番茄红素分析方法的研究进展

摆玉芬，刘玉梅*

（新疆大学化学化工学院，新疆 乌鲁木齐 830046）

番茄红素分析方法的研究进展

摆玉芬，刘玉梅*

（新疆大学化学化工学院，新疆 乌鲁木齐 830046）

番茄红素是一种红色的、脂溶性的类胡萝卜素，广泛存在于各种蔬菜水果中。流行病学研究、组织培养及动物实验的结果均表明其具有很强的抗氧化活性，能显著地降低心血管、癌症等疾病的发病率，被广泛应用于医药、保健食品、食品添加剂、化妆品等行业。番茄红素含量的测定是评价各种番茄制品以及番茄红素为主要成分的保健品和药品质量的重要指标，也是深入研究番茄红素在人体组织和器官中的活性作用机理和代谢机制的前提。本文综述各种含番茄红素的果实、番茄制品、番茄红素提取物、食品及血清和组织中番茄红素分析方法的研究 进展。

番茄红素；分析；类胡萝卜素；光谱法；色谱法

随着人们对健康、绿色食品的不断追求，饮食习惯与人体健康之间的重要联系已被人们广泛认同。大量流行病学的研究表明，水果蔬菜中所含有的丰富的类胡萝卜素类物质，能够有效地减少或减缓诸如各种癌症、眼部疾病 等的发生和发展[1]，因而类胡萝卜素也被认为在预防人类疾病和维持人体健康状态方面起着重要的作用[2]。目前，已鉴定出的类胡萝卜素有700多种，其中含量丰富，分布广泛，且具有重要生理功能的主要为番茄红素、β-胡萝卜素、α-胡萝卜素、叶黄素等[3]。 番茄红素作为一种功能性色素，具有营养强化剂和天然色素的双重作用，广泛存在于自然界中，尤其在成熟的植物果实中含量较多，如番茄、西瓜、葡萄、胡萝卜等[4]。番茄红素还是良好的抗氧化剂及自由基清除剂，能预防前列腺癌[5]、心血管疾病[6]、骨质疏松症[7]、高血压[8]的发生、对男性不育[9]、老年痴呆[10]等也有一定的防护作用，已成为目前食品和医药领域的研究热点，在医药、功能食品、化妆品等行业得到了广泛应用[11]。

番茄及其制品（如番茄酱、番茄汁等）是人体通过饮食获得番茄红素的主要来源，此外，作为膳食补充剂，番茄红素也被制成液体、番茄红素片、番茄红素软胶囊及微胶囊等。近年来，随着人们的保健意识增强，以番茄红素为主要活性成分的保健食品逐渐受到人们的欢迎，但这些保健品质量参差不齐，严重影响了其保健功效，对番茄红素的含量测定是评价这类产品或商品质量的一个重要指标[12]。国内外很多学者对番茄红素含量的分析方法进行了广泛的研究，但由于番茄红素活性很强，且总是与其他类胡萝卜素一同存在于生物体内，结构性质也十分相似，不同的分析方法往往会得到差异很大的分析结果。因此，寻找快速有效的番茄红素的分析方法，不仅对进一步研究番茄红素的生理功能及其相关产品的品质具有重要的意义[13]，对促进我国保健品行业的良性发展也具有重要的意义。大量研究表明，番茄红素的顺式异构体比反式异构化产物具有更高的生物活性及医疗效果[14]，而在实际研究中，番茄红素的顺反异构体分离难度较大，如何采用合适的分离手段，将番茄红素分离出并准确测定一直是困扰分析人员的一大难题[15]。开发快速简便、干扰小、灵敏度高、环境友好的分析方法是未来的研究重点，也是目前的行业发展的需要。本文结合最新的研究资料对番茄红素的分析方法进行了比较与分析，旨在为各类含番茄红素的食品和保健品的研发提供一定的参考。

1 光谱法

光谱法是分析番茄酱及类似产品的主要方法，也是国内生产各种规格番茄红素提取物及番茄红素胶囊的生产厂家所普遍采用的方法，其中最主要的是紫外-可见分光光度法。

1.1 紫外-可见分光光度法（ultraviolet-visible spectroscopy，UV-Vis）

紫外-可见分光光度法操作简单，用苏丹I代替番茄红素标准品，可直接测定番茄红素的最强吸收峰来进行定量，但不能排除样品中β-胡萝卜素的干扰，导致测定结果往往比真实值高，而且分析速度慢，系统误差较大，采用紫外-可见分光光度测定食物中的番茄红素见表1。

1.2 红外光谱法（infrared spectroscopy，IR）

在现代工业生产中，质量控制与保证已越来越受到人们的重视[24]。红外光谱，尤其是近红外光谱分析技术是一种预处理简单，且不破坏样品的技术，近年来，有学者将该技术应用到番茄红素的分析检测。Clement[25]、Baranska[26]等用可见-近红外光谱法测定了新鲜番茄中番茄红素的含量及一些质量参数，发现该法能准确的预测番茄红素的含量及颜色指数。Nardo等[27]用 衰减全反射红外光谱法（atten uated total reflectance infrared spectroscopy，ATR-IR）快速测定番茄汁中的番茄红素和β-胡萝卜素的含量，其中番茄红素和β-胡萝卜素在红外光谱中的特征吸收峰分别是975、968 cm-1，测定结果与高效液相色谱法进行比较，证实多元变量分析的红外光谱数据与高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC）的测定值相关系数R2＞0.99。

1.3 拉曼光谱法

拉曼光谱是研究物质结构的强有力的工具，番茄红素链式结构中含有大量的C—C键和C＝C键，很容易引起分子极化率的变化，因此比较适合用激光拉曼光谱法进行分析检测。刘春宇等[28]选用波长为532 nm的半导体泵浦导体激发器作为激发光源，使番茄红素的拉曼光谱线从其他类胡萝卜素中分离开，很大的提高了检测的准确度和精密度。在人体的各个器官和组织中，番茄红素主要分布在血液、肝脏等器官，要想了解番茄红素与人体健康之间的关系，就需要对人体内番茄红素进行定量和定性分析。Darvin等[29]采用共振拉曼光谱法测定了人体皮肤中β-胡萝卜素和番茄红素，使用多行的Ar+激光为射线，即可获得两者清晰的拉曼光谱。拉曼光谱技术具有分析速度快，灵敏度高，无需样品预处理，不需破坏样品等优点，将在番茄红素测定方面得到更广泛的应用。

2 色谱法

色谱法是目前在番茄红素研究工作中最常采用的方法，特别是对番茄红素异构体及类胡萝卜素类的分离分析中展示出了非常强的优势。色谱法的研究和应用主要包括对色谱条件的优化、色谱柱的选择等。

2.1 高效液相色谱法

高效液相色谱法用于类胡萝卜素的分析与分离，具有良好的可靠性，常用于番茄红素等天然色素的分析及半制备。采用高效液相色谱法测定植物有效成分含量的关键是色谱条件的选择与优化，表2对主要的高效液相色谱法测定番茄红素的色谱条件及适用范围进行了归纳。

表1 番茄红素含量的测定采用紫外-可见分光光度法Table 1 Determination of lycopene by UV-vis spectrophotometry

采用HPLC法分离测定番茄红素时，固定相的选择主要有硅胶、C8、C18等，其中最多的是C18柱，与之相对应的流动相主要有两种，一类是含水反向体系（aqueous reversed-phase，ARP），另一类是无水反向体系（nonaqueous reversed-phase，NARP）[47]。其中，乙腈-水和乙酸乙酯组合，是应用最广泛的流动相组合，适合将番茄及其制品中的番茄红素与其他类胡萝卜素分离开，虽然C18柱在分离测定番茄红素含量时效果不错，但对番茄红素异构体的分离能力却有限。C30固定相是最近发展起来一种反相吸附固定相，该固定相具有许多优异的性能，对番茄红素异构体的分离效果非常好，并且能够分离一些成分复杂、结构相似的不含氧的类胡萝卜素的顺反异构体。研究表明，色谱柱选择构型的能力，与固定相的性质有关，C30烷基链的长度与类胡萝卜素分子的长度接近，使得两者的相互作用得到增强，同时增加了固定相的疏水性，提高了柱效。所以，在分离番茄红素异构体时C30柱具有明显的优势，其在番茄红素顺反异构体的的分离鉴定中有很好的应用前景。

2.2 超临界流体色谱法

超临界流体色谱法是以超临界流体作为流动相的一种色谱方法，具有分析时间短，分析速度快等优点。常用的超临界流体为二氧化碳，由于二氧化碳是非极性物质，比较适合萃取脂溶性的物质。齐国鹏等[48]研究了以二氧化碳为流动相，考察了超临界流体的压力、色谱柱温度和携带剂浓度对番茄红素分离的影响，并确定了最优分离条件，在优化条件下，番茄红素的保留时间在3 min之内，相对标准偏差＜6%，测定结果的平行性和重复性较好。刘玉梅等[49]利用超临界流体色谱法，分别测定番茄红素油树脂及番茄红素粉末中番茄红素的含量，摸索出一种新的番茄红素的测定方法，该法可以作为番茄红素标准品的制备方法，但其仪器设备昂贵，不利于推广。

2.3 联用技术

液相色谱法虽然具有许多优点，但是对未知复杂物质的定性困难，通常需与其他技术联用，HPLC-质谱联用技术具有很强的结构鉴定能力，能对目标化合物进行定量、定性分析，已经用于血清、番茄酱 中番茄红素含量的测定。陈冬东等[50]采用皂化、中性氧化铝净化法净化样品，有效地将番茄红素保健品中的一些杂质去除，随后用液相色谱法-串联质谱-大气压化学电离源多反应监测模式测定保健食品中的番茄红素，该法快捷、准确，可用于保健食品中番茄红素的定量检测和确证。Pól等[51]采用超临界流体萃取番茄红素，随后用HPLC进行在 线检测，用一个单一的整体柱进行分析物的捕获和分离，该法线性范围为0.1～2.5 μg，相对标准偏差为3.9%，检测时间为35 min，采用在线分析避免了番茄红素与空气和光的接触，避免了番茄红素在分析过程中的降解，分析结果更接近真实值。

3 差示扫描量热法

差示扫描量热法是一种热分析方法，是在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的功率差与温度的关系，该法常用于测定药物纯度及有机化合物分析。李伟等[52]用该技术对纯化后的番茄红素晶体进行了纯度的测定，并将测定结果与HPLC和分光光度法的结果进行对比，表明该法测定结果准确度高，分析速度快，且不需要标准品，与其他分析结果相比更为准确。尽管差示扫描量热法具有试样用量少，测定时间短，样品制备简单，不需要标准品，并且能测定物质的绝对纯度等诸多优点，但由于其要求待测试样品的纯度要高于98%，因此在相当大的程度上限制了其应用。

表2 高效液相色谱法测定番茄红素Table 2 Determination of lycopene by HPLC

表3 番茄红素分析方法的比较Table 3 Comparison of several analytical methods for lycopene

4 其他方法

近年来，已发展起来了很多新的方法，比如用色度计来检测番茄果实及制品中番茄红素的含量，采用神经元网络模型来预测番茄红素含量等。

Davis等[53]使用扫描氙气闪光灯色度计测定水果样品中番茄红素的含量，测定结果与正己烷提取/分光光度法测定对比，两者线性关系良好，该法避免了使用有毒溶剂，适用于快速测定各种食品中番茄红素的含量，但由于实验设备体积庞大，目前只限于实验室规模。Cá mara等[54]用神经元网络模型来预测番茄红素和β-胡萝卜素的含量，测定两者的标准混合液在446、502 nm波长处的吸光度，来优化基于多层感应器的神经网络，优化后的神经网络测定番茄红素和β-胡萝卜素的含量，结果与紫外线（R2＞0.99）、HPLC（R2＞0.99）进行比较，证明该法能准确预测食品中番茄红素和β-胡萝卜素的含量，这一改进，使得对其定量分析时，不必使用复杂的分析手段。Fernández-Ruiz等[55]采用径向基网络分析颜色参数，来估计番茄水果中的番茄红素含量，证实该法是一种简单、非破坏性的方法，重现性好，结果准确，对番茄产业可能是一个有用的工具。由于神经网络在系统辨识、模式识别、智能控制等领域有着广泛而诱人的前景，因此预期将在食品行业的质量与控制中发挥重要作用。

综上所述，尽管有关番茄红素分析方法的研究方面的文献很多，但目前还没有一种通用、快速、灵敏的方法，表3对文中提到的各种方法的特点进行了比较。

5 结 语

目前，番茄红素相关产品的研究开发已成为国际功能性食品和新药研究中的一个热点，在国外已有以番茄红素为主要成分的针剂类等药物100多种，主要用于预防紫外线灼伤、保护皮肤及前列腺癌的防治。我国是番茄生产大国，年产量居世界第三，其中90%的番茄产于新疆。新疆由于日夜温差大，日照时间长，降雨量少，有利于番茄的生长，生产的番茄酱营养丰富，具有独特的地理优势。作为新疆的三大红色产业之一，新疆的番茄酱、番茄红素提取物及相关产品无论产量还是质量均居全国首位，但由于传统提取及检测技术的不足，对该行业的良性发展缺乏推动力和合理的评价体系。寻找快速简便、准确度高、环境友好的分析方法，特别是能够实现在线检测的分析方法是加快番茄红色产业发展的保障，也是深入研究番茄红素生物活性、代谢机制、功能及安全性 评价的前提。

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Research Advances in Analytical Methods for Lycopene

BAI Yu-fen, LIU Yu-mei*
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Xinjiang University, Ürümqi 830046, China)

Lycopene, a red, fat-soluble carotenoid, is widely distributed in a variety of fruits and vegetables. 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 and cancers. Therefore, lycopene is widely used in medicines, health foods, food additives and cosmetics. Lycopene is an important indicator in the evaluation of the quality of a variety tomatoes, tomato products, health care products and medicines. Meanwhile, determination of lycopene will be essential prerequisite to further study the mechanisms of action and metabolism of lycopene in human tissues and organs. In this paper, we review the recent progress in the determination of lycopene in a variety of fruits, tomato products, lycopene extracts, lycopene-c ontaining foods serum and tissues.

lycopene; analysis; carotenoid; spectroscopy; chromatog raphy

TS201.6

A

1002-6630（2014）03-0264-05

10.7506/spkx1002-6630-201403052

2013-01-29

新疆维吾尔自治区高新技术研究发展项目（200915125）

摆玉芬（1988—），女，硕士研究生，主要从事番茄红素稳定性研究。E-mail：shjbyf@163.com

*通信作者：刘玉梅（1965—），女，教授 级高级工程师，博士，主要从事食品功能因子研究。E-mail：xjdxlym@163.com