β-胡萝卜素在高原功能食品中的应用

刘冬松，邵剑钢，韩培涛，李晓莉，*

（1.66325部队保障部，北京102205；2.军事经济学院，湖北武汉430035）

β-胡萝卜素在高原功能食品中的应用

刘冬松1，邵剑钢2，韩培涛2，李晓莉2，*

（1.66325部队保障部，北京102205；2.军事经济学院，湖北武汉430035）

β-胡萝卜素是一种重要的天然色素，具有增色和营养补充双重功能，在食品工业、动物饲料行业、医药、保健品和化妆品等行业被广泛应用。对β-胡萝卜素的生物功能做了简要概述，在此基础上，对其在高原功能食品中的应用展开了论述，并展望了其应用前景和发展趋势。

β-胡萝卜素；高原功能食品；耐缺氧；光保护

高原地区在我军防御作战中有着重要的战略地位，海拔高、气候寒冷以及氧分压低等特殊的自然环境条件对初到高原人群造成的高原反应严重影响部队的战斗力，为适应“能打仗，打胜仗”的要求，功能食品的开发成为军用食品科研领域研究的焦点，在研究的过程中，发现β-胡萝卜素可作为功能因子添加到高原功能食品中。本文以β-胡萝卜素的生理功能为基础，主要阐述了β-胡萝卜素在高原功能食品中的应用，为高原功能食品的进一步研究提供参考。

1　β-胡萝卜素概述

β-胡萝卜素（β-carotene）是自然界中普遍存在的并且是最稳定的天然色素，呈橘黄色，有光泽的斜方六面体或结晶粉末，熔点176℃～184℃，轻微异臭或异味，遇光、氧气和热不稳定，在弱碱条件下较稳定，主要来源是绿叶植物和黄色、橘黄色的水果等天然的食物。

随着对β-胡萝卜素的研究逐渐增多，人们对其生物功能的认识日渐明朗。β-胡萝卜素是类胡萝卜素的一种，而类胡萝卜素由于其特殊的共轭结构使之具有良好的抗氧化能力［1-3］，是一种良好的自由基猝灭剂，具有解毒作用。β-胡萝卜素是转化成维生素A的前体物质［4］，在一定的条件下β-胡萝卜素在人体内可以转化为维生素A，是维护人体健康不可缺少的营养素，同时可以调节机体的免疫系统，具有一定的抗辐射损伤作用［1，3］。此外，β-胡萝卜素还具有光保护［2］、预防眼疾、心血管疾病、白内障，防止老化和衰老引起的多种退化性疾病，以及促进儿童生长发育，美容等一系列重要作用［4］。目前β-胡萝卜素主要以胶囊和胶状物的形式作为营养增补剂和着色剂广泛应用于食品、保健品和药品等领域，是良好的着色剂和营养增补物质［5］。

2　β-胡萝卜素在高原功能食品中的应用

β-胡萝卜素是一种较为安全稳定的天然食用色素，是A类优秀和有营养的食品添加剂，被联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会推荐。然而由于仅适合油性产品及蛋白质性产品的开发，β-胡萝卜素的应用范围收到了限制。近年来随着科技的迅速发展，利用现代高新技术处理，例如微胶囊技术等，可将β-胡萝卜素转化为水溶性色素，使其应用范围得到了扩展，在食品工业已被广泛应用于食品添加剂和食品的营养强化。

我国地域辽阔，3000米以上的高原地区约占全国面积的六分之一，是我国主要的防御要点，然而高原高寒、缺氧、紫外线照射强烈等特殊的地理环境给部队执行任务带来了很大的障碍，如何从饮食方面保障部队官兵的健康一直是军需装备研究领域的重点。根据β-胡萝卜素的生理功能，目前主要作为食品添加剂和营养增补剂应用于食品工业上，但在军用食品应用上仍是空白，建议将其应用于高原功能食品中，用来丰富军用食品品种系列，满足高原部队平时和战时特殊的营养需要。

2.1耐缺氧

课题组在密闭缺氧实验中用40只健康雄性昆明小鼠（18 g～22 g）为研究对象，将小鼠随机分为四组（蒸馏水组，低剂量组，中剂量组，高剂量组），对实验小鼠灌胃一周后，进行密闭缺氧实验［6］。结果发现，β-胡萝卜素可明显提高小鼠在密闭缺氧状态下的存活时间，证明了β-胡萝卜素具有耐缺氧作用，对于耐缺氧作用的具体机理还有待进一步研究。此外还有其他相关研究证实，β-胡萝卜素有改善和强化呼吸道系统功能。

高原地区海拔高，气候寒冷，氧分压低，长期生活在高原环境中的官兵对耐缺氧食品有着特殊的需求。以β-胡萝卜素的生物功能为基础，将β-胡萝卜素直接添加或通过微胶囊技术等现代高新技术处理后形成水溶性的物质后，以功能因子的形式添加到功能食品中，使官兵补充到充足的β-胡萝卜素，对提高官兵的高原适应能力，维持良好的健康水平和保障战斗力的发挥有着重要作用。具体来说，主要有两种实现方式：一是作为营养成分在加工过程中加入到饮料、压缩干粮、自加热食品等中，丰富现有功能食品的营养。二是开发研制新型的满足部队实际需要的高原功能食品（如高原功能性饼干）。

2.2光保护

高原空气稀薄，空气中尘埃和水蒸气的含量少，大气透明度高，随着海拔的升高太阳光透过率逐渐增加，强紫外线和太阳辐射主要影响暴露的皮肤，晒斑、水肿、色素沉着、皮肤增厚及皱纹增多等皮肤疾病在高原环境极为多见；眼睛也容易发生急性损伤，主要引起急性角膜炎、白内障、视力障碍及雪盲症，对人体造成了严重损伤。

有研究表明［4］服用高剂量的β-胡萝卜素会减少人们对太阳的敏感度，对长期生活在高原被太阳光直射而引起皮肤疾病的人员，有针对性地补充β-胡萝卜素对其症状有明显的改善效果。中国人民解放军长期驻守在高原地区的官兵面临太阳辐射的威胁，皮肤均有不同程度的受损，因此可考虑将β-胡萝卜素加入到高原功能食品中，使官兵通过饮食在获得营养成分的同时也能得到治疗。另外，天然β-胡萝卜素还可以添加在日用化妆品（唇膏，胭脂）中，配合提取物中的残留成分（氨基酸、维生素、微量元素和其他生物活性物质），能保持皮肤色泽圆润自然，发挥一定的保护作用。应该注意的是，β-胡萝卜素有助于保护皮肤敏感人士免受日光的伤害，但是它没有防晒的效果。

2.3增强免疫力

高原缺氧环境对人体免疫细胞有较大影响，导致驻高原地区官兵免疫机能大大降低，众所周知，免疫功能对疾病的发生发展有着重要的影响，免疫功能下降损害人员健康，影响部队战斗力。大量文献报道［7-10］，β-胡萝卜素作为类胡萝卜素的一种，能增加免疫系统中B细胞的活力、嗜中性白血球的数目和自然杀伤细胞的数目，使机体的免疫功能大大增强。此外，β-胡萝卜素在人体内还能转化为维生素A，具有维生素A的生理活性，而维生素A能促进免疫球蛋白的合成，对机体免疫功能有着重要的影响，缺乏时，细胞免疫呈现下降趋势。将β-胡萝卜素应用在高原食品中供高原官兵长期食用，可有效提高高原官兵的免疫力，对维持体质有重要作用。

2.4抗辐射

辐射对生物机体的损伤包括造血功能损伤、细胞DNA损伤及生物膜损伤等方面，电离辐射产生的大量自由基会破坏机体的抗氧化体系的平衡，引起细胞代谢障碍，对机体造成损伤。文献显示［4，11］，β-胡萝卜素是强有力的抗氧化剂，具有清除自由基的能力，对防治癌症有明显疗效，能改善辐照动物DNA的损伤［12］，降低辐照动物慢性期的死亡率，增加辐照动物全血中超氧化物歧化酶的活力，对胸腺、睾丸等组织结构的损伤具有一定的保护作用［13］。

长期面临太阳强紫外线辐射的高原官兵、雷达部队人员及核研究工作人员，由于职业岗位原因，受辐射损害几率较大，长期食用含β-胡萝卜素的功能食品能减少人体受辐射和超量紫外线照射的损害，对保证特殊岗位职业官兵健康和维持战斗力的发挥有着重要意义。

3　β-胡萝卜素在高原功能食品中的应用展望

近年来β-胡萝卜素在食品工业、动物饲料行业、医药、保健品和化妆品等行业已被广泛应用。随着生活水平的提高，人们健康意识逐渐提升，对像β-胡萝卜素这样安全无毒又具有营养功能的天然色素越来越受人们重视，由于其取材和生物功能的优越性，使其具有巨大的应用发展潜力。β-胡萝卜素来源广，易获得，具有着色和营养补充双重能，在食品中的应用量增加；在医药方面，β-胡萝卜素具有预防癌症，提高免疫力，预防心血管疾病等功能，促进了β-胡萝卜素的快速发展。这些也给部队功能食品研究领域提供了新思路。

在原料获取上，目前市场上主要存在两种形式的β-胡萝卜素：合成β-胡萝卜素和天然β-胡萝卜素。β-胡萝卜素的生产方法有植物提取法、生物发酵法和化学合成法三种［2，14-15］。提取方法主要有有机溶剂提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法、超临界流体萃取法和酶反应法等［16］。植物提取和生物发酵法生产的β-胡萝卜素为天然产品，含有各类胡萝卜素和增效因子，人体吸收好，营养成分高，无毒副作用。化学合成法生产的β-胡萝卜素为合成产品，可能含有纯化过程的残留物，人体过多摄入会造成中毒［17］。因此，应用于高原功能食品的β-胡萝卜素主要应以天然产品为主，但成本较高，可以通过扩大生产规模的方式来弥补这一缺点。

将来，欲促进β-胡萝卜素的应用发展，尤其在推进高原功能食品中的应用中，研究人员需在机理研究、原料获取、生产方法和提取方法及基因工程改造和检测方法等诸多方面开展研究，在生产、加工、制作、储存和处理过程中探究和引入先进技术和先进工艺，提高天然β-胡萝卜素的产率、保存率和纯度，促进其在社会食品工业和军队高原功能食品中的应用。应注意的是，在开发新市场拓展新领域的过程中，要注重β-胡萝卜素的应用安全性评价，因为β-胡萝卜素也有一定的局限，过量食用会使皮肤色素变成橙黄色；忌与酒精同食，否则易在肝脏中程产生毒素，所以在添加到食品中时应严格依照推荐剂量，不得随意超量使用。

对β-胡萝卜素的应用研究，部队需借鉴地方经验，充分利用地方资源，走军民融合式发展路子，使我军功能性军用食品又好又快发展。

［1］任延利，齐德生.β-胡萝卜素的生理功能及在动物生产中的应用［J］.兽药与饲料添加剂，2007，12（5）：26-28

［2］蔡朝容.国内β-胡萝卜素研究文献的情报分析［J］.柳州职业技术学院学报，2004，4（4）：111-113

［3］熊正英，周宏.类胡萝卜素/β-胡萝卜素与运动能力的关系［J］.青海师范大学学报，2003（1）：68-71

［4］孙玉敬，乔丽萍，钟烈洲，等.类胡萝卜素生物活性的研究进展［J］.中国食品学报，2012，12（1）：160-166

［5］田珍姣，宋光森，雷达，等.β-胡萝卜素的生产和应用前景［J］.中国油脂，1995，20（5）：50-52

［6］刘冬松.β-胡萝卜素在高原功能食品中的应用研究［D］.武汉：军事经济学院，2012

［7］Sakaki Keiji.Solubility of β-carotene in dense CO2 from 308 to 323 K and from 9.6 to 30 MPa［J］.Chem Eng.Date，1992，37（2）：249-251

［8］Siong Tee.Carotenoids and Retinoids in Human Nutrition.Critieal Rev［J］.Food Sci.Nut，1992，31：103-16

［9］Bendich.A.Beta-carotene and the immune response［J］.Pro Nut Soc，1991，50：263-274

［10］Fryburg DA，Mark RJ，Griffith BP.The effect of supplemental betacarotene on immunlogic indices in Patients With AIDS：A Pilot Study［J］.Yale J Biol Med，1995，68（1/2）：19-23

［11］赵文恩，韩雅珊，乔旭光.类胡萝卜素清除活性氧自由基机理［J］.化学通报，1999，50：25-27

［12］申慧琴，高应.β-胡萝卜素对丝裂霉素C诱导的小鼠DNA损伤的保护作用［J］.癌变·畸变·突变，2002，14（1）：13-15

［13］蒋滢，黄美英.β-胡萝卜素抗辐射效应的研究［J］.全国食品添加剂通讯，1992（3）：59-62

［14］朱秀灵，车振明，徐伟，等.β-胡萝卜素生理功能及提取技术的研究进展［J］.西华大学学报，2005，24（1）：71-76

［15］李飒英.β-胡萝卜素的研究现状和应用前景［J］.经营管理者，2010（13）：217

［16］刘鸿岩，辛乃宏.β-胡萝卜素的的研究进展［J］.烟业与化工，2013，42（1）：18-20

［17］刘家永，吴鸣建，沈国鹏，等.天然β-胡萝卜素的研究［J］.郑州工业大学学报，1999，20（4）：59-61

Application of β-carotene in Plateau Military Functional Food

LIU Dong-song1，SHAO Jian-gang2，HAN Pei-tao2，LI Xiao-li2，*
（1.Army 66325 Support Department，Beijing 102205，China；2.Military Economy Academy，Wuhan 430035，Hubei，China）

β-carotene is a kind of important natural pigment，it has a double function of color adding and nutrition supplements，and it also has been widely used in the area of food industry，animal forage industry，medicine，Health-Care products，cosmetic industry and so on.This paper summarizes the biological function of β-carotene briefly.On this basis，the paper discusses the application of β-carotene in the plateau functional foods，and then provides an outlook of its application prospect and development trend.

β-carotene；plateau military functional food；anti-anoxia；photoprotection

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.13.039

2014-06-17

刘冬松（1989—），男（汉），助理员，本科，军需勤务指挥专业。

李晓莉，教授，博士生导师。