番茄紅素的順反異構(gòu)化及生物利用率研究進(jìn)展

利慧華，葉　成，李莉莉，鮑　波（廣東醫(yī)學(xué)院病理生理教研室，廣東湛江524023）

番茄紅素的順反異構(gòu)化及生物利用率研究進(jìn)展

利慧華，葉成，李莉莉，鮑波
（廣東醫(yī)學(xué)院病理生理教研室，廣東湛江524023）

摘要：番茄紅素是一種在自然界分布廣泛的脂溶性類胡蘿卜素，因其優(yōu)越的生理功能引起人們的關(guān)注。流行病學(xué)研究、組織培養(yǎng)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果均表明其具有很強(qiáng)的抗氧化活性，能有效改善心血管、癌癥、神經(jīng)退行性疾病等疾病的病情，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、保健食品、食品添加劑、化妝品等行業(yè)。本文對(duì)番茄紅素的理化性質(zhì)、來源、提取工藝、在體內(nèi)的吸收分布與代謝及生物利用率進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：番茄紅素；順反異構(gòu)化；生物利用率；代謝

番茄紅素是一種在自然界中分布廣泛的紅色色素，日常攝入的番茄紅素主要來源于番茄紅素及番茄紅素制品。其他來源包括杏、胡蘿卜、西柚、西瓜、葡萄、木瓜、番石榴等蔬菜水果。番茄中的番茄紅素含量最高[1]。1873年，Hartsen首次將它從Tamuscommunis L.漿果中提取出來。番茄紅素屬于β-胡蘿卜素家族的一員，但沒有VA活性，抗細(xì)胞增殖能力也優(yōu)于β-胡蘿卜素。番茄紅素有多種作用方式，如減少DNA損傷、清除過氧化自由基及高效猝滅單線態(tài)氧、抑制細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞分化、增加免疫力、阻斷亞硝胺形成及對(duì)細(xì)胞間隙連接通訊的影響，通過以上形式起到降低癌癥、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病發(fā)病率的作用[2]。除此之外，番茄紅素還具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能，保護(hù)心血管，延緩衰老，影響人類生殖功能，保護(hù)皮膚，抗運(yùn)動(dòng)疲勞等多種生理功能。番茄紅素性質(zhì)不穩(wěn)定，具有多種同分異構(gòu)體。膳食中的番茄紅素大部分為全反式結(jié)構(gòu)，而人體組織中大部分為順式構(gòu)型，而且體內(nèi)番茄紅素順式構(gòu)型所占比例恒定，不隨食物中番茄紅素構(gòu)型的差異而改變[3]。長時(shí)間加熱或紫外線照射可使其異構(gòu)化，產(chǎn)生部分順式構(gòu)型，從而影響番茄紅素的物理化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)功能。本文主要對(duì)番茄紅素的理化性質(zhì)、體內(nèi)代謝、順反異構(gòu)化以及生物利用率進(jìn)行綜述。

1　番茄紅素的結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)

番茄紅素的純品為針狀深紅色晶體，分子式為C40H56。番茄紅素的分子由多聚烯鏈構(gòu)成，含11個(gè)共軛雙鍵和2個(gè)非共軛雙鍵，為開環(huán)結(jié)構(gòu)，長鏈狀結(jié)構(gòu)使番茄紅素易于形成不同的同分異構(gòu)體，并可能擁有不同的生物學(xué)作用，其分子結(jié)構(gòu)見圖1[4]。

番茄紅素這種長鏈多共軛雙鍵多不飽和烯烴分子結(jié)構(gòu)，富含電子，故易受親電子劑的攻擊。這導(dǎo)致番茄紅素性質(zhì)不穩(wěn)定，易發(fā)生順反異構(gòu)化和氧化降解，但這也是番茄紅素抗氧化并發(fā)揮生理功能的基礎(chǔ)。1941年Zechmeister等認(rèn)為，番茄紅素由于主鏈含11個(gè)碳碳雙鍵，構(gòu)型多變，理論上應(yīng)有兩百或兩千多種順-反異構(gòu)體，然而事實(shí)上存在可能性較大的番茄紅素異構(gòu)體約有72種。這是由于空間障礙，番茄紅素分子中只有少數(shù)基團(tuán)能參與異構(gòu)[5]。研究表明，在天然植物中存在的絕大部分是反式異構(gòu)體的番茄紅素。但在動(dòng)物和人體組織中，順式異構(gòu)體比例增加，反式異構(gòu)體比例減小，如人體血液中順式異構(gòu)體總含量達(dá)60%以上，前列腺中更是高達(dá)80%[6]。

番茄紅素在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為暗紅色粉末或油狀液體，不溶于水，難溶于甲醇、乙醇等極性有機(jī)溶劑，可溶于石油醚、己烷、乙醚、丙酮，易溶于二氯化碳、苯、氯仿、油脂等，番茄紅素油溶液呈黃橙色。因番茄紅素為脂肪烴，在推廣應(yīng)用過程中遇到了很多阻礙。

番茄紅素作為平面共軛不飽和烯烴，化學(xué)性質(zhì)十分不穩(wěn)定，易受氧化、溫度及紫外線的影響而迅速氧化分解，發(fā)生構(gòu)型改變，從反式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖浇Y(jié)構(gòu)。當(dāng)番茄紅素分子從反式構(gòu)型變?yōu)轫樖綐?gòu)型時(shí)，其熔點(diǎn)降低，顏色變淺。番茄和番茄制品中的番茄紅素則相對(duì)較穩(wěn)定，不易發(fā)生構(gòu)型變化，而高純度番茄紅素易被氧化破壞。酸、金屬離子、氧、光、氧化劑、抗氧化劑等都會(huì)影響番茄紅素穩(wěn)定性的因素。番茄紅素耐堿不耐酸，具有良好的熱穩(wěn)定性，不耐Fe3+和Cu2+等離子，能耐Ca2+、Mg2+、K+、Fe2+等離子。

圖1　番茄紅素分子結(jié)構(gòu)Fig.1　Molecular structure of lycopene

2　番茄紅素的來源與提取

番茄紅素廣泛分布于多種蔬菜水果中，如番茄、西瓜、南瓜、李、柿、胡椒果、桃、芒果、木瓜、番石榴、葡萄、葡萄袖、柑橘等的果實(shí)和茶葉及蘿卜、胡蘿卜、蕪菁甘藍(lán)等，猶以番茄中含量最高。此外，有的微生物，如紅色細(xì)菌，也產(chǎn)番茄紅素。番茄中番茄紅素的含量隨品種和成熟度的不同而有很大差異。一般說來，加工用番茄中番茄紅素的含量比生番茄中的含量高2倍，番茄紅素的含量跟成熟度呈正相關(guān)關(guān)系，成熟度越高，番茄紅素含量越高。不同來源的番茄紅素生物利用率會(huì)有很大不同。

番茄紅素是脂溶性物質(zhì)，提取工藝多種多樣，如可采用有機(jī)溶劑提取法、超臨界CO2萃取法、微波輻射萃取、化學(xué)合成、酶法、微生物發(fā)酵法及直接粉碎法等提取工藝進(jìn)行制備[7]。番茄紅素具有脂溶性性質(zhì)，可直接用有機(jī)溶劑浸提原料，提取液經(jīng)過慮、濃縮等步驟得到粗品，此為有機(jī)溶液提取法。不同溶劑可能對(duì)番茄紅素的提取率及穩(wěn)定性有影響。超臨界CO2萃取技術(shù)是食品工業(yè)的一項(xiàng)萃取、分離和純化技術(shù)。它利用超臨界流體做萃取劑，從液體或固體物料中萃取、分離和純化物料?？捎糜谔崛⌒迈r番茄的番茄紅素。微波輻射萃取與超臨界CO2萃取相比，成本低，投資少，提取效率高，但僅用于實(shí)驗(yàn)室操作。除了從番茄中提取番茄紅素外，還可以采用藻類和真菌及酵母發(fā)酵生產(chǎn)番茄紅素，紅色細(xì)菌含番茄紅素較高。

番茄紅素來源的廣泛及提取工藝的進(jìn)步都未番茄紅素的推廣運(yùn)用制造了有利條件。

3　番茄紅素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、分布、代謝

人體不能自身合成番茄紅素，必須從食物中補(bǔ)充。番茄紅素在體內(nèi)吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)過程如下：番茄紅素進(jìn)入腸道后經(jīng)過小腸黏膜細(xì)胞摻入到乳糜微粒中，通過主動(dòng)擴(kuò)散由淋巴管進(jìn)入血液，在血漿中以血清中的低密度脂蛋白（LDL）和極低密度脂蛋白（VLDL）為載體轉(zhuǎn)運(yùn)。然后經(jīng)門脈系統(tǒng)被轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟貯存。當(dāng)需要時(shí)，番茄紅素可從肝臟中調(diào)出，再經(jīng)血清運(yùn)輸至靶器官[8]。番茄紅素的吸收過程中有LDL受體的參與，因?yàn)楦闻K、腎上腺、睪丸的LDL受體活性高，所以這幾個(gè)組織中的番茄紅素含量也高。血漿中的番茄紅素大部分由低密度脂蛋白為載體轉(zhuǎn)運(yùn)，膽汁酸鹽的存在可使其提高吸收效率。這可能是因?yàn)轫樖疆悩?gòu)體易溶于膽汁酸微團(tuán)，優(yōu)先滲入乳糜微粒而造成的。番茄紅素的毒性研究表明，服用番茄紅素發(fā)生不良反應(yīng)很罕見且與劑量沒有直接關(guān)系。

與其他類胡蘿卜素相比，番茄紅素在體內(nèi)的半衰期較短。正常飲食的平常人血漿中番茄紅素的半衰期約為12 d～33 d。給予受試者微量14C標(biāo)注番茄紅素后，番茄紅素在血漿中的達(dá)峰時(shí)間為6 h，半衰期為5 d，在皮膚殘留時(shí)間長達(dá)42 d，可在體內(nèi)檢測出5-，9-，13-，15-順式番茄紅素，證實(shí)了番茄紅素在體內(nèi)發(fā)生廣泛異構(gòu)化。番茄紅素可以在體內(nèi)經(jīng)β-氧化生成二氧化碳，代謝生成的極性產(chǎn)物則通過尿液排出。肝臟是累積番茄紅素的主要器官[9]。未被人體吸收的番茄紅素主要通過糞便排泄[10]。女性體內(nèi)番茄紅素含量比男性更高，老年人體內(nèi)蕃茄紅素的含量水平較低，說明激素及年齡都是影響番茄紅素代謝的因素。番茄紅素可分布在人體的多種組織中，血液、腎上腺、前列腺等器官中含量較高。人體部分組織和器官中番茄紅素的分布見表1[11]。

表1　人體部分器官和組織中番茄紅素的含量Table 1　The content of lycopene in human organs and tissues

2015年以前的研究表明我們對(duì)體內(nèi)番茄紅素的代謝產(chǎn)物還了解不夠多。在人的皮膚、血清及乳汁中檢測到2種番茄紅素的氧化代謝物，即5，6-二羥基-5，6二氫番茄紅素及1，5-二羥基-2，6-環(huán)氧番茄紅素。番茄紅素在體內(nèi)的代謝可能首先氧化生成環(huán)氧化物，然后再被還原，生成5，6-二羥基-5，6-二氫番茄紅素[12-13]。

4　番茄紅素順反異構(gòu)體吸收比較

番茄紅素分子中有11個(gè)碳-碳雙鍵，為長鏈構(gòu)型，因此存在多種異構(gòu)體。番茄紅素的順式與反式異構(gòu)體的性質(zhì)有很大不同，主要表現(xiàn)在呈色能力、熔點(diǎn)、摩爾吸光系數(shù)、溶解性、極性、最大吸收波長和生物活性等方面[14]。

相關(guān)研究表明，大部分反式構(gòu)型的番茄紅素在胃腸道變構(gòu)為順式構(gòu)型。給予雪貂番茄紅素后，腸道內(nèi)順式異構(gòu)體增加，說明酸跟番茄紅素的順反異構(gòu)化相關(guān)。反式構(gòu)型的番茄紅素在體內(nèi)更容易沉淀形成晶體，影響其吸收。說明順式異構(gòu)體可以優(yōu)先被胃腸道吸收。番茄紅素被胃腸道吸收后也可能在體內(nèi)發(fā)生廣泛的異構(gòu)化。順式異構(gòu)體更容易被吸收的機(jī)制尚未完全研究清楚，可能是因?yàn)殚L鏈變短更容易進(jìn)入細(xì)胞被吸收。反式結(jié)構(gòu)番茄紅素則會(huì)在腸道內(nèi)形成膠束影響其吸收。影響番茄紅素吸收的其他因素還有很多，食物中的蛋白質(zhì)-胡蘿卜素復(fù)合物、結(jié)合膽固醇和樹脂、大量的可溶性膳食纖維（如果膠），患腸道疾病，以及缺乏鐵、鋅和蛋白質(zhì)等都可能干擾番茄紅素的吸收[15-17]。熱加工可將部分天然番茄紅素的反式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖浇Y(jié)構(gòu)，但加熱僅使少部分番茄紅素發(fā)生順反異構(gòu)變化，番茄紅素的順反異構(gòu)化主要是通過體內(nèi)生理過程發(fā)生的。且食物基質(zhì)中脂類可促進(jìn)番茄紅素的釋放，加入油脂熱處理后的番茄紅素比未加工的番茄紅素更易吸收[15]。這是因?yàn)榧訜崾狗鸭t素與組織基質(zhì)間的結(jié)合力減弱，有助于番茄紅素溶出，脂質(zhì)增加了番茄紅素溶解率。

番茄紅素在血和組織器官中順反異構(gòu)體都存在，但血和組織中順式異構(gòu)體占了很大比例[18]。原因可能為，膳食中的順式異構(gòu)體優(yōu)先被人體吸收，其次，自然界中和番茄制品中存在的全反式構(gòu)型番茄紅素在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為順式異構(gòu)體。這說明番茄紅素在機(jī)體的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和貯存過程中會(huì)發(fā)生幾何異構(gòu)體的變化。李京等研究表明這一變化最先發(fā)生在血液中，肝組織中順式異構(gòu)體的比例也有所增加[19]。順式異構(gòu)體溶解性要好于全反式異構(gòu)體，反式異構(gòu)體在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖疆悩?gòu)體提示順式構(gòu)型番茄紅素比反式構(gòu)型的番茄紅素更易吸收。所以在生物利用率的研究中要注意番茄紅素異構(gòu)化的影響。

5　番茄紅素生物利用率的影響因素

生物利用率是指，在正常生理功能下藥物制劑進(jìn)入體循環(huán)、達(dá)到作用部位的比例。番茄紅素功能發(fā)揮主要依據(jù)是其生物利用率。Giovannucci等的研究就表明番茄紅素有抗前列腺癌作用，但番茄紅素生物利用率低的時(shí)候則不表現(xiàn)出這種作用，證明要提高番茄紅素的作用效率必先提升其生物利用率?，F(xiàn)有的研究表明，與其他類胡蘿卜素相比，番茄紅素的生物利用率較低，并且番茄紅素中的共軛雙鍵極易受光、氧、酸、熱等外界條件的影響，影響到番茄紅素產(chǎn)品的保存價(jià)值和生物利用率。了解番茄紅素的生物利用率影響因素對(duì)于增強(qiáng)番茄紅素的生理功能的發(fā)揮具有重要意義。

脂肪飲食有利于番茄紅素的吸收，范遠(yuǎn)景曾研究得出油脂有助于番茄紅素的吸收[20]。原因可能為：番茄紅素是脂溶性物質(zhì)，脂肪的存在增加了其溶解性；番茄紅素的代謝吸收過程中有膽汁酸的參與，而膽汁酸在脂肪的刺激下生成，所以跟適量脂肪一起攝入有利于番茄紅素的吸收，提高其生物利用率。國內(nèi)有番茄紅素脂質(zhì)體，番茄紅素納米脂質(zhì)體，番茄紅素微囊生物利用率的報(bào)道，而且證明了番茄紅素脂質(zhì)體和番茄紅素納米脂質(zhì)體都可以提高番茄紅素的生物利用率，這些制劑都通過改善番茄紅素的溶解性和靶向性提高了番茄紅素的生物利用率。番茄制品中的番茄紅素，如番茄泥，番茄汁的生物利用率高于生番茄。表明以不同形式攝入的番茄紅素，生物利用率不同。食物的加工方式可以影響番茄紅素的生物利用率，如Tang等進(jìn)行的一項(xiàng)人體干預(yù)試驗(yàn)顯示，試驗(yàn)4周內(nèi)受試者血漿中番茄紅素生物利用度均為番茄醬好于番茄汁，番茄汁好于番茄[21]。表明經(jīng)過加工處理的番茄制品的番茄紅素的利用率比新鮮的番茄紅素高。熱加工通過增加番茄紅素的吸收同樣起到增加生物利用率的作用。

6　小結(jié)

番茄紅素具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特征，流行病學(xué)研究、細(xì)胞培養(yǎng)跟動(dòng)物實(shí)驗(yàn)都表明番茄紅素及其代謝產(chǎn)物具有較強(qiáng)的抗氧化、抗增殖和抗腫瘤等多種生物活性。其顯著的保健和醫(yī)療功效得到研究者的重視。關(guān)于番茄紅素的功能性研究有很多，但番茄紅素在機(jī)體中的吸收、分布、排泄、代謝和生物利用率的資料非常有限。番茄紅素在體內(nèi)發(fā)生廣泛異構(gòu)化，但機(jī)制尚不明確。番茄紅素順反異構(gòu)體在生理功能上，生物利用度上存在的差異，讓我們不禁思考番茄紅素多樣的生理功能起作用的究竟是番茄紅素本身還是其體內(nèi)代謝生成的特定同分異構(gòu)體。所以，更多的體外研究有助于了解番茄紅素的生物利用率和順反異構(gòu)化現(xiàn)象。番茄紅素不同同分異構(gòu)體的生理作用及生物利用率應(yīng)當(dāng)深入研究。番茄紅素與其它因素的協(xié)同作用，及番茄紅素不同的同分異構(gòu)體如何影響生物利用率效果等方面也待進(jìn)一步研究。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.18.049

收稿日期：2015-07-03

基金項(xiàng)目：廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013B060300038)

作者簡介：利慧華（1990—），女（漢），在讀碩士，研究方向：神經(jīng)疾病。*通信作者

Research Progress on Isomerization and Bioavailibility of Lycopene

LI Hui-hua，YE Cheng，LI Li-li，BAO Bo
（Department of Pathophysiology，Guangdong Medical College，Zhanjiang 524023，Guangdong，China）

Abstract：Lycopene is a natural distribution of a wide range of fat-soluble carotenoid，in recent years，because of its advantageous physiological function aroused people's concern.Epidemiological，tissue culture and animal studies provide convincing evidence supporting the anti-oxidant capacity of lycopene and its role in reducing the risk of cardiovascular diseases，cancers and neurodegenerative diseases.Therefore，lycopene is widely used in medicines，health foods，food additives and cosmetics.Lycopene's physical chemical property，souce，extraction solution，absorption，distribution，metabolism and bioavailability in vivo are explicated in this article.

Key words：lycopene；isomerization；bioavailability；metabolism