番茄红素的功能与稳定性研究进展

苏小华， 鲍 波， 朱少平， 柴星星

广东医学院实验动物中心，广东湛江524023

番茄红素的功能与稳定性研究进展

苏小华， 鲍 波*， 朱少平， 柴星星

广东医学院实验动物中心，广东湛江524023

番茄红素具有强抗氧化能力，能有效降低癌症、心血管病等多种疾病的发病率，是目前功能食品、药品研究中的一个热点。但番茄红素稳定性差，容易发生降解和异构化，严重限制了番茄红素的研发及应用。本文综述了番茄红素的结构与功能，及其与疾病的相关性，总结了番茄红素稳定性方面的研究进展，并对解决番茄红素稳定性技术难题进行了可行性探讨。

番茄红素；功能；稳定性

番茄红素又名茄红素，色泽暗红，是成熟番茄中的主要色素。番茄红素主要存在于植物、藻类和真菌中。番茄红素最早于1873年由Hartsen等从Tamus communis L.分离得出结晶［1］；1875年，Millardet［2］将其命名为Solanorubin；1903年，Schunck［3］将其更名为lycopene且沿用至今。番茄红素属于世界卫生组织认定的A类营养素，作为食品添加剂具有营养、着色双重作用，在保健食品、医药和化妆品工业等众多领域广泛应用。

1 番茄红素的结构与理化性质

番茄红素是近年发现的一种纯天然色素，由碳、氢两种元素构成，分子式为C40H56，在自然界中主要以全反式异构体存在（图1）。其熔点为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，卤代烷烃是比较理想的溶剂，但因安全性问题不适用于功能食品和药品中番茄红素的制备［4］。由于番茄红素分子含有多个双键，因此理化性质不稳定，易发生降解或异构［5］。

2 番茄红素与疾病的相关性

番茄红素属于类胡萝卜素的一种，但没有β-胡萝卜素的芷香酮环结构，不具备维生素A原活性，但番茄红素具有许多其他生物学功能，其清除单线态氧的能力极高，抗氧化能力远远高于维生素E和β-胡萝卜素，清除过氧化辐射的能力也比叶黄素和β-胡萝卜素高很多。人类自身不能合成番茄红素，摄入富含番茄红素的食品能够预防很多疾病的发生与发展［6］，同时体内番茄红素含量过低则可能诱导多种疾病的发生［7］，表明番茄红素与许多疾病的发生发展密切相关。

图1 全反式番茄红素化学结构式Fig.1 Molecular structure of all-trans-lycopene.

2.1 番茄红素与癌症

早期研究发现，消化道癌的发生与番茄红素的摄入有关，由此广泛开展了有关番茄红素与多种癌症相关性研究。国内外大多数体内体外实验均支持番茄红素具有明显的抗癌、防癌作用［8～10］，如番茄红素的摄入可以明显降低前列腺癌的风险；无论良性乳腺癌或乳腺癌患者，其肿瘤发生均与血清和乳腺组织中的番茄红素浓度高度相关；番茄红素还能显著降低胃癌、结肠癌和直肠癌发生的风险等。

2.2 番茄红素与心血管疾病

番茄红素是一种强抗氧化剂，可以降低心血管疾病发生的风险［11］。研究发现［12］，番茄红素能有效降低家兔血清中总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）的水平，延控家兔动脉粥样硬化的发生，其效果与氟伐他汀钠用药无显著差异。Hsiao等［13］研究表明，番茄红素通过抗氧化作用，可清除体内自由基，从而抑制神经胶质细胞活性，对局部脑缺血具有保护作用，缩小脑灌注损伤的面积。Hirvonen等［14］研究发现，血清番茄红素浓度越高，则脑梗塞和脑出血的患病机率下降，二者呈负相关。Rissanen等［15］研究了影响缺血性心脏病发病的危险因素，证明血清番茄红素浓度与冠心病急性发作、缺血性中风具有相关性。Gey等［16］通过一项长达12年的随访研究显示，心血管疾病中风的发病率在低血清番茄红素、低维生素C、低维生素E的人群中升高。Rissanen等［17］对缺血性心脏病危险因素研究还证实血清低番茄红素浓度与平均颈总动脉内膜厚度相关，低血清番茄红素浓度的男性其平均颈总动脉内膜厚度明显厚于血清番茄红素高者。

2.3 番茄红素与其他疾病

另外，研究发现番茄红素具有多种生理功能，对多种疾病具有功效，目前多处于研究之中，尚无定论。如：番茄红素对CC14致慢性肝损伤具有良好的保护作用［18］；对二氧化碳激发的淋巴细胞死亡和膜损伤具有保护作用［19］；能显著改善糖尿病大鼠的认知缺陷，增加乙酞胆碱酯酶活性，并具有抗炎和抗氧化作用［20］；包括番茄红素在内的一系列抗氧化营养素的缺乏与帕金森病（PD）、血管源性痴呆、阿尔茨海默病等神经系统退行性疾病有关［21，22］，但也有研究显示内源性抗氧化剂不能降低PD等神经变性疾病的发生率，对降低PD的危险性无任何影响［23］，因此番茄红素对PD的作用还有待研究。

3 番茄红素的稳定性技术研究

番茄红素结构上为直链碳氢不饱和烯烃化合物，属脂溶性维生素，不溶于水，对环境因素敏感，容易氧化，生物利用度低，因此其研究应用受到很大的限制。国内外学者均对此进行了大量的研究，务求保持其稳定，开发出适用的提取、加工和保存技术，扩大其应用范围。

3.1 常规技术

针对番茄红素的性质特征，可采用一些常规技术保持其稳定性。如：由于番茄红素对光敏感，见光易分解，因此要置于背光环境中；番茄红素不耐高温，因此需置于低温或者常温环境中；番茄红素对部分金属离子如K＋、Na＋、Mg2＋和Zn2＋较稳定，而对Fe3＋和Cu2＋不稳定，因此需要选择适合的溶剂，并在提取和保存过程中尽量减少与含Fe3＋和Cu2＋的材料接触；对酸碱方面的报道则仍存在争议。

3.2 包埋技术

国内早期对番茄红素稳定性研究主要是运用相关技术将番茄红素处理成水溶性包合物、脂质体、微乳体系。杨坤等［24］用2-羟丙基-8-环糊精与番茄红素以摩尔比1∶4混合，制备成番茄红素-2-羟丙基-8-环糊精包合物，包合后番茄红素稳定性与溶解度均增加，在水中的溶解度增大到0.5 mg／L。最近报道，欧春凤等［25］采用经过改良的薄膜均质法制备番茄红素，建立了一种制备高包封率脂质体工艺，其最高包封率可达71.65%。闫圣坤［26］制备的水分散性番茄红素微乳饮料其番茄红素含量可达15 mg／L。

3.3 微胶囊处理技术

目前，微胶囊技术是番茄红素综合稳定性、毒副作用最好的处理方式。微胶囊技术是通过选用合适的高分子成膜材料（天然材料或合成材料均可），将液体、固体甚至是气体包覆形成微小颗粒。微胶囊的成膜材料不仅对芯材中的番茄红素有保护作用，而且具有缓释功能，延长番茄红素的作用时间。将番茄红素进行微胶囊处理可以改善其水溶性及稳定性，扩大其应用领域。国内学者孙新虎［27］采用喷雾干燥法对番茄红素进行微胶囊包埋，比较了4种不同的成膜材料进行番茄红素微胶囊处理，通过优化筛选，最终确定以明胶和蔗糖为壁材，微胶囊处理的效率和产率最高。周丹红等［28］也对番茄红素的微胶囊化进行了研究，以明胶＋β-环糊精＋蔗糖（1∶1∶1）作为复合壁材，制备出的微胶囊化产品水分较低，溶解度高，对光和热的稳定性好。毛毛等［29］以明胶和阿拉伯胶为混合壁材，用复凝聚法制备番茄红素-橄榄油微胶囊成品稳定性好，值得进一步研究开发。

3.4 纳米处理技术

纳米处理技术实质上也是微胶囊技术的延伸，包括纳米脂质体、分散体、纳米囊、纳米球、分散液等多种形式。材料经过纳米化后具有了纳米粒子的表面效应、体积效用、尺寸效应等特性，可增加相应活性，同时减小对机体的毒副作用。我国最早尝试对番茄红素进行纳米化处理的是江南大学研究团队。张必芳［30］采用薄膜-超声法制备番茄红素纳米脂质体，分布均匀、颗粒间彼此分散、独立、连续呈圆形或椭圆形微球体，初步证明了番茄红素纳米脂质体具有肝脏被动靶向性，能够提高口服番茄红素的生物利用度。孙莹等［31］采用乳化-蒸发法，选用Tween-20为乳化剂，成功制备出稳定的番茄红素纳米分散液。王璇［32］参考乳化-蒸发工艺，成功制备番茄红素纳米分散体，荷瘤小鼠抗肿瘤实验结果显示番茄红素纳米分散体对小鼠H22肝癌移植瘤具有显著的体内抗肿瘤作用，其作用机制可能与提高体内抗氧化能力、降低增殖细胞核抗原（PCNA）表达、直接损伤肿瘤细胞等有关。曹雯丽［33］利用皂化-重结晶法精制番茄红素，并在此基础上采用熔融-乳化-高压均质工艺，制备出水包油型（O／W）番茄红素纳米分散体，番茄红素的含量可达到4.770 mg／mL，在不同的光照条件下，番茄红素纳米分散体的保留率均高于番茄红素晶体，但番茄红素纳米分散体对日光及紫外光敏感。

4 展望

随着人们生活水平和健康意识的不断提高，番茄红素产品正逐渐被市场和消费者所接受，国外含番茄红素的保健食品、功能性食品和化妆品数量繁多，我国是亚洲最大的番茄生产和加工基地，是番茄制品第一大出口国，占国际贸易的30%左右，具有非常巨大的发展空间［34］。

虽然我国番茄的生产量巨大，但是我国在番茄红素的研发方面还处在初级阶段，其产业规模和应用远远滞后于国外。番茄红素稳定性研究目前已成为我国番茄红素产业发展的瓶颈。对现有技术进行筛选和改良，仍然是目前最实际的手段，如一旦水分散性番茄红素的研究突破就会极大推动番茄红素饮料市场。近年来纳米级别番茄红素的研究逐渐延伸至各个方面，并取得了很好的进展，为我国番茄红素稳定性方面的研究开辟了新的途径，也为番茄红素功能食品或药品的研发开拓了新的领域。研究如何提高番茄红素的稳定性的同时考虑增加其生物利用率、减少其毒副作用，将具有更重大的经济与现实意义。

［1］ 傅喆暾，袁杰，黄雄伟，等.番茄红素研究概况及应前景［J］.现代中药研究与实践，2007，1：58-61.

［2］ Millaydet PM A.Processing of tomatoes and solanorubin extraction［J］.Bull.Soc.Sci.Naney，1875，2（1）：21-23.

［3］ Schunck C.A different properties and carotenoid［J］.Proc.Royal Soc.London，1903，72：165-168

［4］ 姜雨，王献仁，董诗源.番茄红素的研究及应用［J］.疾病控制杂志，2008，12（1）：66-69.

［5］ 黄海珊，张恒.番茄红素的特性与功能［J］.农技服务，2011，28（12）：1768-1769.

［6］ Gibson Wood W，Eekert G P，Igbavboa U，et al..Amyloid beta-protein interactions with membranes and cholesterol：causes or casualties of Alzheimer’s disease［J］.Biochim.Biophys.Acta，2003，1610（2）：281-290.

［7］ 李春生.番茄红素的研究概况［J］.农产品加工，2009.1：71-74.

［8］ 黄萍，唐大寒.番茄红素与肿瘤及心血管疾病的研究进展［J］.实用预防医学，2009，10（16）：1672-1674.

［9］ 米志宽.番茄红素对前列腺癌细胞PC-3增殖的影响［J］.陕西医学杂志，2009，7（38）：778-782.

［10］ Yeum K J，Ahn SH，Rupp de Paiva SA，et al..Correlation between carotenoid concentrations in serum and normal breast adipose tissue of women with benign breast tumor or breast cancer［J］.J.Nutr.，1998，128（11）：1920-1926.

［11］ Koudinov A R，Koudinova N V.Cholesterol homeostasis failure as a unifying cause of synaptic degeneration［J］.J.Neurol.Sci.，2005，229-230：233-240.

［12］ 覃伟，魏来，钱妍.番茄红素对血脂及TNF-αmRNA表达的影响［J］.第四军医大学学报，2009，30（24）：2966 -2969.

［13］ Hsiao G，Fong T H，Tzu N H，et al..A potent antioxidant，lycopene，affords neuroprotection against microglia activation and focal cerebral ischemia in rats［J］.In Vivo，2004，18（3）：351-356.

［14］ Hirvonen T，Virtamo J，Korhonen P，et al..Intake of flavonoids，carotenoids，vitamins C and E，and risk of stroke inmale smokers［J］.Stroke，2000，31（10）：2301-2306.

［15］ Rissanen T，Voutilainen S，Nyyss nen K，et al..Low serum lycopene concentration isassociated with an excess incidence of acute coronary events and stroke：the Kuopio ischaemic heart disease risk factor study［J］.Br.J.Nutr.，2001，85（6）：749-754.

［16］ Gey K F，St helin H B，Eichholzer M.Poor plasma status of carotene and vitamin C is associated with highermortality from ischemic heart disease and stroke：basel prospective study［J］.Clin.Investig.，1993，71（1）：3-6.

［17］ Rissanen T，Voutilainen S，Nyyss nen K，et al..Low plasma lycopene concentration is associated with increased intimamedia thickness of the carotid artery wall［J］.Arterioscler Thromb.Vase.Biol.，2000，20（12）：2677-2681.

［18］ 扬甲平，齐宝宁.番茄红素对CC14致大鼠慢性肝损伤的保护作用［J］.现代中医药，2009，11（29）：64-66.

［19］ Cao D，Fukuchi K I，Wan H，et al..Lack of LDL receptor aggravates learning deficits and amyloid deposits in Alzheimer transgenicmice［J］.Neurobiol.Aging，2006，27（11）：1632 -1643.

［20］ Kuhad A，Sethi R，Chopra K.Lycopene attenuates diabetesassociated cognitive decline in rats［J］.Life Sci.，2008，83（3 -4）：128-134.

［21］ Kivipelto M，Helkala E L，Laakso M P，et al..Midlife vascular risk factors and Alzheimer’s disease in later life：longitudinal，population based study［J］.BMJ，2001，322：1447-1451.

［22］ Suganuma H，Hirano T，Arimoto Y，et al..Effect of tomato intake on striatal monoamine level in a mouse model of experimental Parkinson’s disease［J］. J. Nutr. Sci.Vitaminol.，2002，48（3）：251-254.

［23］ Ueda S，Sakakibara S，Nakadate K，et al..Degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra of zittermutant rat and protection by chronic intake of vitamin E［J］.Neurosci.Lett.，2005，380（3）：252-256.

［24］ 杨坤，丁霄霖.番茄红素水溶性包合物的研究［J］.食品与生物技术学报，2005，24（5）：92-101.

［25］ 欧春凤，叶盛英，张静，等.薄膜-均质法制备番茄红素脂质体的工艺研究［J］.南方农业学报，2012，43（4）：511 -514.

［26］ 闫圣坤.水分散型番茄红素微乳的制备［D］.江苏无锡：江南大学，硕士学位论文，2012.

［27］ 孙新虎.番茄红素微胶囊包埋的研究［D］.江苏无锡：江南大学，博士学位论文，2004.

［28］ 周丹红，蔡红，徐基贵.番茄红素微胶囊的制备及性质研究［J］.包装与食品机械，2008，26（5）：27-30.

［29］ 毛毛，吕文莉，虞静.番茄红素-橄榄油微囊的制备及稳定性研究［J］.研究与交流，2009，33：420-423.

［30］ 张必芳.番茄红素纳米脂质体的制备及其体内吸收、抗氧化的研究［D］.合肥：合肥工业大学，硕士学位论文，2009.

［31］ 孙莹，张胜文，张连富.番茄红素纳米分散体的制备［J］.生产与科研经验，2008 34（2）：63-67.

［32］ 王璇.番茄红素纳米分散体抗肿瘤瘤功效及机制初探［D］.江苏无锡：江南大学，硕士学位论文，2009.

［33］ 曹雯丽.番茄红素纳米分散体的制备及稳定性研究［D］.江苏无锡：江南大学，硕士学位论文，2009.

［34］ 李宁艳.新疆红色产业“钱景”红火［N］.乌鲁木齐晚报，2012-09-17.

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

广东省科技计划项目“番茄红素纳米分散体对SD大鼠帕金森病模型的治疗作用及机制研究”（KZ1002）资助。

苏小华，硕士研究生，研究方向为神经系统疾病动物模型。E-mail：xiaohuasu08＠126.com。*通讯作者：鲍波，主要从事神经系统疾病病理研究。Tel：0759-2388559；E-mail：you＿and＿me＿2008＠yeah.net