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番茄红素的论文

番茄红素的全面认知

院系生命科学与工程学院班级08级食品科学与工程姓名杨洁晶学号P*********

摘要番茄红素是人们膳食中的一种类胡萝卜素，主要来自番茄及番茄制品。

它不仅提供了鲜艳的红色，而且具有高效猝灭单线态氧和清除自由基的作用，其抗氧化性在类胡萝卜素中最强。

近年来，人们逐渐发现食用番茄可以防止癌症，特别是前列腺癌、胃癌、皮肤癌等，而且多吃番茄还可以防止心血管疾病的发生，是目前国际上功能食品成分研究中的一个热点。

本文主要介绍番茄红素的分布、性质、提取、生理功能、研发现状及展望。

关键词番茄红素分布理化性质提取工艺生理功能研发现状展望

1番茄红素的分布

近年来研究证实，番茄红素主要分布在番茄、西瓜、南瓜、李、柿、胡桃、桃、木瓜、芒果、石榴、葡萄、草莓等果实和萝卜、胡萝卜、芜菁、甘蓝等的根部。

番茄和番茄制品的番茄红素是类胡萝卜素的主要来源，也是人体血清中含量最高的。

人们从番茄中获得的番茄红素约占总摄入量的80%以上。

番茄红素在番茄中的含量随品种和成熟度的不同而不同。

一般来说，加工用番茄红素的含量是鲜食番茄的3.0～3.5倍，成熟度越高、番茄红素的含量越高。

我国新疆产加工用番茄的番茄红素含量很高，番茄果实中含量为400mg/100g以上，果皮中含量为20mg/100g，纤维素含量高的番茄渣中含42.3mg/100g。

番茄红素的前体物质是植物组织中的有色体，随成熟度增加，叶绿体向有色体转化，番茄红素的生物合成也随之加快。

番茄刚成熟时，果实内的α-胡萝卜素和β-胡萝卜素的含量达到最大值，完全成熟后含量最高。

2番茄红素的理化性质

2.1番茄红素的稳定性

由于番茄红素分子中有11个共轭双键及2个非共轭双键,使得番茄红素的稳定性比较差,在一定条件下可发生顺反异构化和氧化降解。

番茄红素对氧化反应比较敏感,其溶液经日光照射12小时后,其中的番茄红素基本上损失殆尽。

溶液中的Fe3+和Cu2+会对番茄红素的光氧化反应起催化作用,而其它金属离子如K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+等则对其影响不大,所以天然番茄红素在提取和应用过程中应尽量避免使用铁制和铜制容器。

pH值对番茄红素也有影响,当用乙醇溶解番茄红素,并调制成对酸不稳定,对碱则比较稳定,故番茄红素作为色素使用时并不适合于酸性饮料。

由此可见,影响番茄红素稳定性的因素有氧、光、金属离子、pH等,故番茄红素的提取、贮存、加工及分析都应该在对环境因素进行控制的条件下进行。

2.2番茄红素的呈色能力

番茄红素作为一种天然红色素,如何保持其最强的着色力是至关重要的。

番茄果实中的番茄红素有两种存在状态:

其中大部分是以细长的、针状的结晶形式存在于有色体中,呈现明亮的红色。

当番茄红素的结晶形成时,质体膜消失,色素结晶自由分散在原生质中,在显微镜下观察时,可以看到小粒状的有色体,说明了有色体所显现的颜色;另外一小部分（10%左右）则与蛋白质形成复合体存在于细胞中。

番茄红素以不同的形态存在时具有不同的颜色和强度,而且会随着溶剂和介质的不同而呈现出不同的颜色。

例如,溶解在石油醚中的番茄红素呈黄色,在二硫化碳中则呈红色。

2.3番茄红素的溶解性

番茄红素是脂溶性色素,可溶于其他脂类和非极性溶剂中,不溶于水,难溶于强极性溶剂如甲醇、乙醇等,可溶于脂肪烃、芳香烃和氯代烃如乙烷、苯、氯仿等有机溶剂。

番茄红素在各种溶剂中的溶解度随着温度的上升而增大,然而当样品越纯时,溶解越困难。

结晶的番茄红素溶解缓慢,倾向于形成一种超饱和状态,虽然提高温度可加速其溶解,但冷却时可能会出现结晶,这时可利用超声波加速其溶解。

纯的番茄红素虽然不溶于水,但当它与某些物质如蛋白质结合形成复合物时,则具有较高的溶解度。

3番茄红素的生理功能

国外对番茄红素的生理功能研究较多,许多试验[22,1～3]都证明番茄红素具有抗氧化,清除自由基,促进细胞缝间联接交流,抑制LDL（低密度脂蛋白）-胆固醇氧化物的形成,减少体内由于过氧化作用引起的对淋巴细胞DNA的损伤,调控肿瘤增殖,活化免疫细胞的作用,减缓动脉粥样硬化等生理功能。

3.1番茄红素的防癌抗癌功能

活性氧类物质和自由基是诱发癌症的重要原因,也是细胞正常代谢所产生的。

低浓度的自由基（包括活性氧ROS和活性氧RNS）可刺激细胞的生长繁殖与分化,是细胞损伤和感染的保护剂;而高浓度会使细胞发生脂质氧化,蛋白质结构变异酶变性,甚至引起DNA的突变。

在正常细胞中,自由基、活性氧与它们的清除剂（如:

番茄红素、谷胱甘肽、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等）区域化地分布在细胞内,使其处于生成与清除的动态平衡中,有效地阻止它们对细胞组织的破坏。

番茄红素可与细胞有氧代谢所产生的高活性氧发生反应,清除自由基,防止活性氧和自由基对细胞组织的破坏[4,5]。

1992年,哈佛大学医学院EdwardGiovanucciD等首次发表了摄取番茄可降低前列腺癌症发病率的流行病学研究,他们对48000名男子经过6年（1986～1992年）的研究,发现常吃番茄的人比不常吃番茄的患前列腺癌的机会减少45%[6]。

ClintonSK等人[5～8,7]研究发现,血液中番茄红素的浓度也与前列腺癌、食道癌、胰腺癌、胃肠癌、乳腺癌、皮肤癌、膀胱癌等的发病率呈负相关,尤其在预防前列腺癌方面效果显著。

张庆英等[8,9]报道,番茄红素对甲基戊基亚硝胺诱发的大鼠食管癌有预防作用,对体外培养的人坯食管上皮癌细胞汕头株代有抑制作用,且浓度越大抑制效果越明显。

3.2番茄红素预防心血管疾病的功能

1999年,Minhthy等[3]报道,番茄红素能阻止DNA和脂蛋白的氧化,从而减缓动脉粥样硬化;还可以阻止LDL-胆固醇氧化产物的形成,因而可防止冠心病的发生。

Agarwal等[5]在对欧洲10个国家1400名男子进行研究时发现,高番茄红素水平可降低急性心急梗死亡率。

让6位男子每人每天摄入60mg番茄红素,并持续90d,结果发现血浆中胆固醇的浓度下降了14%[10]。

3.3番茄红素的其他功能

Ribaya等[12,11]研究发现,番茄红素除了防癌抗癌的生理功能外,还具有减轻皮肤受紫外线损伤的作用。

Vandenlangenberg等[12]研究血浆中维生素E、类胡萝卜素水平和白内障的关系时发现,血浆中番茄红素含量较低的人患白内障的可能性比正常人高2倍,而与其他类型的类胡萝卜素（玉米黄质和叶黄素等）及维生素E无关。

最新研究[13]发现番茄红素还具有抗炎症、抗血凝等生理功能。

总之,随着对番茄红素的不断研究,可能还会发现番茄红素的其他生理功能。

4　番茄红素的提取工艺研究

番茄红素是脂溶性色素,可采用有机溶剂提取法,酶法,超临界CO2萃取法,高速逆流色谱法,微波辐射萃取法等提取工艺。

4.1有机溶剂提取法

番茄红素是脂溶性色素,难溶于甲醇、乙醇,可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮,易溶于氯仿、二硫化碳、苯等有机溶剂。

而在诸多的有机溶剂中,选用氯仿作有机溶剂来提取番茄红素效果最好。

主要步骤包括:

新鲜番茄或番茄皮干燥、粉碎,选用一种有机溶剂或混合溶剂作为萃取液进行固液萃取,最后将萃取液真空浓缩,得到番茄红素的粗制品,此法简单易行。

但由于番茄中还含有其它成分,而且有机溶剂会有痕量残留,只单单采用溶剂萃取,得到的产品一般纯度不高,番茄红素含量约在5%～15%左右,而且通常不会产生番茄红素晶体,而是一种呈油状的物质即番茄红素油树脂。

4.2酶法提取

日本一专利介绍了利用番茄皮自身果胶酶和纤维素酶反应来提取番茄红素。

其工艺为:

番茄打浆粉碎→加碱调节pH值7.59.0→45℃～60℃加热搅拌5h→过滤除去表皮、种子和纤维等残渣,得提取液→将抽提液pH值调整为4.0～4.5,类胡萝卜素凝聚沉淀→静置,虹吸除去上部浑浊液,得番茄红素沉淀→沉淀调整pH后干燥真空浓缩→成品加食盐保存。

而Dubodel等人通过外加果胶酶和纤维素酶的方法来提取番茄红素。

其工艺流程为:

清洗鲜番茄→100℃热烫去皮→用高速搅拌机打浆粉碎→添加0.2%～0.5%的果胶酶、纤维素酶,在50℃条件下处理3h,除去90%的果胶、纤维素等非色素物质→离心→沉淀用96%的乙醇洗涤→过滤→乙醇和植物油提取→分离油相→产品。

4.3超临界CO2萃取法

Sun,Q,J等人（1998）采用超临界CO2作萃取剂从液体或固体物料中萃取、分离和纯化有效成分,共考察了四个因素:

萃取压力（7.5mPa30.0mPa）,温度（40℃～50℃）,CO2流速（5kg/h～50kg/h）,萃取时间（0.5h～4.0h）,得到了最佳工艺条件为:

压力为15mPa-20mPa,温度40℃～50℃,流量20kg/h,时间1h～2h,其得率可达到90%以上。

4.4高速逆流色谱法

高速逆流色谱（High2SpeedCountercurrentChromato2graphy,简称HSCCC）技术是一种高效快速的新型液-液分配色谱技术,与传统的柱色谱需使用固体填料不同,该分离方法是在两相之间进行,在高速运转产生重力场的条件下,使固定相在分离柱中实现高的保留而进行分离,因而没有不可逆吸附,具有样品无损失、无污染、高效、快速和大制备量分离的优点。

国外有报道在实验中首次采用高速逆流色谱来提取番茄红素,所得到的样品是从100mg含有9%番茄红素的番茄粗提物中分离出来的,最后用高效液相色谱检验出其纯度达到98.5%。

采用的溶剂是由己烷、二氯甲烷、乙腈按10∶3.56∶.5组成的非水混合物.

4.5微波辐射萃取法

微波辐射萃取技术（MicrowaveAssistedExtraction,简称为MAE）是指使用微波及合适的溶剂在微波反应器中从各种物质中提取各种化学成分的技术与方法。

由于番茄红素是一种脂溶性色素,不易渗透穿过物质的细胞壁和细胞膜,因此提取时间较长,不能很好的将提取物从细胞壁中溶出。

而采用微波辐射萃取的最大优点就是大大缩短了萃取时间,且提取率较高,产品品质好,质地纯且无环境污染等,在天然色素的提取工艺中具有很广阔的应用前景。

张卫强等人经过实验得出了一种最佳工艺条件:

提取溶剂为6#溶剂油,微波频率为2450mHz,功率为200W,萃取时间80s,液固比（mL/g）2∶1,经过二级提取可使番茄红素的提取率达到97.56%。

5番茄红素产品的研发现状

番茄红素是脂溶性色素,生产工艺上有直接粉碎法、超临界CO2萃取法、有机溶剂浸提法、HPLC法、酶反应法（即化学合成法）及微生物发酵法。

从植物中提取是国外普遍采用的方法。

此外,通过基因工程来提高番茄中的色素含量也是国外研究的热点。

5.1国内研发现状

目前,国内番茄红素的生产和研究均处于起步阶段。

研究基地主要是无锡轻工大学食品学院,广州优宝工业有限公司和新疆某技术有限公司,研究工作大部分集中在提取工艺上。

1998年,孙庆杰等[14]报道,以新疆番茄厂的副产品（番茄皮和番茄籽）为原料,采用超临界CO2萃取,提取率可达90%以上。

在番茄红素的产品开发方面,与国外相比落后许多。

主要是由于番茄原料中的含量低,通常番茄中仅含20g/t番茄红素,生产成本高,番茄红素含量仅为5%的番茄红素产品市售价格高达380美元/kg。

最近国内高校科技集团生物工程中心采用玉米淀粉进行发酵,产率在1000mg/L以上,但未实现工业化生产。

到2003年,我国番茄红素年生产能力不足5t,而市场需求量约20～30t/年,相应的番茄红素产品远比国外少。

5.2国外现状

国外对番茄红素的研究相对较为深入。

处于世界领先地位的以色列LycoredNaturalProductIndustriesLtd公司率先通过育种选育获得高番茄红素含量的杂交番茄（LycopeneRichTomato）,该品种番茄红素含量为普通番茄品种的4～5倍,从这种番茄中提取番茄红素并开发出多种含番茄红素的产品,其中一种产品的商标为LYC2D2MATO。

前不久,英国将一种细菌的基因植入番茄中,培育出富含番茄红素的转基因番茄新品种,其含量是普通番茄的3.5倍。

利用微生物发酵生产番茄红素的研究也有十几年的历史了。

1991年Nell等[15]报道,采用浅红链霉菌（Streptomycesrubescens）突变株发酵6d,产番茄红素0.5mg/L。

Misawa等[16]研究革兰氏阴性菌Erwiniauredovora和Erwiniaherbicola）的代谢途径时,发现从法呢基焦磷酸合成番茄红素是由3个crt基因（crtE,crtB和crtI）所控制。

1994年Yamano等[17]将生物合成番茄红素和β-胡萝卜素的基因crtE,crtB和crtI插入酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）中,经发酵,番茄红素含量为113μg/g。

1998年Minray等[18]将欧式杆菌控制番茄红素合成的基因crtE,crtB和crtI通过转基因技术插入到产蛋白假丝酵母（Candidautilis,产蛋白假丝酵母是一种不能天然合成的类胡萝卜素的食品酵母）中,插入后获得758μg/g干重的番茄红素和407μg/g的八氢番茄红素。

同年Shimada[19]也采用类似的方法,番茄红素产量可达7.8mg/g细胞干重。

除番茄酱、番茄汁及日本开发的系列运动型饮料和果冻等以外[20].此外,美国及日本几家公司都已开发出以番茄红素为主要活性成分的药品,其主要功能是降低血压,治疗高胆固醇、高血脂,降低癌细胞活性等。

6讨论与展望

6.1中国目前已成为世界番茄酱生产大国,年产番茄酱达到3060万吨,且逐年递增。

但产品单一,几乎全部作为原料出口,而没有形成最终产品。

只有形成了多样化的终极产品,并在国内外市场占据了相当的份额,番茄酱企业才能获得持续而稳定的发展。

中国番茄酱（新疆产）具有番茄红素高的特点,达到80mg/100g,有些甚至超过100mg/100g。

而市售番茄红素胶囊的红素含量一般为10mg/粒。

因此,食用10g左右的新疆番茄酱所摄入的番茄红素几乎与服用一粒番茄红素胶囊相当。

所以,建议消费者经常食用国产番茄酱,同样可以起到各种番茄红素产品的保健作用。

同时,建议番茄酱生产企业充分利用资源优势,大力开发多种风味的番茄酱产品,尤其是适合中国人口味的风味番茄酱。

6.2番茄酱生产中产生的废料（番茄皮籽）目前多被用作饲料或被废弃,如果用来提取番茄红素,将为企业带来更大的利润。

这项技术在国外已经得到应用,国内企业应加快开发或直接引进。

6.3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,是目前番茄红素研究的热点,中国在这一领域的研究还未见报道。

6.4番茄红素作为药品在国外正倍受关注,每年均有大量的研究报告,是番茄红素应用研究中最为活跃的领域。

而中国尚未开展这方面的研究工作。

6.5番茄红素作为新型保健食品、食品添加剂、化妆品和药品具有广阔的市场前景。

目前国内市场上此类产品的品种和数量都十分稀少,远远不能满足市场需要。

因此,应大力开发。

结语随着人们对饮食健康重要性的认识,番茄红素作一种功能性天然色素不断受到人们的广泛关注。

国内对其独特的结构和化学特征以及较强的抗氧化、抗肿瘤和预防心血管疾病等多种生理功能作了一定研究,但其作用机理目前还不十分清楚。

番茄红素产品的开发应用在国际上处于发展初期,而国内则刚刚起步。

如果科学研究结果继续进一步支持番茄红素的多种生理功能,那么番茄红素产品将是未来最重要的保健品之一,开发番茄红素产品也将大有前途。

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