧化剂来保护其双键结构。

多项研究表明，抗氧化剂BHT、TBHQ能极显著（P＜0.01）的减少番茄红素的损失，且TBHQ的作用较BHT强。

添加0.1mg/mLTBHQ到番茄红素里，在自然光条件下储存72h后对番茄红素的保存率达97%，添加0.2mg/mLTBHQ保存率高达99.9%；添加0.1mg/mL的BHT，其他条件相同，番茄红素的保存率达90.1%，0.2mg/mLBHT保存率达91.6%，不添加任何抗

氧化剂对照保存率只有76.9%。

研究同样表明，TBHQ对番茄红素的保护作用优于BHT，添加0.2mg/mLTBHQ与番茄红素中，室外光储存24h，保存率约为46.1%，而添加0.2mg/mLBHT保存率只有37.3%。

对于VC的影响，各学者得出的结论有所差异，研究表明，VC不仅没有稳定番茄红素的作用，反而是番茄红素的稳定性大幅度降低，用0.1%、0.5%、1.0%VC为还原剂实验，8h后番茄红素的量也明显减少；用0.1%、0.5%、1.0%VC添加到番茄红素中，24h番茄红素却表现出很好的稳定性，任爱梅等研究表明VC能有效减少番茄红素的损失。

这两种截然不同结果的原因，可能与VC所处的体系以及氧和微量金属离子的存在有关。

因此，在使用VC作为抗氧化剂时，应适当添加金属离子络合剂和其他酚类抗氧化剂来减少番茄红素的损失。

4.2避光保存

番茄红素对光十分敏感，不同光类型对番茄红素的稳定性的影响不一样，一般来说，室内散射光、紫外光、白炽光、日光对番茄红素的作用依次升高。

将番茄红素标品溶解于正己烷中，在不同光照强度下（2000～3000lx，25℃）放置6d后，接近94%的全反式番茄红素消失，所有的同分异构体都呈现出不同的变化，顺式异构体含量先增加后降低，增加的顺式异构体可能是由反式异构体转换而来，这表明在光照下，番茄红素的降解和异构化是同时发生的。

光照条件下总的番茄红素含量和反式番茄红素的含量都降低了研究发现，番茄红素在暗处损失很少，8d后还能保留90%以上；在室内散射光下损失较大，8d后基本损失；而在日光下很不稳定，8h后就全部损失了。

用室内散射光照射28h后，10%的番茄红素发生降解；日光直射6h，番茄红素基本损失，28h后，几乎完全分解。

在室内散射光条件下，7d后，番茄红素的残存率不到5%。

因此，番茄红素应避免光的照射，最好于暗处避光保存。

4.3避免与含铁、铜材料接触

K＋、Na＋、Mg2＋、Zn2＋对番茄红素基本无影响，因此，实际应用中加入食盐不会引起番茄红素的变化；Al3＋、Fe2＋引起番茄红素的损失较小；Fe3＋、Cu2＋引起番茄红素的损失较大。

金属离子可能通过氧化分解来破坏番茄红素，因此，实际提取和使用过程中，应避免番茄红素与含铁、铜材料接触。

4.4微胶囊制剂

由于番茄红素是油溶性天然色素，根据微胶囊技术的制备原理可将番茄红素的乳化液配制为O/W型来制备微胶囊。

微胶囊化的番茄红素对光和热的稳定性比番茄红素晶体都好，延长番茄红素的保存时间，但是不同壁材、芯材，以及干燥方式对番茄红素的保护作用是不一样的。

用明胶和蔗糖的混合物为壁材，乙酸乙酯为芯材对番茄红素进行微胶囊化。

结果发现，5周后，微胶囊化的番茄红素保留率为57.98%～70.57%，而对照组未微胶囊化的番茄红素在第四周是保留率仅有5.68%。

实验还表明在微胶囊化过程中添加抗氧化剂异VC钠可提

材的微胶囊室温避光密闭保存8周番茄红素保存率接94%；明胶与麦芽糊精作壁材的微胶囊保存率约为58Ahuja,研究认为，将橄榄油和番茄红素合用，可高番茄红素的稳定性和生物利用度。

以明胶阿拉伯胶为混合壁材，用复凝聚法制备番茄红素-橄油微囊，高剪切乳化机进行乳化，冷冻干燥法进行微干燥。

结果发现其保存率为81.8%，在强光（4500lx）或温（60℃）下放置10d，其含量基本稳定。

该微囊制剂显著提高番茄红素的稳定性，且制备工艺简单易行，

本较低，具有潜在的开发价值。

5展望

现在，番茄红素的生理功能越来越受到人们的重视，但是一些生理功能的作用机制并未得到解释，因此，对于生理功能的各项研究探索的脚步将不会停止。

番茄红素在产品中的稳定性是其产品开发与应用的一项关键技术，因此对番茄红素稳定机理的研究，如何采取合适的提取加工方法，提高其稳定性一直是研究的热点。

此外，其稳定性会直接影响到番茄红素的生理功能，番茄红素的构效关系也将是研究的重点之一。

随着研究的不断深入，番茄红素在保健食品、医药、化

妆品等方面都将拥有广阔的应用前景，今后其市场潜力将不可估量。

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