番茄红素的研究及应用(1)

番茄红素的研究及应用姜雨,王献仁,董诗源,李雅慧,余超【摘要】　本文对番茄红素的理化性质、生物学功能、制备、分析与检测和应用情况的进展进行了概述。【关键词】　类胡萝卜素类;营养保健品【中图分类号】O629.4 【文献标识码】A 【文章编号】100826013(2008)0120066204

Applicationandstudyoflycopene　JIANGYu,WANGXian2ren,DONGShi2yuan,LIYa2hui,YUChao.　CenterforHealthFoodEvaluation,SFDA,Beijing　100070,China

【Abstract】　Currentprogressinlycopeneresearchincludingphysicalandchemicalfeatures,biological

function,preparation,analysisandmeasurementarereviewedinthisarticle.【Keywords】　Carotenoids;Dietarysupplements

(ChinJDisControlPrev2008,12(1):66269)

番茄红素是一种属于类胡萝卜素的红色色素,

不具维生素A活性,具有增色和营养的双重功效。在自然界中,番茄红素主要以全反式构型存在于成熟的红色植物果实中,如番茄、西瓜、胡萝卜、葡萄、红色葡萄柚、草莓、柑桔等,其中含量最高的是番茄,可达3～14mg/100g,而且随成熟度增长,番茄中番茄红素含量逐步增高。在人体中番茄红素多以顺式构型分布,顺式与反式构型因环境的不同可相互转化。番茄红素具有抗氧化和增强免疫力等功能,人体不能生成只能从食物中摄取。1　番茄红素的结构和物理化学特性1.1　番茄红素的结构　番茄红素是一种由多聚烯烃链构成,具有不饱和开环结构的碳氢化合物,分子式为C40H56,相对分子量为536.85,含11个共轭双键和2个非共轭双键,末端无芳香环。番茄红素在自然界中主要以全反式结构存在(图1),纯品为针状深红色晶体(从二硫化碳和乙醇混合液中的析出物)[1～3]。图1　全反式番茄红素的分子结构Figure1　Themolecularstructureofall2trans2lycopene【作者单位】国家食品药品监督管理局保健食品审评中心,北京　100070【作者简介】姜雨(1978-),男,满族,河北围场人,助理研究员,硕士。主要研究方向:保健食品审评。1.2　番茄红素的物理化学性质　番茄红素全反式异构体的熔点为174℃,不溶于水,微溶于乙醇和甲醇,溶于氯仿和苯等有机试剂。其中,尽管卤代烷烃(如二氯甲烷)是比较理想的溶剂,但因安全性问题

不适用于食品(保健食品)中番茄红素的制备。番茄红素分子中含有多个双键,因此,遇光、酸、氧、金属离子及高温时不稳定,易降解[4]。此外,长时间加热或紫外线照射可使其异构化,全反式构型部分转化为顺式构型[5,6]。而番茄红素的顺式与反式异构体在熔点、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等方面都有着明显差异[7]。

2　番茄红素的生物学功能近年来随着现代医学、营养学的发展,人们对于具有多种防治疾病功能的天然活性物质的研究与开发产生了极大兴趣。其中,番茄红素以其独特的生物学功能被人们所关注。2.1　抗氧化功能　抗氧化剂的抗氧化作用可以通过抑制自由基的产生、直接清除自由基,甚至可以通过提高内源性抗氧化物质的水平来实现。单线态氧和过氧化自由基都是体内生成的活性氧,与癌症、心血管疾病以及与年龄相关的疾病有关。它们均能与体内的生物大分子,如DNA、蛋白质或脂质反应,削弱它们的功能[8,9]。番茄红素的抗氧化作用主要表现在它能高效淬灭单线态氧及清除过氧化自由基。番茄红素淬灭单线态氧的能力与其分子中所含有的共轭双键的数目有着密切的关系[10]。1990年Paolo等[11]报道了类

・66・ChinJDisControlPrev　2008　Feb;12(1

)胡萝卜素和生育酚等30余种生物抗氧化剂淬灭单线态氧的作用,其中番茄红素的淬灭单线态氧的速率常数最高,是目前常用的抗氧化剂β2胡萝卜素的2倍多、维生素E的100倍。类胡萝卜素是有效的过氧化自由基清除剂。Vanhet等[12]发现番茄红素保护淋巴细胞免受二氧化氮自由基造成的细胞膜损害或细胞致死的能力非常强,清除氧自由基的能力也较其他类胡萝卜素强。1998年,Rao等[13]报道,摄食番茄红素可以有效抑制脂质、蛋白质和DNA的氧化,明显减少血清中与硫代巴比妥酸反应的脂质过氧化产物如丙二醛等。番茄红素的抗氧化能力还可以通过体内一系列氧化还原酶活力来反映。Simon等[14]发现番茄红素可使由三碘甲状原氨酸诱导的甲状腺功能亢进小鼠肝微粒体内还原型辅酶、细胞色素P450还原酶、还原型辅酶Ⅱ、细胞色素b5还原酶、葡萄糖62磷酸还原酶活性降低,使肝脏超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶活力增加,从而提高小鼠体内抗氧化系统的能力,降低对毒物的敏感性。2.2　番茄红素与肿瘤　Giovannucci等对72项相关研究作了Meta分析,其中57项研究表明一些癌症的发病危险与番茄或其制品摄入量以及血中番茄红素水平呈负相关;其中35项具有统计学意义,没有任何研究发现摄入番茄红素会增加癌症发生的危险[15,16]。最新的人群调查也发现,血浆中番茄红素过低与口、咽和喉部位的肿瘤的发生高度相关[17]。番茄红素不仅可以预防还可治疗前列腺癌,研究发现前列腺癌患者每天服用30mg天然番茄红素制品(Ly2O2matoR),连续服用3w后,肿瘤变小,病情减轻[18]。然而一些流行病学调查表明,番茄红素和癌症的关系并非全为积极的作用。Huang等[19]在前瞻性研究中发现,番茄红素和前列腺癌之间并无保护性联系。目前的研究认为,番茄红素的抗肿瘤效应可能包括以下几种机制:①自由基淬灭机制;②降低细胞膜的氧化损伤机制;③诱导间隙连接通讯的机制。目前,细胞间连接通讯功能的抑制或破坏被认为是促进癌变的重要机制[20]。研究表明,番茄红素可以有效地诱导细胞间隙连接的通讯[21,22]。2.3　增强免疫能力　番茄红素与免疫系统的关系研究开展相对较晚。目前研究表明,番茄红素能保护吞噬细胞免受自身的氧化损伤,促进T、B淋巴细胞增殖,刺激效应T细胞的功能,增强巨噬细胞、T细胞杀伤肿瘤细胞的能力,减少淋巴细胞DNA的氧化损伤,以及促进某些白介素的产生,从而增强人体的免疫力[23]。实验表明,摄食番茄的人群中,淋巴细胞在体外用过氧化氢处理,DNA的损伤可降低33%和42%。

3　番茄红素的制备目前,番茄红素可通过植物(主要是番茄)提取、微生物发酵、化学合成等方法获得。其中,食品(保健食品)、药品中常用的植物提取法主要包括如下几种生产方法。3.1　有机溶剂浸提法　番茄红素属于脂溶性类胡萝卜素,可根据其溶解特性从番茄或番茄产品的废弃物中提取粗产品,再采用一些高精度的分离手段将其纯化。一般工艺为:番茄皮进行干燥后用有机溶剂提取,过滤后所得滤渣继续用有机溶剂进行一次浸提,滤液部分浓缩后成为粗产品,经精制可得番茄红素。在提取过程中,为便于分离叶黄素和番茄红素,常用一种极性较强的有机溶剂洗去叶黄素后加另一极性较弱的有机溶剂提取番茄红素。由于番茄中含有多糖、蛋白质、有机酸、果胶、酯类等多种成分,而且有机溶剂常会有痕量残留,所得产品一般纯度不高,番茄红素纯度约在5%～15%左右,且通常不会产生番茄红素晶体,而得到一种呈油状的物质,

即番茄红素油树脂。3.2　超临界萃取法　与传统有机溶剂萃取法相比,超临界萃取法具有无化学溶剂消耗和残留、无污染、避免萃取物在高温下的热劣化、保护生理物质活性;

工艺简单、能耗低、萃取剂无毒,易回收等优越性。日本有专利报道采用超临界流体萃取精制番茄红素的方法,将番茄红素粉末和正己烷按1∶2混合,

使之形成均质混合体系;然后放入萃取罐中,原料中色素溶解到正己烷中;在温度35～50℃,300kg/cm

流量情况下接触超临界CO

2;

最后用减压法进行色

素回收,在分离罐中得到精制番茄红素(含量为13.7%)。此产品无臭味,在油中着色时,呈非常鲜

明橙色;而且该产品在15℃温度条件下放置一个月,无异味,也不会变色[24]。3.3　酶反应法　酶反应法包括自身酶解反应和外加酶反应法两类。目前保健食品生产工艺中有采用微碱条件下,使番茄皮中的果胶酶和纤维素酶发生自身酶解反应分解果胶和纤维素,使番茄红素的蛋白质复合物从细胞中溶出,得到水分散色素,并进一步用溶剂进行提取。

4　番茄红素的分析与检测番茄红素的常见分析、检测方法有紫外2可见分

・76・疾病控制杂志2008年2月第12卷第1期光光度法、高效液相色谱法(HPLC)和薄层色谱法。番茄红素在不同的有机溶剂里均有类似的吸收峰,最大吸收峰的波长约为472～484nm。人们常将番茄红素溶于石油醚或正己烷中,在最大吸收波长下,用分光光度计测定溶液的吸光度,以此来表征番茄红素的浓度,用摩尔消光系数计算其中(61.0%1cm=3450)番茄红素的含量[25]。由于番茄红素的不稳定性,也有研究以苏丹红代替番茄红素作为标准品绘制标准曲线,用甲苯作为提取液,在485nm下测定番茄红素的提取液的吸光度值,用以测定番茄红素的含量。但该方法不能排除样品中其它类胡萝卜素的干扰,因此误差较大。如GB14215293是以苏丹红Ⅰ为标准替代品,用甲醇和甲苯分两步提取番茄红素后比色,通过标准曲线计算番茄红素含量的方法。该方法目前在番茄酱检验中为标准方法,已被番茄酱生产企业和商品检验部门普遍采用[26]。HPLC法是利用液相色谱技术将番茄红素和其他类胡萝卜素很好地分离出来,并分别定性和定量。该法对设备、试剂(番茄红素标准品价格昂贵且不易保存)和操作人员均有较高的要求,但由于方法的灵敏度和准确度高,可以分辨出多种异构体,在国内外被广泛采用。尤其在对番茄油树脂等番茄红素含量较高的样品以及果蔬和血浆等番茄红素含量较低的样品的检测中被普遍采用[25,27]。薄层层析法也可以分离和检测番茄红素的含量,但应用较少。Teodor等[28]用硅胶板对番茄提取液进行分析,以15%丙酮2石油醚溶液和纯石油醚作为流动相两步展开分离,最后的分离结果经CS2900双波长薄层扫描仪分析,并与标准品对比,Rf(番茄红素)为0.90,Rf(β2胡萝卜素)为0.96。此外,研究报道差示量热扫描法、超临界色谱法也可做为番茄红素的测量方法[29,30]。5　番茄红素的应用5.1　安全性及推荐摄入量　人类已有长期安全食用含番茄红素的番茄等果蔬的历史,对不同途径化学合成的等同番茄红素,部分已经动物毒理学等实验证明了安全性并通过美国公认安全食品认证。但现有的数据还不充分确定ADI值(推荐的每天膳食供给量)。根据美国农业部1994～1996年对人体每日食品摄入量计算,人体平均从饮食中摄入的番茄红素量约为8.2mg/d,90%的人可摄入15.7mg/d。估算膳食补充剂中摄入的番茄红素为23.9mg/d,90%的人可摄入42.6mg/d。据上述数据,番茄红素生产厂商LycoRed公司的公认安全物小组建立了番茄红素的每日可接受的人体摄入量为120mg/d。根据该数据申请的番茄红素产品Ly2coRed美国FDA已同意为公认安全物质[31]。