番茄红素的发展与应用

西北民族大学生命科学与工程学院食品科学与工程姓名：时登宽学号：P081412899食品添加剂指导老师：曹竑番茄红素的发展与应用番茄红素的发展与应用摘要：大量的流行病学证据表明,番茄红素在预防人类某些癌症和慢性病的发生方面起着重要的作用,是目前国际上功能性食品成分研究中的一个热点。本文分析了番茄红素在国内外的研究进展,介绍了番茄红素的理化特性、生理作用、分离提取和定性定量分析等方面的研究成果,通过比较和讨论番茄红素的主要研究方向后提出:我国应充分利用资源优势,大力开发番茄制品,尤其是适合中国人口味的风味番茄酱;同时努力开发番茄红素产品,并在番茄红素的应用研究领域取得一席之地。关键词:番茄红素；性质；生理功能；研究进展番茄红素(lycopene)是一种呈黄色到红色的类胡萝卜素(carotenoid),广泛存在于动、植物体中。1875年Millardet从番茄中最早获得番茄红素的[1]粗提物,称之为Solanorbin,1903年Schunck[2]发现从番茄中提取的这种色素与从胡萝卜中提取的胡萝卜素具有不同的吸收光谱,并将其命名为Lycopene。随后,人们开始对番茄红素的基本化学结构进行研究,1910年Willstatter和Escher首先提出番茄红素是胡萝卜素的异构体,并确定其分子式为C40H56[3]。1930年Karrer等提出,番茄红素的化学结构式为11个共轭及2个非共轭的碳-碳双键组成的非环状平面共轭多不饱和脂肪烃,并在1932年由Kuhn和Grundmann证实[4]。过去由于番茄红素不象胡萝卜素那样具有维生素A原的活性,而未被重视。近20年来,国内外越来越多的研究和调查表明,番茄红素具有淬灭活性氧、消除人体自由基、预防心脏病、减缓动脉粥样硬化、预防多种癌症、保护心血管、抗老化、保护皮肤[5～8]等生理功能。番茄红素是类胡萝卜素中最有效的单线态氧淬灭剂,它的淬灭能力是β2胡萝卜素(β2carotene)的2倍,是维生素E的100倍[6～9],因此,其抗氧化性是类胡萝卜素中最强的。另外,番茄红素的防癌抗癌的效果也明显优于α2胡萝卜素和β2胡萝卜素。据北卡州立大学研究,番茄红素是所有类胡萝卜素中最强的心脏保护剂[10]。目前,番茄红素的研究已成为国际上功能性食品成分分析和抗癌防癌研究中的一个热点。1番茄红素的性质1.1番茄红素的分子结构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[2]。1930年Karrer等提出,番茄红素的化学结构式为含有11个碳碳双键的非环状平面共轭多不饱和脂肪烃。1941年Zechmeister等提出,作为主链含11个碳碳双键的多不饱和脂肪烃,理论上应有211或2048种立体(顺2反)异构体,但由于空间障碍,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异构体约有72种[2]。图1所示为番茄红素的主要异构体的结构。天然植物中的番茄红素绝大部分为热力学较稳定的反构番茄红素,而人体中顺构番茄红素的比例却高得多[2]。1.2番茄红素的性质1.2.1物理性质作为脂肪烃,番茄红素不溶于水,难溶于甲醇等极性有机溶剂,可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮,易溶于氯仿、二硫化碳、苯、油脂等[3],色泽为红色。在472nm处有一强吸收峰[4],如图2所示。当分子从反构变为顺构时,颜色变浅,熔点降低,消光系数减小,吸收峰发生偏移[2]。1.2.2化学性质作为平面共轭多不饱和烯烃,番茄红素易被氧化分解和从反构向顺构的转变。在提取分离、加工处理和保藏过程中,光、热、酸、碱及表面活性剂等可促进这些变化[5]。Sharma和Maguer认为,番茄红素的分解反应是假一级反应[6],说明番茄红素的分解受多种因素的影响。Schierle和Stahl等的研究报告指出,热处理可使番茄汁中的顺构番茄红素显著增加[7]。Stahl和Sies等还发现[8],加热处理可以提高番茄汁中番茄红素被人体的吸收率。由于存在于人体中的顺构番茄红素的比例要比番茄及其制品中的高得多,因此,有学者认为,食品加工过程中的热处理可提高番茄红素的生物利用率,是营养价值增加的过程。但另外一些学者却有不同的看法,认为α2胡萝卜素、β2胡萝卜素、番茄红素等类胡萝卜素有较强的热稳定性[9,10]。Nguyen和Schwartz认为,人体中较高的顺构番茄红素含量与是否食用热处理过的食物无关;Nguyen和Schwartz等人也认为,加工过程中的热处理对番茄制品中的番茄红素含量没有很大的影响[10]。由于番茄红素从反式结构转变为顺式结构时光密度会降低,异构对番茄红素的总量并没有影响,而目前的一般测定方法还很难区分化学分解和立体异构所引起的差异,加上番茄红素含量的变化受很多因素影响[2],所以,上述研究结果上的差异尚难进行统一。Simpson等发现,存在于番茄和番茄制品中的番茄红素比较稳定,而离体番茄红素的稳定性较差,可能是由于分离出来的番茄红素失去了细胞成分如水的保护作用的缘故;抽真空和充氮包装可以降低氧化的程度;在分离提取过程中添加抗氧化剂如BHT也可以减少氧化和异构化[2]。2番茄红素在自然界中的分布2.1在植物中的分布番茄红素广泛分布于各种植物中,成熟的红色植物果实中含量较高。其中番茄、胡萝卜、西瓜、红色葡萄柚等的果实和红色棕榈油中存在较多的番茄红素,含量最高的是番茄的果实,可达3～14mg/100g,且成熟度愈高,番茄红素的含量愈多。在植物中,番茄红素主要存在于植物细胞的有色体中。在番茄果实中,番茄红素主要分布在番茄果皮的外表层中。在天然植物中存在的绝大部分是反构式(如图1中构型A)番茄红素[2]。如番茄及其制品中95%的番茄红素为全反式构型。2.2在人体中的分布番茄红素也广泛存在于人体的各种器官和组织中。主要分布在人的血液、肾上腺、肝脏、睾丸、前列腺、乳腺、卵巢、子宫、消化道等器官中,其中血液、肾上腺、睾丸、肝脏等含有较多的番茄红素[2]。表1所示为人的部分器官和组织中番茄红素的含量。番茄红素在人体中以顺构形式存在的比例较高,如图1中B、C、E、G构型的番茄红素差不多占人血浆中番茄红素的一半。图3为番茄、番茄汁、人血浆和前列腺样品中各种构型的番茄红素的色谱图。3番茄红素的生理功能3.1番茄红素的生理功能研究进展1974年Bjelke等开始注意到,吃番茄可以减少宫颈癌、结肠癌、食道癌、直肠癌和胃癌等的发生;1985年Colditz等人认为,吃番茄与美国的老年癌症患者的各种癌症死亡率降低有关;1989年Mascio等[1]发现,包括β2胡萝卜素在内的所有类胡萝卜素中,番茄红素猝灭单线态氧的效率最高。表2所示为番茄红素和其它一些抗氧化剂猝灭单线态氧的速率常数。Wang和Countryman等通过研究发现,在体外,番茄红素与β2胡萝卜素能在细胞水平上抑制神经胶质瘤细胞和白血病细胞(HL-60)的增殖[3];Mories等也发现,胰腺癌、膀胱癌患者中相应器官中的番茄红素含量较低[3];1991年Campbell等又发现,肝癌患者的肝脏中番茄红素含量也较低[3];1994年Franceschi等对3000多名消化道癌症患者进行了为期7a的研究后发现,消化道癌症的发生也与番茄红素的摄入有关[11];Levin等经过研究以后也发现,由胰岛素生长因子引起的癌细胞增殖可被番茄红素抑制[3];1995Giovannucci等对47894名男性进行了题为“各种类胡萝卜素、视黄醇和果蔬的摄取与前列腺癌发生的关系”研究后指出,食用含番茄红素高的食品如新鲜番茄、番茄酱等与前Ribayo2Mercado等发现,人的皮肤受到紫外线照射时,番茄红素首先受到破坏,比β2胡萝卜素还快[13]。这些报道发表以后,人们对番茄红素的生理活性有了新的认识,番茄红素的生理功能也逐渐引起了包括医学、营养学等方面的科学工作者极大关注和兴趣。列腺癌发生率的减少有显著的关系[12]。4讨论与展望4.1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。4.2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。4.3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。7.4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。7.5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。参考文献1DiMascioP,KaiserSetal.Arch.Biochem.Bio2phys.,1989,274:532～5382NguyenML,SchwartzSJ.FoodTechnology,1999,53(2):38～453孙庆杰,丁霄霖.食品与发酵工业,1997,23(4):72～754李增光,吴骥陶等.食品与发酵工业,1991,16(2):82～845CrouzetJ,KanasawudP.Meth.Enzymol.,1992,213:185～2056SharmaSK,LeMaguerM.FoodRes.Int.,1996,29:309～3157SchiereleL,BretzelWetal.FoodChem.,1997,96:459～4658SthalW,SiesH.J.Nutr.,122:2161～21669NguyenML,SchwartzSJ.Proc.Soc.Exp.Bi2ol.Med.,1998,218:101～10510NguyenML,SchwartzS.J.PresentedatAnn.Mtg,InstofFoodTechnologists,Atlanta,Ga.199811FranceschiS,BidoliEetal.Int.,J.Cancer,1994,59(2):181～18412GiovannucciEL,AscherioAetal.J.Natl.CancerInst.,1995,87:1767～1776