番茄紅素的功能與穩(wěn)定性研究進(jìn)展

蘇小華， 鮑 波， 朱少平， 柴星星

廣東醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，廣東湛江524023

番茄紅素的功能與穩(wěn)定性研究進(jìn)展

蘇小華， 鮑 波*， 朱少平， 柴星星

廣東醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，廣東湛江524023

番茄紅素具有強(qiáng)抗氧化能力，能有效降低癌癥、心血管病等多種疾病的發(fā)病率，是目前功能食品、藥品研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。但番茄紅素穩(wěn)定性差，容易發(fā)生降解和異構(gòu)化，嚴(yán)重限制了番茄紅素的研發(fā)及應(yīng)用。本文綜述了番茄紅素的結(jié)構(gòu)與功能，及其與疾病的相關(guān)性，總結(jié)了番茄紅素穩(wěn)定性方面的研究進(jìn)展，并對(duì)解決番茄紅素穩(wěn)定性技術(shù)難題進(jìn)行了可行性探討。

番茄紅素；功能；穩(wěn)定性

番茄紅素又名茄紅素，色澤暗紅，是成熟番茄中的主要色素。番茄紅素主要存在于植物、藻類和真菌中。番茄紅素最早于1873年由Hartsen等從Tamus communis L.分離得出結(jié)晶［1］；1875年，Millardet［2］將其命名為Solanorubin；1903年，Schunck［3］將其更名為lycopene且沿用至今。番茄紅素屬于世界衛(wèi)生組織認(rèn)定的A類營(yíng)養(yǎng)素，作為食品添加劑具有營(yíng)養(yǎng)、著色雙重作用，在保健食品、醫(yī)藥和化妝品工業(yè)等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

1 番茄紅素的結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)

番茄紅素是近年發(fā)現(xiàn)的一種純天然色素，由碳、氫兩種元素構(gòu)成，分子式為C40H56，在自然界中主要以全反式異構(gòu)體存在（圖1）。其熔點(diǎn)為174℃，不溶于水，微溶于乙醇和甲醇，溶于氯仿和苯等有機(jī)試劑。其中，鹵代烷烴是比較理想的溶劑，但因安全性問(wèn)題不適用于功能食品和藥品中番茄紅素的制備［4］。由于番茄紅素分子含有多個(gè)雙鍵，因此理化性質(zhì)不穩(wěn)定，易發(fā)生降解或異構(gòu)［5］。

2 番茄紅素與疾病的相關(guān)性

番茄紅素屬于類胡蘿卜素的一種，但沒(méi)有β-胡蘿卜素的芷香酮環(huán)結(jié)構(gòu)，不具備維生素A原活性，但番茄紅素具有許多其他生物學(xué)功能，其清除單線態(tài)氧的能力極高，抗氧化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于維生素E和β-胡蘿卜素，清除過(guò)氧化輻射的能力也比葉黃素和β-胡蘿卜素高很多。人類自身不能合成番茄紅素，攝入富含番茄紅素的食品能夠預(yù)防很多疾病的發(fā)生與發(fā)展［6］，同時(shí)體內(nèi)番茄紅素含量過(guò)低則可能誘導(dǎo)多種疾病的發(fā)生［7］，表明番茄紅素與許多疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

圖1 全反式番茄紅素化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.1 Molecular structure of all-trans-lycopene.

2.1 番茄紅素與癌癥

早期研究發(fā)現(xiàn)，消化道癌的發(fā)生與番茄紅素的攝入有關(guān)，由此廣泛開(kāi)展了有關(guān)番茄紅素與多種癌癥相關(guān)性研究。國(guó)內(nèi)外大多數(shù)體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)均支持番茄紅素具有明顯的抗癌、防癌作用［8～10］，如番茄紅素的攝入可以明顯降低前列腺癌的風(fēng)險(xiǎn)；無(wú)論良性乳腺癌或乳腺癌患者，其腫瘤發(fā)生均與血清和乳腺組織中的番茄紅素濃度高度相關(guān)；番茄紅素還能顯著降低胃癌、結(jié)腸癌和直腸癌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)等。

2.2 番茄紅素與心血管疾病

番茄紅素是一種強(qiáng)抗氧化劑，可以降低心血管疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)［11］。研究發(fā)現(xiàn)［12］，番茄紅素能有效降低家兔血清中總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）的水平，延控家兔動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生，其效果與氟伐他汀鈉用藥無(wú)顯著差異。Hsiao等［13］研究表明，番茄紅素通過(guò)抗氧化作用，可清除體內(nèi)自由基，從而抑制神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活性，對(duì)局部腦缺血具有保護(hù)作用，縮小腦灌注損傷的面積。Hirvonen等［14］研究發(fā)現(xiàn)，血清番茄紅素濃度越高，則腦梗塞和腦出血的患病機(jī)率下降，二者呈負(fù)相關(guān)。Rissanen等［15］研究了影響缺血性心臟病發(fā)病的危險(xiǎn)因素，證明血清番茄紅素濃度與冠心病急性發(fā)作、缺血性中風(fēng)具有相關(guān)性。Gey等［16］通過(guò)一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)12年的隨訪研究顯示，心血管疾病中風(fēng)的發(fā)病率在低血清番茄紅素、低維生素C、低維生素E的人群中升高。Rissanen等［17］對(duì)缺血性心臟病危險(xiǎn)因素研究還證實(shí)血清低番茄紅素濃度與平均頸總動(dòng)脈內(nèi)膜厚度相關(guān)，低血清番茄紅素濃度的男性其平均頸總動(dòng)脈內(nèi)膜厚度明顯厚于血清番茄紅素高者。

2.3 番茄紅素與其他疾病

另外，研究發(fā)現(xiàn)番茄紅素具有多種生理功能，對(duì)多種疾病具有功效，目前多處于研究之中，尚無(wú)定論。如：番茄紅素對(duì)CC14致慢性肝損傷具有良好的保護(hù)作用［18］；對(duì)二氧化碳激發(fā)的淋巴細(xì)胞死亡和膜損傷具有保護(hù)作用［19］；能顯著改善糖尿病大鼠的認(rèn)知缺陷，增加乙酞膽堿酯酶活性，并具有抗炎和抗氧化作用［20］；包括番茄紅素在內(nèi)的一系列抗氧化營(yíng)養(yǎng)素的缺乏與帕金森?。≒D）、血管源性癡呆、阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病有關(guān)［21，22］，但也有研究顯示內(nèi)源性抗氧化劑不能降低PD等神經(jīng)變性疾病的發(fā)生率，對(duì)降低PD的危險(xiǎn)性無(wú)任何影響［23］，因此番茄紅素對(duì)PD的作用還有待研究。

3 番茄紅素的穩(wěn)定性技術(shù)研究

番茄紅素結(jié)構(gòu)上為直鏈碳?xì)洳伙柡拖N化合物，屬脂溶性維生素，不溶于水，對(duì)環(huán)境因素敏感，容易氧化，生物利用度低，因此其研究應(yīng)用受到很大的限制。國(guó)內(nèi)外學(xué)者均對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，務(wù)求保持其穩(wěn)定，開(kāi)發(fā)出適用的提取、加工和保存技術(shù)，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

3.1 常規(guī)技術(shù)

針對(duì)番茄紅素的性質(zhì)特征，可采用一些常規(guī)技術(shù)保持其穩(wěn)定性。如：由于番茄紅素對(duì)光敏感，見(jiàn)光易分解，因此要置于背光環(huán)境中；番茄紅素不耐高溫，因此需置于低溫或者常溫環(huán)境中；番茄紅素對(duì)部分金屬離子如K＋、Na＋、Mg2＋和Zn2＋較穩(wěn)定，而對(duì)Fe3＋和Cu2＋不穩(wěn)定，因此需要選擇適合的溶劑，并在提取和保存過(guò)程中盡量減少與含F(xiàn)e3＋和Cu2＋的材料接觸；對(duì)酸堿方面的報(bào)道則仍存在爭(zhēng)議。

3.2 包埋技術(shù)

國(guó)內(nèi)早期對(duì)番茄紅素穩(wěn)定性研究主要是運(yùn)用相關(guān)技術(shù)將番茄紅素處理成水溶性包合物、脂質(zhì)體、微乳體系。楊坤等［24］用2-羥丙基-8-環(huán)糊精與番茄紅素以摩爾比1∶4混合，制備成番茄紅素-2-羥丙基-8-環(huán)糊精包合物，包合后番茄紅素穩(wěn)定性與溶解度均增加，在水中的溶解度增大到0.5 mg／L。最近報(bào)道，歐春鳳等［25］采用經(jīng)過(guò)改良的薄膜均質(zhì)法制備番茄紅素，建立了一種制備高包封率脂質(zhì)體工藝，其最高包封率可達(dá)71.65%。閆圣坤［26］制備的水分散性番茄紅素微乳飲料其番茄紅素含量可達(dá)15 mg／L。

3.3 微膠囊處理技術(shù)

目前，微膠囊技術(shù)是番茄紅素綜合穩(wěn)定性、毒副作用最好的處理方式。微膠囊技術(shù)是通過(guò)選用合適的高分子成膜材料（天然材料或合成材料均可），將液體、固體甚至是氣體包覆形成微小顆粒。微膠囊的成膜材料不僅對(duì)芯材中的番茄紅素有保護(hù)作用，而且具有緩釋功能，延長(zhǎng)番茄紅素的作用時(shí)間。將番茄紅素進(jìn)行微膠囊處理可以改善其水溶性及穩(wěn)定性，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)學(xué)者孫新虎［27］采用噴霧干燥法對(duì)番茄紅素進(jìn)行微膠囊包埋，比較了4種不同的成膜材料進(jìn)行番茄紅素微膠囊處理，通過(guò)優(yōu)化篩選，最終確定以明膠和蔗糖為壁材，微膠囊處理的效率和產(chǎn)率最高。周丹紅等［28］也對(duì)番茄紅素的微膠囊化進(jìn)行了研究，以明膠＋β-環(huán)糊精＋蔗糖（1∶1∶1）作為復(fù)合壁材，制備出的微膠囊化產(chǎn)品水分較低，溶解度高，對(duì)光和熱的穩(wěn)定性好。毛毛等［29］以明膠和阿拉伯膠為混合壁材，用復(fù)凝聚法制備番茄紅素-橄欖油微膠囊成品穩(wěn)定性好，值得進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)。

3.4 納米處理技術(shù)

納米處理技術(shù)實(shí)質(zhì)上也是微膠囊技術(shù)的延伸，包括納米脂質(zhì)體、分散體、納米囊、納米球、分散液等多種形式。材料經(jīng)過(guò)納米化后具有了納米粒子的表面效應(yīng)、體積效用、尺寸效應(yīng)等特性，可增加相應(yīng)活性，同時(shí)減小對(duì)機(jī)體的毒副作用。我國(guó)最早嘗試對(duì)番茄紅素進(jìn)行納米化處理的是江南大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)。張必芳［30］采用薄膜-超聲法制備番茄紅素納米脂質(zhì)體，分布均勻、顆粒間彼此分散、獨(dú)立、連續(xù)呈圓形或橢圓形微球體，初步證明了番茄紅素納米脂質(zhì)體具有肝臟被動(dòng)靶向性，能夠提高口服番茄紅素的生物利用度。孫瑩等［31］采用乳化-蒸發(fā)法，選用Tween-20為乳化劑，成功制備出穩(wěn)定的番茄紅素納米分散液。王璇［32］參考乳化-蒸發(fā)工藝，成功制備番茄紅素納米分散體，荷瘤小鼠抗腫瘤實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示番茄紅素納米分散體對(duì)小鼠H22肝癌移植瘤具有顯著的體內(nèi)抗腫瘤作用，其作用機(jī)制可能與提高體內(nèi)抗氧化能力、降低增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）表達(dá)、直接損傷腫瘤細(xì)胞等有關(guān)。曹雯麗［33］利用皂化-重結(jié)晶法精制番茄紅素，并在此基礎(chǔ)上采用熔融-乳化-高壓均質(zhì)工藝，制備出水包油型（O／W）番茄紅素納米分散體，番茄紅素的含量可達(dá)到4.770 mg／mL，在不同的光照條件下，番茄紅素納米分散體的保留率均高于番茄紅素晶體，但番茄紅素納米分散體對(duì)日光及紫外光敏感。

4 展望

隨著人們生活水平和健康意識(shí)的不斷提高，番茄紅素產(chǎn)品正逐漸被市場(chǎng)和消費(fèi)者所接受，國(guó)外含番茄紅素的保健食品、功能性食品和化妝品數(shù)量繁多，我國(guó)是亞洲最大的番茄生產(chǎn)和加工基地，是番茄制品第一大出口國(guó)，占國(guó)際貿(mào)易的30%左右，具有非常巨大的發(fā)展空間［34］。

雖然我國(guó)番茄的生產(chǎn)量巨大，但是我國(guó)在番茄紅素的研發(fā)方面還處在初級(jí)階段，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模和應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于國(guó)外。番茄紅素穩(wěn)定性研究目前已成為我國(guó)番茄紅素產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行篩選和改良，仍然是目前最實(shí)際的手段，如一旦水分散性番茄紅素的研究突破就會(huì)極大推動(dòng)番茄紅素飲料市場(chǎng)。近年來(lái)納米級(jí)別番茄紅素的研究逐漸延伸至各個(gè)方面，并取得了很好的進(jìn)展，為我國(guó)番茄紅素穩(wěn)定性方面的研究開(kāi)辟了新的途徑，也為番茄紅素功能食品或藥品的研發(fā)開(kāi)拓了新的領(lǐng)域。研究如何提高番茄紅素的穩(wěn)定性的同時(shí)考慮增加其生物利用率、減少其毒副作用，將具有更重大的經(jīng)濟(jì)與現(xiàn)實(shí)意義。

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Advances in Functions and Stability of Lycopene

SU Xiao-hua，BAO Bo*，ZHU Shao-ping，CHAIXing-xing
Experimental Animal Center，Guangdong Medical College，Guangdong Zhanjiang 524023，China

Lycopene has powerful antioxidative ability，and can effectively reduce the incidence of cancer，angiocardiopathy and other diseases.Nowadays，lycopene becomes a hot topic in functional food and phamaceutical research.However，lycopene is easy to be degraded and isomerized，its poor stability has greatly limited the research and application of lycopene.This article reviews the molecular structure and physiological functions of lycopene，analyzes the relationship of lycopene and diseases，summarizes the progress of the lycopene stability research，and explores the feasibility to solve the technical problems of keeping the lycopene stability in applications.

lycopene；functions；stability

10.3969／j.issn.2095-2341.2013.01.04

2012-10-24；接受日期：2012-12-25

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目“番茄紅素納米分散體對(duì)SD大鼠帕金森病模型的治療作用及機(jī)制研究”（KZ1002）資助。

蘇小華，碩士研究生，研究方向?yàn)樯窠?jīng)系統(tǒng)疾病動(dòng)物模型。E-mail：xiaohuasu08＠126.com。*通訊作者：鮑波，主要從事神經(jīng)系統(tǒng)疾病病理研究。Tel：0759-2388559；E-mail：you＿and＿me＿2008＠yeah.net