番茄红素详细介绍

番茄红素
英文名 lycopene from tomato
一、分子结构
化学式C40H56
分子量 536.87
番茄红素（Lycopene）又称ψ（普西）—胡萝卜素，属于异戊二烯类化合物，是类胡萝卜素的一种。

由于最早从番茄中分离制得，故称番茄红素。

过去人们一直认为，只有那些具备β—紫罗酮环并能转化为维生素A的类胡萝卜素，如α—胡萝卜素、β—胡萝卜素等才与人类的营养和健康有关，而番茄红素因缺乏此结构，不具有维生素A的生理活性，故对此研究很少；
然而，番茄红素具有优越的生理功能，它是植物中所含的一种天然色素,主要存在于茄科植物西红柿的成熟果实中。

它是目前在自然界的植物中被发现的最强抗氧化剂之一。

不仅具有抗癌抑癌的功效，而且对于预防心血管疾病、动脉硬化等各种成人病、增强人体免疫系统以及延缓衰老等都具有重要意义，是一种很有发展前途的新型功能性天然色素。

科学证明，番茄红素清除自由基的功效远胜于其他类胡萝卜素和维生素E，其淬灭单线态氧速率常数是维生素E的100倍。

它可以有效的防治因衰老，免疫力下降引起的各种疾病。

因此，它受到世界各国专家的关注。

1873年Hartsen首次从浆果薯蓣（通称山药）中分离出这种红色晶体。

1910年，Willstaller和Escher在对番茄红素的研究中首次确定了其分子式为C40H56，分子量为536.85。

1913年Schunk发现这种物质和胡萝卜素的不同，将其首次命名为lycopene，使用至今，纯品为针状深红色晶体。

1930年，Karrer等人提出，番茄红素是一种化学结构式中含有11个共扼双键及2个非共扼双键的非环状平面多不饱和脂肪烃，经过环化可形成β一胡萝卜素。

天然存在的番茄红素都是全反式，但通过高温下的蒸煮、油炸等加工方式可使番茄红素由反式构型向顺式构型转变。

而干燥番茄或干燥番茄渣中的顺式构型也会有部分的转变。

研究还表明，番茄红素的顺式异构体与反式异构体的物理和化学性质有所不同，与反式异构体相比，番茄红素的顺式异构体的熔点低，摩尔消光系数小，极性强，不易结晶，更易溶解，而且在放置过程中可能会回复到全反式状态。

物理性质
由于番茄红素分子中有11个共扼双键及2个非共轭双键，使得番茄红素的稳定性比较差，在一定条件下可发生顺反异构化和氧化降解。

番茄红素的分子结构使其对氧化反应比较敏感，其溶液经日光照射12小时后，其中的番茄红素基本上损失殆尽。

实验证明，溶液中的Fe3+和Cu2+会对番茄红素的光氧化反应起催化作用，而其它金属离子如K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+等则对其影响不大，所以天然番茄红素在提取和应用过程中应尽量避免使用铁制和铜制容器。

pH值对番茄红素也有影响，亦称氢离子浓度指数,是溶液中氢离子活度的一种标度,也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。

（中性水溶液，pH=7：
酸性水溶液，pH<7，pH值越小，表示酸性越强；
碱性水溶液，pH>7，pH值越大，表示碱性越强。

）
当用乙醇溶解番茄红素，并调制成pH值1～14，结果表明，番茄红素对酸不稳定，对碱则比较稳定，故番茄红素作为色素使用时并不适合于酸性饮料。

由此可见，影响番茄红素稳定性的因素有氧、光、金属离子，pH值等，故番茄红素的提取、贮存、加工及分析都应该在对环境因素进行控制的条件下进行。

呈色能力
番茄红素作为一种天然红色素，如何保持其最强的着色力是至关重要的。

番茄果实中的番茄红素有两种存在状态：其中大部分是以细长的、针状的结晶形式存在于有色体中，呈现明亮的红色。

当番茄红素的结晶形成时，质体膜消失，色素结晶自由分散在原生质中，在显微镜下观察时，可以看到小粒状的有色体，说明了有色体所显现的颜色；另外一小部分（10%
左右）则与蛋白质形成复合体存在于细胞中。

番茄红素以不同的形态存在时具有不同的颜色和强度，而且会随着溶剂和介质的不同而呈现出不同的颜色。

例如，溶解在石油醚中的番茄红素呈黄色，在二硫化碳中则呈红色。

溶解性
番茄红素是脂溶性色素，可溶于其他脂类和非极性溶剂中（又称惰性溶剂），不溶于水，难溶于强极性溶剂如甲醇、乙醇等，可溶于脂肪烃、芳香烃和氯代烃如乙烷、苯、氯仿等有机溶剂。

番茄红素在各种溶剂中的溶解度随着温度的上升而增大，然而当样品越纯时，溶解越困难。

结晶的番茄红素溶解缓慢，倾向于形成一种超饱和状态，虽然提高温度可加速其溶解，但冷却时可能会出现结晶。

纯的番茄红素虽然不溶于水，但当它与某些物质如蛋白质结合形成复合物时，则具有较高的溶解度。

生物特性
具有抗氧化性
番茄红素可通过物理和化学方式猝灭单线态氧或捕捉过氧化自由基。

单线态氧是具有很强活性的氧自由基，具细胞毒性作用，以细胞膜、线粒体等部位对其最为敏感，能与细胞中多种生物大分子发生作用，通过与分子结合造成细胞膜系统的损伤；
番茄红素能够接受不同电子激发态的能量，吸收光能并通过单线态能量转移过程使单线态氧的能量转移到番茄红素，生成基态氧分子和三重态番茄红素分子，三重态番茄红素通过与溶剂的一系列旋光和振动反应得到再生，并在此过程中将能量散发；类胡萝卜素的猝灭能力与其分子中所含有的共轭双键的数目有着密切的关系，番茄红素分子中有11个共轭双键，一个番茄红素分子可以清除数千个单线态氧
其猝灭单线态氧的速率常数较β-胡萝卜素高2倍。

1990年Paolo等报道了类胡萝卜素和生育酚等30余种生物抗氧化剂猝灭单线态氧的作用，番茄红素是猝灭单线态氧最强的。

番茄红素还能通过与其他形式的活性氧的化学反应消除氧化自由基，如过氧化氢、亚硝酸根等氧化自由基，而氧化自由基能引起脂质过氧化形成多种产物，这些产物与人体老化、癌症发生、自身免疫病及贫血等疾病都有关系。

对细胞生长代谢起调控作用
通常细胞间隙之间有膜蛋白构成的通道，具有选择通透性，允许第二信使及生长调节物质通过，细胞之间通过细胞间隙连接通讯（GJIC）传输细胞群体内生长调控信号，调节细胞的正常增殖与分化。

实验表明，番茄红素能通过诱导细胞间连接，增强正常细胞之间的GJIC，控制细胞生长和诱导细胞分化来抑制肿瘤的增长。

日本学者在大鼠肝组织上用荧光染料示踪技术研究番茄红素对GJIC的作用时发现，每天饲喂5mg/kgBW番茄红素，连续5d时，可以明显增强GJIC功能；同时，由于大多数肿瘤细胞的GJIC功能微弱或缺失，细胞发生转化后其GJIC功能降低或抑制，GJIC功能的抑制或被破坏被认为是促癌变阶段的重要机制。

可以调节胆固醇的代谢
番茄红素是一种低胆甾醇剂，它可抑制巨噬细胞3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A，而它是一种胆固醇生物合成的限速酶。

实验发现，在培养巨噬细胞的介质中加入番茄红素后，其胆固醇合成降低，同时番茄红素还增大巨噬细胞低密度脂蛋白（LDL）受体活性。

实验还表明，人体3个月内每天补充60mg 番茄红素，可减少14%的胞质LDL胆固醇浓度。

保健作用
番茄红素的上述生物学特性决定了它具有抗氧化、抑制突变、降低核酸损伤、减少心血管疾病及预防癌症等多种保健功能。

预防和抑制肿瘤的作用
番茄红素具有预防和抑制肿瘤作用，一方面是因为它的抗氧化作用；另一方面是番茄红素能够阻断组织细胞在外界诱变剂的作用下发生基因突变过程，这是肿瘤生成的重要机制之一。

实验发现，番茄红素可影响乳腺、肺和子宫癌细胞周期的S阶段；番茄红素通过抑制细胞周期中Gl到S的转化阶段来影响细胞的生长；番茄红素通过可抑制LDL胆固醇的氧化和煎烤肉、鱼的褐色反应中产生的杂环胺类的形成，从而有效地抑制致癌物的产生及诱发肿瘤。

研究表明，番茄红素对消化道癌、宫颈癌、乳腺癌、皮肤癌、膀胱癌等均有一定的抑制作用。

合成途径
除了植物中具有番茄红素等类胡萝卜素以外，一些微生物，如红法夫酵母，藻类，成团泛菌的某些种类等都可以产生类胡萝卜素，特别是红发夫酵母和绿藻的虾青素产量相对较高，酵母和大肠杆菌的遗传改造也使得本身不产类胡萝卜素的微生物可以进行这类物质的合成。

番茄红素是类胡萝卜素的一种，人体自身不能合成类胡萝卜素，必须通过外界摄入；人体无法制造番茄红素，需从膳食中摄取，吃一个生番茄，只能吸收0.05毫克的番茄红素。

但类胡萝卜素在许多植物中含量较低，并且很难用化学方法合成，主要是通过生物合成方式完成。

生物合成途径类胡萝卜素生物合成可经由不同的途径，在真菌和植物细胞胞液/内质网上，由乙酰CoA经羟甲基戊二酰-CoA途径合成的。

在细菌与植物质体中由磷酸甘油醛与丙酮酸经1-脱氧木酮糖-5-磷酸途径合成.形成的异戊烯基焦磷酸经多次缩合生成第一个类胡萝卜素八氢番茄红素，再经脱氢、环化、羟基化、环氧化等转变为其它类胡萝卜素。

通过合成过程图可以很清楚的看出番茄红素、β胡萝卜素、玉米黄质（叶黄素）、角黄素等均为类胡萝卜素生物合成过程中间体，研究发现Astaxanthin（简称ASTA)虾青素为类胡萝卜素生物合成的终端形态。

类胡萝卜素生物合成这些色素，主要是为了保护其种子中的不饱和脂肪酸，为下一代的繁衍储备能量。

所以随着合成过程的不断推进，图中合成过程中的这些类胡萝卜素每一层次都比上一级的抗氧化活性强。

体内分布及代谢
番茄红素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、肝脏、睾丸等含有较多的番茄红素。

番茄红素是脂溶性物质，经消化后通过被动扩散方式被小肠黏膜吸收。

随后结合入乳糜微粒进入淋巴系统，转运入肝脏。

在载脂蛋白的帮助下，从肝脏转运到血浆再分布到不同的器官。

吸收过程受食物组成、颗粒大小和是否热处理、消化酶、胃酸等影响。

正常饮食情况下，番茄红素在人体血浆中的浓度为0.2～1.0 μmol/L，平均约0.5μmol/L。

人体血浆中番茄红索的水平没有明显的性别差异。

但女性血浆中的番茄红素水平受月经周期的影响，黄体中期血浆中番茄红素含量有一个高峰。

人体内，番茄红素含量较高的器官组织是肾上腺、睾丸、肝脏和前列腺，在肾和肺中也占一定优势。

研究发现，一次性食入16.5 mg番茄红素，6小时后血液有一个弱增长，12小时有一个大增长，104小时后才消失。

番茄红素是脂溶性物质，在热加工后和脂类存在情况下，可提高其生物利用率，血清浓度在24～48小时达高峰，半衰期2～3天，随摄入量增加，血清番茄红素浓度升高，但不呈线性关系，且顺式比反式结构的番茄红素更易吸收。

适用人群
1、亚健康人群
2、各种内分泌失衡引起的疾病如：
①男性前列腺增生肥大、炎症；②男性不孕症；③女性乳腺疾
病，子宫肌瘤等；④心脑血管疾病，三高人群（高血脂占18.6%;
高血压占18.8;高血糖4.6%）；⑤肿瘤患者。

3、生活在环境污染严重地区者；
4、免疫力较低的中老年人群；
5、抗氧化，需延缓衰老者。

药物试验
哈佛大学医学院对47000名健康男性作了为期6年的研究，结果发现，每周摄取10份以上番茄制品的人，发生前列腺癌的机率降低45%，而服用4-7份的人只减少21%到34%。

在美国底特律维纳州立大学从事癌症研究的土耳其医生，用番茄素制成药用胶囊治疗前列腺癌病人，获得明显疗效。

库却克对26名等候手术的前列腺癌症患者进行分组试验，一组服用他从西红柿中提取的番茄红素制成的胶囊，每天两次，每次15毫克；一组不服用这种胶囊。

三周后他惊奇地发现，服用番茄素胶囊的病人，肿瘤明显缩小，有的几近消除。

研究人员对93例肺癌病人和102例无肿瘤的对照者进行研究，检测了血中番茄红素、alpha-胡萝卜素、beta-胡萝卜素和其它营养素的浓度，结果发现，两组人血液中各种营养素浓度相似，只有番茄红素不同，肺癌病人组织中番茄红素浓度显着低于对照组。

在吸烟者中调查发现，番茄红素最低值组的发癌率约4倍于最高值组。

此外，吸烟的肺癌病人体内番茄红素浓度最低。

研究人员认为吸烟可使番茄红素在体内耗尽，或者使低浓度的番茄红素无法防止吸烟的致癌作用，从而发生肺癌。

Ben-Gurion大学的研究人员所做的最新研究发现，将番茄红素与其它抗氧化剂合理运用，可以促进女性乳房的健康发育，并减少患乳腺癌的机会。

美国依利诺斯大学的一项对比
研究发现，体内番茄红素低的女性比体内番茄红素高的女性，宫颈癌的发病率要高出5倍以上。

哈佛大学及加拿大的研究人员发现，中年男性育前列腺组织中西红柿红素的含量逐渐降低，这个现象与男性前列腺肥大有非常重要的关联。

并发现，有效补给适当剂量的番茄红素，可以帮助减缓前列腺肥大及发生癌变。

食用大量番茄红素的人，患前列腺癌的风险比较低。

已有研究数字表明，血液中番茄红素含量较高的男性比血液中番茄红素含量低的男性患此类癌症的机率大大减少。

印度新德里的医生发现番茄红素能够提高男子精子的质量，该项实验中，23岁到45岁的不育男性被要求每天口服番茄红素2次，每次六毫克。

三个月后，再次检查他们的精子浓度、活性和形状，四分之三男性的精子活动能力和形态明显改善，精子浓度明显提高。

在实验结束时，有6人的太太怀孕，因此，此项实验结果具有实质上的统计意义。

在健康男子的睾丸中，番茄红素含量很高，但在不育男子则较低。

而口服番茄红素在治疗原因不明的男性不育症方面具有显着效果。

药理作用
番茄红素是一种很强的抗氧化剂，具有极强的清除自由基的能力，对防治前列腺癌、肺癌、乳腺癌、子宫癌等有显著效果，有效抑制癌细胞的扩散和复制，还有预防心脑血管疾病、提高免疫力、保护细胞DNA免受自由基损害，防止细胞病变、突变、癌变；含强力抗氧化生物活物质，能促使细胞的生长和再生，美容袪皱，维持皮肤健康，延缓衰老等功效，有“植物黄金”之称，被誉为“21世纪保健品的新宠”。

它是自然界中最强的抗氧化剂，其抗氧化作用是β-胡萝卜素的3.2倍，VE的100倍。

在清除人体自由基方面，番茄红素的作用比β-胡萝卜素更强大。

2003年，美国《时代》杂志把番茄红素列在“对人类健康贡献最大的食品”之首，番茄红素也因此被称为“植物中的黄金”，番茄红素已在欧美、日本和中国港台地区被广泛接受。

对防治前列腺疾病、前列腺癌、肺癌、胃癌、乳癌有奇效，有效抑制癌细胞的扩散和复制。

保护心血管：在动脉粥样硬化的发生和发展过程中，血管内膜中的脂蛋白氧化是一个关键因素。

番茄红素在降低脂蛋白氧化方面发挥着重要作用。

据报道，口服天然番茄红素，能使血清胆固醇降至5.20mmol/L以下，番茄红素用于防治高胆固醇和高血脂症，可以减缓心血管疾病的发展。

抗紫外线辐射功能：番茄红素能对抗紫外线损伤。

研究人员给10名健康人各补充28毫
克β-胡萝卜素和2毫克番茄红素1-2个月，结果服用番茄红素人群紫外线引发红斑的面积减少，程度减轻。

抑制诱变作用：肿瘤生成的重要机制之一是组织细胞在外界诱变剂的作用下发生基因突变，而番茄红素能阻断这个过程，发挥抗癌作用。

如地中海地区居民在煎烤鱼和肉的同时使用番茄酱，减少了烹调过程中杂胺等诱变剂的形成。

所以虽然当地居民喜食易致癌的煎烤食物，但是宫颈癌、前列腺癌以及肝癌的发病率却很低。

延缓衰老、增强免疫力：番茄红素可以最有效地清除人体内的自由基，保持细胞正常代谢，预防衰老。

番茄红素在体内通过消化道粘膜吸收进入血液和淋巴，分布到睾丸、肾上腺、前列腺、胰腺、乳房、卵巢、肝、肺、结肠、皮肤以及各种粘膜组织，促进腺体分泌激素，从而使人体保持旺盛的精力；清除这些器官和组织中的自由基，保护它们免受伤害，增强机体免疫力。

印度学者指出，番茄红素可令不育男子精子数量增加、活力增强，从而医治不育问题。

番茄红素可大大改善皮肤过敏症，消除因皮肤过敏而引起的皮肤干燥和瘙痒感，令人感觉轻松愉快。

番茄红素大量存在于体内各种黏膜组织，长期服用可以改善各种因体内黏膜组织破坏而引发的各种不适。

如干咳、眼睛干涩，口腔溃疡，保护胃肠道黏膜组织等。

番茄红素还具有极强的解酒作用。

酒精在人体内的代谢过程主要是氧化还原反应，会产生大量的自由基。

平时服用番茄红素，可以增加酒量；喝酒前服用，解酒效果显著，可以减轻酒精对肝脏的损伤；而醉酒后服用，可以减轻头痛、呕吐等醉酒症状。

番茄红素还具有预防骨质疏松、降血压、减轻运动引起的哮喘等多种生理功能。

番茄红素没有任何副作用，非常适合长期保健服用。

番茄红素可帮助预防及改善前列腺增生、前列腺炎等泌尿系统疾病，并有助于提高男性精子质量，降低不育风险。

一项来自美国哈佛大学的研究发现类胡萝卜素与前列腺癌有一定的关系。

在类胡萝卜素的研究中，只有番茄红素具有明确的保护作用。

男性每天在饮食中服用最大剂量的番茄红素（每天6.5毫克以上）与服用最少者相比，可以使前列腺癌发生的危险减少21%。

英国科学家发现，令番茄汤呈现红色的茄红素，或许能把男性体内的精子强化成超级精子，科学家由此推断男士只要每日饮一碗番茄汤，将能大大增强生育能力。

英国朴茨茅斯大学生化科学部的5名泌尿科专家随机挑选了平均年龄在42岁左右的精壮男士，要求他们在两周内每天饮用一碗番茄汤，其间收集他们的精液样本。

结果发现，精液内可消除令男性不育的有害化学物自由基的茄红素水平显著增加，升幅介乎7%到12%。

生理功能
有助于延缓衰老；
有助于增强抗辐射能力；
有助于调节血脂；
对男性不育有改善作用；
有助于促进女性乳房的健康发育。

预防和抑制肿瘤的作用。

分布
番茄红素分布于木鳖果、番茄、西瓜、南瓜、李、柿、胡椒果、桃、木瓜、芒果、番石榴、葡萄、葡萄柚、红莓、云莓、柑桔等果实和萝卜、胡萝卜、芜箐、甘蓝等的根部。

各种水果中番茄红素含量如下（每100g果肉）：
木鳖果：1.55～3.05毫克
西红柿：0.2～20毫克
番石榴：5.23～5.50毫克（粉红色）
番木瓜：0.11～5.3毫克
葡萄柚：0.35～3.36毫克（粉红色）
胡萝卜：0.65～0.78毫克
南瓜：0.38～0.46毫克
红薯：0.02～0.11毫克
杏子：0.01～0.05毫克
在西方膳食中，番茄和番茄制品中的番茄红素，是类胡萝卜素最主要的来源，也是人体血清中含量较高的。

人们从番茄中获得的番茄红素约占其总摄入量的80%以上。

喝西红柿汁或吃新鲜西红柿通常意味着番茄红素只是通过人体而很少被吸收。

为了生产具有保健及治疗价值的番茄红素营养制剂，国内外许多大的保健品公司及制药公司，开发出含番茄红素的软胶囊，以利于补充人体中的番茄红素。

制备
1.1浸提法：
番茄红素不溶于水，难溶于甲醇、乙醇，可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，易溶于氯仿、
苯、二硫化碳等有机溶剂。

利用这一性质，可利用亲油性有机溶剂浸提番茄红素。

一般工艺为：番茄皮进行干燥后用有机溶剂提取；过滤后滤渣继续用有机溶剂进行二次浸提，滤液部分浓缩后成为粗产品，精制可得番茄红素。

在提取过程中，为了分离叶黄素与番茄红素，一般先用有机溶剂洗去叶黄素，再加另一有机溶剂提取番茄红素，常常使用不止一种有机溶剂，给最后的精制带来一定麻烦。

为此又有人对此工艺进行改进。

改进一为利用皂化反应使晶体析出，其工艺为：将番茄皮或制品进行干燥，加入一定量的植物油，研磨成细小颗粒，加入丙二醇、氢氧化钾、水使之发生皂化反应；加水并静止搁置使晶体析出。

这一过程关键是皂化反应时控制提取物、丙二醇、氢氧化钾与水的比例在4～5：3～4:1:1皂化反应原料添加顺序灵活，最佳为将碱液缓缓加入番茄红素油溶脂与丙二醇的均相液中，以保证晶粒的最好析出。

改进二为利用有机溶剂在不同浓度、温度下对不同物质的溶解度不同，采用单一溶剂二次萃取。

工艺为：番茄及制品进行洗涤，破碎等预处理；加入72%的酒精加热沸腾15min，过滤后的不溶物继续用94%的酒精在72℃下浸提3～4次每次10min；将滤液合并，在10℃下静止2～12h晶体析出。

该工艺以含水20%~30%（最好28%）的酒精进行预处理即可洗脱极性物质如叶黄素、胡萝卜素及农药，又可避免溶解番茄红素。

1.2超临界萃取法：
具有工艺简单，能耗低，萃取剂便宜、无毒、易回收，可低温处理，适于番茄红素等热敏性成分的优点。

Enzo等研究了温度在40℃～80℃，压力在1．8X105～2．88X105Pa，操作参数对β胡萝卜素与番茄红素分离的影响，日本一专利报道了超临界流体萃取精制番茄红素。

将粗番茄红色粉末和己烷(1：2）放入抽提罐，形成均质混合系，使原料中的色素从己烷中溶出，在35℃～50℃300kg/cm2的条件下，接触超临界CO2；，用减压法进行色素回收，在分离罐中得到精制番茄红素（含量13．7%)。

孙庆杰等报道了此方面的研究，并建立了一套实验装置。

该装置可取得90%以上的番茄红素，经超临界萃取的番茄红素无异味，无溶剂残留。

1.3 酶反应法：
日本一些专利”’介绍了利用番茄皮自身酶反应来提取或制备番茄红素的方法。

在微碱条件下（pH=7．5～9），使番茄皮中的果胶酶和纤维素酶反应，分解果胶和纤维素，使得番茄红素的蛋白质复合物从细胞中溶出。

所得色素为水分散性色素。

1.4 生物及化学合成法：
由于番茄红素在天然产物中的含量较低，提取代价较高，各国学者又相继在生物及化学合成。