番茄红素的性质及生理功能研究进展.

第26卷第2期成坚等:番茄红素的性质及生理功能研究进展75*番茄红素的性质及生理功能研究进展成坚曾庆孝(仲恺农业技术学院食品科学系,广州,510225) (华南理工大学食品与生物工程学院,广州,510641)摘要大量的流行病学证据表明,番茄红素在预防人类某些癌症和慢性病的发生方面起着重要的作用,是目前国际上功能性食品成分研究中的一个热点。

本文介绍了目前国际上对番茄红素的结构、性质和生理功能等方面的研究进展情况。

关键词番茄红素性质生理功能番茄红素是类胡萝卜素的一种,过去人们一直认为,只有那些能转化为维生素A的类胡萝卜素,如胡萝卜素、胡萝卜素等才与人类的营养和健康有关。

由于番茄红素没有维生素A的生理活性,所以其作用一直未引起人们的重视。

但最近几年的研究发现,番茄红素具有比其它类胡萝卜素更为优越的性能,如其抗氧化性能在类胡萝卜素中最强,清除单线态氧的能力是目前常用的抗氧化剂维生素E的100倍、胡萝卜素的2倍多[1]。

流行病学方面的资料也显示,人体内番茄红素含量过低与某些慢性病和癌症如前列腺癌、子宫癌、动脉硬化等的发生有关,还与人的寿命有关[2]。

番茄红素是目前国际上功能性食品成分研究中的一个热点,我国在这方面的研究还处于起步阶段,积累的资料也很少。

本文介绍了目前国际上对番茄红素的结构、性质和生理功能等方面的研究进展情况。

多不饱和脂肪烃。

1941年Zechmeister等提出,作为主链含11个碳碳双键的多不饱和脂肪烃,理论上应有211或2048种立体(顺反)异构体,但由于空间障碍,番茄红素分子中只有少数基团能参与异构,存在可能性较大的番茄红素异构体约有72种[2]。

图1所示为番茄红素的主要异构体的结构。

天然植物1 番茄红素的性质1.1 番茄红素的分子结构1910年Willstaller和Escher在对番茄红素的研究中指出,番茄红素是胡萝卜素的异构体,并首次确定了其分子式为C40H56[2]。

1930年Karrer等提出,番茄红素的化学结构式为含有11个碳碳双键的非环状平面共轭*第一作者:学士,讲师。

收稿时间:1999-08-11,改回时间:1999-09-20图1 番茄红素的一些主要立体异构体[2] 76食品与发酵工业 FoodandFermentationIndustries Vol 26 No 2中的番茄红素绝大部分为热力学较稳定的反构番茄红素,而人体中顺构番茄红素的比例却高得多[2]。

1.2 番茄红素的性质1.2.1 物理性质作为脂肪烃,番茄红素不溶于水,难溶于甲醇等极性有机溶剂,可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮,易溶于氯仿、二硫化碳、苯、油脂等[3],色泽为红色。

在472nm处有一强吸收峰[4],如图2所示。

当分子从反构变为顺构时,颜色变浅,熔点降低,消光系数减小,吸收峰发生偏移[2]。

的过程。

但另外一些学者却有不同的看法,认为胡萝卜素、胡萝卜素、番茄红素等类胡萝卜素有较强的热稳定性。

Nguyen和Schwartz认为,人体中较高的顺构番茄红素含量与是否食用热处理过的食物无关;Nguyen和Schwartz等人也认为,加工过程中的热处理对番茄制品中的番茄红素含量没有很大的影响[10]。

由于番茄红素从反式结构转变为顺式结构时光密度会降低,异构对番茄红素的总量并没有影响,而目前的一般测定方法还很难区分化学分解和立体异构所引起的差异,加上番茄红素含量的变化受很多因素影[2]响,所以,上述研究结果上的差异尚难进行统一。

Simpson等发现,存在于番茄和番茄制品中的番茄红素比较稳定,而离体番茄红素的稳定性较差,可能是由于分离出来的番茄红素失去了细胞成分如水的保护作用的缘故;抽真空和充氮包装可以降低氧化的程度;在分离提取过程中添加抗氧化剂如BHT也可以减少氧化和异构化[2]。

[9,10]2 番茄红素在自然界中的分布图2 番茄红素的吸收光谱图[5]1.2.2 化学性质作为平面共轭多不饱和烯烃,番茄红素易被氧化分解和从反构向顺构的转变。

在提取分离、加工处理和保藏过程中,光、热、酸、碱及表面活性剂等可促进这些变化。

Sharma和Maguer认为,番茄红素的分解反应是假一级反应[6][5],说明番茄红素的分解受多种因素的影响。

Schierle和Stahl等的研究报告指出,热处理可使番茄汁中的顺构番茄红素显著增加[7]。

Stahl和Sies等还发现[8],加热处理可以提高番茄汁中番茄红素被人体的吸收率。

由于存在于人体中的顺构番茄红素的比例要比番茄及其制品中的高得多,因此,有学者认为,食品加工过程中的热处理可提2.1 在植物中的分布番茄红素广泛分布于各种植物中,成熟的红色植物果实中含量较高。

其中番茄、胡萝卜、西瓜、红色葡萄柚等的果实和红色棕榈油中存在较多的番茄红素,含量最高的是番茄的果实,可达3~14mg/100g,且成熟度愈高,番茄红素的含量愈多。

在植物中,番茄红素主要存在于植物细胞的有色体中。

在番茄果实中,番茄红素主要分布在番茄果皮的外表层中。

在天然植物中存在的绝大部分是反构式(如图1中构型A)番茄红素[2]。

如番茄及其制品中95%的番茄红素为全反式构型。

2.2 在人体中的分布番茄红素也广泛存在于人体的各种器官和组织中。

主要分布在人的血液、肾上腺、肝脏、睾丸、前列腺、乳腺、卵巢、子宫、消化道等器官中,其中血液、肾上腺、睾丸、肝脏等含有[2]第26卷第2期成坚等:番茄红素的性质及生理功能研究进展77nmol/g含量 1.300.315.720.2821.36官和组织中番茄红素的含量。

番茄红素在人体中以顺构形式存在的比例较高,如图1中B、C、E、G构型的番茄红素差不多占人血浆中番茄红素的一半。

图3为番茄、番茄汁、人血浆和前列腺样品中各种构型的番茄红素的色谱图。

表1 人体的一些组织中番茄红素的含量[2]组织肾上腺乳房肾肺皮肤含量 21.600.780.620.570.42组织脂肪结肠肝脏卵巢睾丸图3 不同样品中番茄红素的典型色谱图[2]3 番茄红素的生理功能3.1 番茄红素的生理功能研究进展1974年Bjelke等开始注意到,吃番茄可以减少宫颈癌、结肠癌、食道癌、直肠癌和胃癌等的发生;1985年Colditz等人认为,吃番茄与美国的老年癌症患者的各种癌症死亡率降低有关;1989年Mascio等[1]发现,包括胡萝卜素在内的所有类胡萝卜素中,番茄红素猝灭单线态氧的效率最高。

表2所示为番茄红素和其它一些抗氧化剂猝灭单线态氧的速率常数。

Wang和Countryman等通过研究发现,在体外,番茄红素与胡萝卜素能在细(HL-60)的增殖[3];Mories等也发现,胰腺癌、膀胱癌患者中相应器官中的番茄红素含量较低[3];1991年Campbell等又发现,肝癌患者的肝脏中番茄红素含量也较低;1994年Franceschi等对3000多名消化道癌症患者进行了为期7a的研究后发现,消化道癌症的发生也与番茄红素的摄入有关[11];Levin等经过研究以后也发现,由胰岛素生长因子引起的癌细胞增殖可被番茄红素抑制[3];1995年Giovannucci等对47894名男性进行了题为各种类胡萝卜素、视黄醇和果蔬的摄取与前列腺癌发生的关系研究后指出,食用含番茄红素高的食品如新鲜番茄、番茄酱等与[12][3]78食品与发酵工业 FoodandFermentationIndustries Vol 26 No 2Ribayo Mercado等发现,人的皮肤受到紫外线照射时,番茄红素首先受到破坏,比胡萝卜素还快[13]。

这些报道发表以后,人们对番茄红素的生理活性有了新的认识,番茄红素的生理功能也逐渐引起了包括医学、营养学等方面的科学工作者极大关注和兴趣。

表2 一些抗氧化剂猝灭单线态氧的速率常数[3]抗氧化剂番茄红素胡萝卜素胡萝卜素胡萝卜素玉米黄质叶黄素虾青素红木素番红花苷维生素E猝灭单线态氧的速率常数109/mol s 3119142510824141.10.3断出患子宫肌瘤(CIN)和宫颈癌的妇女,血浆中番茄红素及胡萝卜素、视黄醇、生育酚等的含量明显偏低,认为CIN和宫颈癌的形成可能与血浆中抗氧化剂的减少有关。

表3所示为不同性别和年龄的人血浆中几种类胡萝卜素的含量[2];Ha等观察到,慢性肾衰竭患者血浆中的番茄红素含量与对照组相比要低[18];Brady等对400人进行调查后指出,尽管人体血浆中的番茄红素含量与性别、体质、是否吸烟、饮酒等生理因素和生活方式没有必然的联系,但血浆中番茄红素的减少似乎与衰老和非HDL胆固醇减少有关[19];Snowdon等也发现,血液中番茄红素含量高可以预防老年功能性障碍的发生,提高老年人的生活自理能力[20];1997年Kohlmeier 等对1379名欧洲男性的研究中首次发现,心脏病发生率较低与体内脂肪中番茄红素含量较高有关;Pool Zobel等发现,在给一组不吸烟男性的饮食中增加番茄汁(含番茄红素40mg)时,可以显著减少他们体内淋巴球DNA的断裂;1998年Rao和Agarwal报道,吸烟者吸3支烟就可使血液中番茄红素含量减少30%,认为吸入的烟可以使番茄红素发生强烈的氧化[23]。

mol/L年长女子0.20 0.040.78 0.100.04 0.010.28 0.020.06 0.000.09 0.010.01 0.00[22][21][17]1995年Nagasawa等对未育雌鼠自发乳房肿瘤的形成研究中发现,用富含番茄红素的饲料喂养的雌鼠与对照组相比,乳房肿瘤的发生大大减少[14],Mi tamura等认为,番茄红素可以通过减少 TGF在遗传过程中的表达来阻止雌鼠乳房肿瘤的形成;1996年Narisawa等报道,少量的番茄红素和黄体素可以预防老鼠结肠癌的发生[16][15];Palan等对纽约市的妇女进行调查和研究后发现,被诊表3 人血浆中几种类胡萝卜素的含量[2]种类胡萝卜素反构胡萝卜素13 顺胡萝卜素反构番茄红素9 顺番茄红素13 顺番茄红素15 顺番茄红素青年男子0.09 0.010.44 0.070.03 0.010.38 0.050.07 0.010.12 0.020.01 0.001青年女子0.18 0.040.80 0.170.05 0.010.37 0.060.07 0.010.10 0.020.01 0.001年长男子0.27 0.071.51 0.410.09 0.020.41 0.060.08 0.010.14 0.020.01 0.0033.2 番茄红素的作用机理近几年的研究表明,番茄红素和胡萝卜素一样,是防病治病的重要功能因子。

目前普遍认为,番茄红素的作用机理主要有以下几方面:(1)作为强抗氧化剂,猝灭单线态氧和清除自由基,防止脂蛋白和DNA受到氧化破坏,从而预防癌症的发生;抑制LDL胆固醇氧化产物的形成,预防冠心病的发生。