西瓜中番茄红素的研究进展

西瓜中番茄红素的研究进展施先锋;孙玉宏;赵辉【摘要】综述了番茄红素的生理功能,分析了影响西瓜中番茄红素含量因素和提取方法,阐述了存在的问题和对市场前景的展望,为开发利用西瓜果实中番茄红素提供理论基础和实践依据.【期刊名称】《长江蔬菜》【年(卷),期】2008(000)006【总页数】4页(P31-34)【关键词】西瓜;番茄红素;含量;提取【作者】施先锋;孙玉宏;赵辉【作者单位】湖北武汉市农业科学研究所;武汉市农业科学研究所;武汉市农业科学研究所【正文语种】中文【中图分类】S6番茄红素(Lycopene)是一种天然类胡萝卜素，具有优越的生理功能，广泛用于保健食品、医药和化妆品，是很有开发价值的功能性天然食用色素。

番茄红素为针状深红色晶体，分子式为C40H56，分子量为536.85，熔点为174℃。

可溶于乙醚、己烷，易溶于氯仿、二硫化碳、苯等有机溶剂，不溶于水。

且由11个共轭及2个非共轭碳－碳双键组成的直链型碳氢化合物，使其具有抗坏血酸活性、碎灭单线态氧和清除过氧化氢等作用[1～2]。

西瓜果实不仅风味优美，果汁中含有大量糖分、有机酸以及矿物质，更重要的是含有丰富的番茄红素。

因此，美国心脏协会授权在西瓜产品上可以使用有利于心脏健康的“Heart Healthy”标志[3]。

自20世纪50年代中期发现番茄红素在人类健康上的作用以来，番茄红素的研究受到了普遍的关注。

目前国内外的研究均以从番茄中提取番茄红素为主，有关西瓜果实中番茄红素的研究一直未被重视。

但美国农业部的研究发现，与等重的生番茄相比，西瓜红色部分的番茄红素含量比番茄高40%左右，尤以红色无籽西瓜的番茄红素含量最高。

且番茄中的番茄红素只有经过加热或加工处理后才会更有效地被人体吸收，而西瓜鲜食，其番茄红素就可以直接产生生理效应[4]。

因此，开展西瓜番茄红素的提取、纯化及加工保健品的研制，将为西瓜的深度开发与利用提供更加广阔的前景。

目前，番茄红素已被联合国粮农组织和世界卫生组织（FAO/WHO）、联合国食品添加剂委员会（JECFA）认定为A类营养素，并为50多个国家和地区作为营养和着色双重作用的食品添加剂，广泛用于保健食品、医药和化妆品[5]。

因此，番茄红素已成为21世纪营养保健品市场令人瞩目的一员。

由于番茄红素的亲脂性，主要集中在低密度脂蛋白中，存在于肾上腺、肝脏和前列腺等人类组织中。

科学研究已经证实，番茄红素具有抗老化作用、较强的抗氧化活性和清除自由基的能力，能减缓动脉硬化，有效预防心血管病的发生[6]，是目前已知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倍多，是维生素E的100倍[7～8]。

同时，番茄红素还具有细胞间信息感应和细胞生长调控等生化作用。

流行病学研究表明，番茄红素能降低患肺癌、胃癌、前列腺癌的危险性，并能降低胰腺癌、结肠癌、食管癌、口腔癌和子宫癌的危险[9～11]。

另外，番茄红素还具有清除香烟和汽车废气中有毒物质且有活化免疫细胞，增强免疫功能的作用。

西瓜果实中含有大量番茄红素，是天然的番茄红素来源。

研究表明，鲜西瓜中番茄红素的含量为45.1～53.2 μg/g，而鲜番茄中番茄红素平均含量仅为30.2μg/g[12～14]。

Holden等曾报道西瓜番茄红素的含量高达4 868 μg/100 g[15]。

说明西瓜果实中番茄红素含量与番茄相近甚至超过番茄。

有关西瓜果实中的番茄红素的研究很少，直到近几年才被引起重视，并在美国形成西瓜番茄红素的研究热潮，并取得了较多的研究成果。

如美国农业部科学家最近成功培育出肉脆、凉爽、低糖，同时又富含番茄红素的微型西瓜新品种。

其中番茄红素含量为67.0～96.0 μg/g，含糖量则低于6%，对不宜食用过多糖的人是合适的[16]。

Perkins-Veazie等的研究表明不同西瓜品种中的番茄红素含量与基因型和环境条件有关[17]。

现就影响西瓜中番茄红素含量的主要因素综述如下。

2.1 品种与瓤色不同西瓜品种番茄红素含量有很大差别。

Perkins-Veazie等的研究表明，鲜西瓜不同品种的番茄红素含量从3.5～7.6 mg/100 g变动不等，说明基因型在某种程度上对番茄红素积累影响较大。

同时，认为只有红瓤品种含有番茄红素[18～20]。

Tome等人测定了5种红瓤鲜西瓜的番茄红素含量，其变化范围在1.22～5.25mg/100 g。

结果显示瓤色为深红色的番茄红素含量高于浅红色品种，说明含量与瓤色有关。

但还不能用瓤色标准的比色方法有效预测不同西瓜品种的番茄红素含量[18，21～22]。

目前，孙利祥用正己烷浸提西瓜果肉中番茄红素，结果表明，不同基因型番茄红素含量差异显著，红瓤鲜品种中番茄红素含量在46.5～77.4 μg/g，而黄瓤鲜品种番茄红素含量少于0.5 μg/g[23]。

2.2 贮藏条件Perkins-Veazie等研究了贮藏条件对西瓜中番茄红素的稳定性，采用整体贮藏和切开包装贮藏。

整体贮藏将西瓜分别在5℃和13℃条件下贮藏2周，切开包装贮藏将西瓜切成5 cm3的小块放在贮藏容器中，分别在2℃和5℃条件下贮藏2～7天。

同鲜样相比，整体贮藏西瓜番茄红素含量下降6%～ 10%，切开贮藏的含量下降6%～15%。

试验说明，西瓜在2～13℃条件下贮藏，番茄红素含量下降程度没有差异，与贮藏方式关系不大，且有籽和无籽品种下降程度差异不大[19]。

最近，美国农业部农业研究署中南农业研究实验室的科学家首次研究了冷冻贮藏对西瓜组织中番茄红素稳定性的影响。

他们把西瓜的心部组织切成小方块或制成果泥，冷冻贮藏于-20℃或-80℃，并在1年内定期采样检测。

初始的冻融试验证明，在初始冻融期间，有少量的番茄红素（4%～6%）发生降解。

-20℃下贮藏1年后，样品中的番茄红素损失率为30%～40%。

而-80℃下贮藏1年后，损失率为5%～10%。

-20℃下制成果泥的西瓜中的番茄红素的稳定性略高于切成小方块的西瓜，但-80℃下制成果泥的西瓜中的番茄红素的稳定性略低于切成小方块的西瓜[24]。

2.3 栽培条件在番茄生长过程中，施加氮肥和喷施钙肥有利于番茄红素的积累。

而关于氮肥、钙肥及影响西瓜瓜瓤颜色的主要因子如光照和温度等对西瓜中番茄红素含量的影响还未见报道。

Leskovar等研究了缺水灌溉对西瓜中番茄红素含量的影响，结果显示，适当缺水灌溉并不影响西瓜中番茄红素含量[25]。

2.4 发育阶段番茄红素生物合成主要受植物个体发育阶段的调节，不同生育阶段和器官积累的类胡萝卜素量及种类不同。

番茄红素的合成在一定程度上也受花朵开放和果实成熟等发育阶段的调控。

如Perkins研究发现未完全成熟或过度成熟的西瓜番茄红素的含量均比完全成熟西瓜的含量要低20%左右[26]。

由于番茄红素是多不饱和键的碳氢化合物，稳定性较差，在提取和加工过程中的光、热、氧化剂、高价金属离子等因素易导致番茄红素的氧化分解和结构发生顺反异构化[27]。

如何改进番茄红素的提取工艺条件，提高番茄红素的有效提取率，是番茄红素利用方面的研究关键所在。

番茄红素主要通过植物中提取、化学合成和微生物发酵等3种途径获得[28]。

从番茄中提取方法包括直接粉碎法、有机溶剂提取法、超临界CO2萃取法，还有化学合成、生物工程等方法[29]，而有关西瓜中番茄红素的提取主要集中在有机溶剂提取法上。

吴秋波等对西瓜中番茄红素的提取工艺条件进行了研究，通过单因素实验、正交实验及方差分析，考察了影响提取的主要因素，找到了最佳提取工艺[30]：溶剂选用乙酸乙酯提取效果好，提取条件为固液比1∶7，温度35℃，时间100 min。

不同有机溶剂对西瓜中番茄红素提取有一定的影响。

郭玉宝等从西瓜中提取番茄红素的溶剂选择研究，结果表明，以单一溶剂作提取剂时，石油醚和正己烷对西瓜中番茄红素的提取效果较好；以混合溶剂提取时，V（乙酸乙酯）∶V（丙酮）=6∶1时提取效果最好；V（正己烷）∶V（丙酮）=10∶1时提取效果最好。

在优化混合比例下，V（石油醚）∶V（丙酮）=9∶1提取效果最好[31]。

除有机溶剂外，其他因素对西瓜中番茄红素提取也有不同程度的影响。

孙利祥等研究确定提取温度、时间、料液比、pH值等因素对提取效果的影响。

结果表明，使用含2%二氯甲烷的正己烷浸提西瓜糊，在西瓜糊质量与溶剂体积比为0.33 g/ml、浸提时间2 h、pH值5.5、浸提温度35℃条件下，能充分提取番茄红素，提取效果较好[32]。

潘文洁等也对影响西瓜番茄红素提取的诸因素进行了研究，初步确定了较优的溶剂及最佳提取工艺条件。

结果表明，用异丙醇对原料脱水，V（原料）∶V（异丙醇）=1∶2较好，而V（丙酮）和V（氯仿）=1∶4提取效果最好，其最佳工艺条件为：温度35℃、时间60 min[33]。

有机溶剂提取法存在着浸提时间长、劳动强度大、原料预处理能耗大、热敏性组分易破坏等缺点。

且停留在实验阶段，没有应用于生产。

因此，要想从西瓜中获得番茄红素就必须开展其他提取方法（如超临界CO2萃取法）和条件的研究，同时要深入探讨纯化工艺条件和优化体系，提出西瓜中番茄红素的提取及纯化的工艺路线，才能为我国在无自主知识产权的番茄红素产品方面做些尝试和突破性工作。

国外对番茄红素的生理功能、稳定性、抗氧化作用机理、分析检测方法等方面进行了研究。

以色列率先开发了番茄红素产品，产品商标为Lyc-OMato[34]。

日本也有一种番茄红素，为红褐色液体，番茄红素含量为（5±0.25）%[35]。

中国留日学生通过超临界二氧化碳从苦瓜的种皮中萃取番茄红素，该技术己申请发明专利[36]。

但是，国际市场上番茄红素产品的生产一直处于垄断和保密地位。

与国外相比，我国的番茄红素研究非常薄弱，番茄红素的生产和研究还处于起步阶段。

研究主要集中在江南大学，尚没有真正意义上的番茄红素产品[37]。

急需开发出具有自主知识产权的番茄红素产品，填补我国在这方面的空白。

我国是西瓜生产大国，每年西瓜产量达6 000多万t，占世界西瓜产量的70.3%[32]。

因此，开展西瓜中番茄红素的提取、纯化及加工保健品的研制和开发，不仅可解决西瓜生产的相对过剩，进一步提高西瓜的附加值，促进西瓜产业健康、稳定地发展，还能改善一直以来把番茄作为提取番茄红素的惟一来源而造成的过分依赖番茄的产量，以及番茄红素产品单一、供不应求的局面。

与番茄不同的是，西瓜中番茄红素的含量更高、价格便宜，且西瓜番茄红素含量同果实大小以及可溶性固形物并没有存在显著的相关性。

这表明西瓜果实中番茄红素可能同番茄有着不同的遗传模式[38]。

低番茄红素品种“Black Diamond”同高番茄红素品种“Dixie Lee”杂交，结果番茄红素是以显性遗传方式（Perkins-Veazie，私人通讯）。

这一结果表明，提高西瓜中的番茄红素含量可能相对简单。