新型功能性食品添加物——番茄红素

． ／9／ 度 J ’弓牛 品添加剂 China Food Additiv I-P 1999 新型功能性食品添加物 一 ／ 张连富 (无锡轻工大学食品学院 无锡 番 茄红素是一种 天然类胡萝 卜素，现 国 外已有企业将其从番茄中提取出来作为功能 性添加物 或者药物 中的功 能 性成 分 来使 用 ， 有关其生理功 能的研究正成 为一个热点 。本 文对番茄红 素在 自然界 中的分布 及其在人体 内的吸收 、运 转方 式、生理功能等 的研究概 况做一简要介 绍。 番 茄红 素是 由 1 1个共 轭 及 两 个非 共轭 碳 一 碳 双 键组 成 的直 链 型碳 氢 化 合物 ，它 是一类 非常重要的类胡 萝 卜素，是许 多类胡 萝 卜素生 物合成的 中间体 。 由于番茄 红素没 有 一 胡 萝 卜素 那 样 的 一 芷 香 环 结 构 ， 不具 有 维 生 素 A 源 活性 ，所 以前 些 年 人们 对它研究较 少 。 番茄红素的结构式 1 番茄红素在自然界中的分布 番茄红 素在 自然 界 中分 布很窄 ，主要存 在于 番茄 、西 瓜 、葡萄 柚、 木 瓜 等 食 物 中 (表 1)。 参考 各 种食 物 原料 中番茄 红 素含 量及番茄 红素源食物 的消费量等 因素 ，可以 认 定，番 茄 是 人们 摄 人番 茄 红素 的 主 要 来 源， 特别 是 在 美 国、意大 利 等 番 茄 消 费 火 国，人们 从番茄 中所获 得的番茄红 素约 占其 总摄 入量 的 80％ 以上 “ 。在番 茄 刚 开始 成 熟 时，果 实 内 。[一 胡 萝 卜素 及 一胡 萝 卜 素 的含量 达到最大值 ；在 完全成 熟后，番茄 红素含量达最高，一般为类胡萝 卜素总量的 64％ 760，_，0。 这 说 明 ，番 茄 成 熟 度 对 番 茄 中，特别是番茄皮区域番茄红素含量有着至 关重要的影 响。图 1为成熟番茄 中各种类胡 ． 勿 No．4 一番茄红素 T 1 214036) 表 l 各种果蔬制品中番茄红素的含量 (mg／l~g湿重) 食 品 含量 (mg／lOOg) 番茄 (鲜) 番茄 (煮制后 ) 番茄 (沙 司 ) 番茄 (酱 ) 番茄 (浓 汤 ) 番茄 (粉 ，转 鼓法 干燥 ) 番茄 (汁 ) 调味番茄酱 李子 (鲜 ) 李 子 (罐头 ) 李子 (干制品) 红色葡萄柚 番 石榴 (鲜 ) 番 石榴 汁 西瓜 (鲜 ) 木瓜 (鲜 ) 胡萝 素 11％ 胡 萝 素2％ 叶黄素 1％ 八氧番茄红素 l1 胡箩 索1％ 四氧番茄红 素 8％ 六氧罨茄红素 番茄红素 63％ 图 1 番茄 中类胡萝 卜素的组成情况 萝 卜素 的组成 情况 。 2 番茄红素在人体内的吸收、转移与代谢 由于化学结构 及理 化性质不 同，人们 摄 人体内的各种类 胡萝 卜素在其 吸收、分 布 、 代 谢及 排 泄 方式 等 方 面也存 在 着很 大 的 差 异 ”。在许多食物中，类胡萝 卜素都是 与 一 些大分子紧紧地连接在一起，因而在人体 吸收时会有一些困难 。许多因素都会影 一 23 一 如 加 加 ∞ 叭 ∞ ∞ 加 ∞ < 一 ～ 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives l999 No．4 响到类胡萝 卜素物质从其母体物质中释放出 来并溶解到胃及十二指肠中的脂肪滴中去这 一 过程 。而在食用之前对食物进行加热 可以提高晶体类胡萝 卜素的分散性，同时又 可促进以结合态存在的类胡萝 卜素从类胡萝 卜素 一蛋 白质复合体中分离出来．因而可 以提高类胡萝 卜素物质的生物价 (9,21)o在此 过程 中，脂肪起 着非常重要 的作用。含有类 胡萝 卜素的脂肪滴 在胆酸盐和胰 液中脂酶的 共 同作 用 下 进入 十二指 肠 并 形 成 多 片 层状 llltilammellar)的脂肪泡 。 胶粒与类胡萝 卜素物质结合的能力取决 于膳食中脂肪酸的特性及类胡萝 卜素物质的 结构。无论是疾病还是药物引起的脂肪吸收 障碍 (Lipid malabosorption)，都 会影 响到 类胡萝 卜素的吸收。一些非吸收性的脂类物 质．如作为脂肪替代物而加入食品中的蔗糖 多脂肪酸酯，就会因其较强的疏水作用在小 肠内沉淀，这将会使类胡萝 卜素物质也同时 沉淀下来 而影 响其 吸收 。研究表 明，连续食 用脂肪替代物 Olestm(18g／d)16周后，会使血 清 中番 茄红 素浓 度 下 降 30％ 以 上。 Olestra 引起的番茄红素的吸收异常要 比疏水性相对 较弱的其他羟化类胡萝 卜素 (如 卢一隐黄 质 (Cryptoxanthin)，玉米黄质 (Zeaxanthin) 及叶黄素 (Lutein)等) 显 著得 多 。类 胡 萝 卜素物质 由胶粒 进入粘膜则 是通过主动l扩散 来实现 的 0 。 类胡萝 卜素由小肠粘膜经由淋巴管进入 血液是通过乳糜微粒的携带来完成的，而其 在血浆 中则只能 由脂蛋 白来运送 ，到 目前还 没有发 现其他的类 胡萝 卜素特异结 合物或载 体蛋 白 Cl1)~特 定 的类 胡 萝 卜素 结构 决 定 了 与其结合的脂蛋白的特性及其在脂蛋 白分子 上的位置：带有极性基团的类胡萝 卜素分子 至少 会 部分 伸 展 到分 子表 面l的油 ／水 界 面， 而一些疏水 性较强 的类胡 萝 卜素，如番茄红 素，通常会结合在脂蛋 白颗粒的 中心疏水 区 “ 。结构较松散的番茄红素及 oc、 一胡 一 24 一 萝 卜素等是在低密度脂蛋白 (LDL)内运输 的，这 与 一 隐黄 质、玉 米 黄 质 和 叶 黄 素 等含有氧原子的胡萝 卜醇不同——胡萝 卜醇 是均匀地分布在低密度脂蛋白和高密度脂蛋 白 (HDL)之 中来运送 的。 3 番茄红素的生理功能 由于 番 茄 红 素 不 具 有 维 生 素 A 原 活 性，因而前些 年对它 的研究较 少。然而最近 研 究表 明，番 茄红素具 有 多 种生 物学 作 用 ． 如淬灭单线态氧和清除过氧 自由基，诱导细 胞间连接通讯，调控肿瘤细胞增殖等，而其 防癌、抗癌作用则正是建立在抗氧机理基础 上的。 3．1 番茄红 素与反应态氧 的清除 3．1．1 活性 氧及人体 内活性 氧的来 源 人们认 为番茄红素及其他类胡 萝 卜素的 生理作用是通过保护机体免受氧化伤害而实 现 的 “ 。 自由基 一 般 是指 在外 层 轨道 具有 奇数个 (或者说不成对)电子的分子。氧分 子加上一个 电子就形成 了过 氧 自由基 0 ，加 上另外一个 电子和两个离子就 会形成过 氧化 氢 (H20，)；过 氧 化氢 和过 氧 自由基 0 结 合后 ，就 会形成羟 自由基 OH ·，羟 自由基 会迅速地 与周围环境 中的生物大 分子反 应进 而对蛋白质、脂肪以及 DNA等造成重大破 坏 。多 不饱 和脂肪酸是最 易受 自由基侵 害的 目标 ，而这种连锁反应又 会产生一系列 的反 应中间体。尽管学术上不将单线态氧 ( 0 ) 称 为一 种 自由基 ，但它是 一种在生物体 中产 生 的高能氧碎 片，也 能够 和生物分子 发生反 应 。人体 内活性氧 的来源 主要有 以下 几个方 面：正常有氧 呼吸 中部分还原的氧分 子的泄 漏 ； 免 疫 活 性 细 胞 释 放 出 的 一 氧 化 氮 (NO)以及在 急性 或 慢性 免 疫 反应 中释 放 出的各种氧 自由基 ；脂肪酸代谢 中的过氧物 酶系以及细胞色素 P一450微粒体电子传输 链等。外源性活性氧来源包括药物及环境毒 素、吸烟、离子辐 射、 光 照 以及 二氧 化 氮 、 臭氧造成的空气污染等。由此可知，人体内 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂 China Food Additiv l999 No ． 4 活性 氧的产生有其 必然性 。 3．1．2 番茄红素与反应态氧的清除 类胡萝 ／-素通过物理方式和化学方式来 淬灭单线态 氧 。物理方式 淬灭单线态 氧主要 经历 以下过 程：将活化 能由 ’o，转 至类 胡 萝 卜素， 产 生 基 态 氧 和 活 化 了 的 三 重 态 (Triplet state) 类 胡萝 卜素， 其 余 的 能 量 以热的形式通过 与周围环境中的溶剂等物质 之 间的旋 转振 动而释放 出去 ，重新 产生 的基 态类胡萝 卜素则可以参加下一个清除单线态 氧 的循环 。类胡 萝 卜素清除单 线态 氧的能力 主要取决于其分子中共轭双键的数量——番 茄红 素具 有 比其 它类胡萝 卜素更强的清除单 线态 氧的能力 。番 茄红 素 除具 有 此功 能 外、 它还 可以 与过 氧化氧以及二氧 化氮等的活性 氧碎 片反 应 “ 。最 新研 究 表 明，番 茄 红 素 在保 护淋 巴细胞 免 受 No，自由基造 成 的细 胞膜损害或细胞致死方面的能力非常强；其 清除氧 自由基的能力也较其它类胡萝 卜素 强 l3]。 表 3 番茄红素与其它抗氧剂淬灭 单线态氧的速率 比较 番茄红素 虾青素 一 胡萝 素 胭脂树色素 叶黄素 胆红素 藏花素 3】 7一 胡 萝 素 25 24 斑蝥黄质 21 】9 一胡萝 b索 】4 14 玉米 黄 质 1O 8 隐黄质 6 3 2 胆绿 素 2 3 】l】 维生 素 E 0 3 3．2 番 茄红素 与癌 近年 来，越来越多 的研 究表明 ，多食 用 水果和蔬菜可以降低罹 患某些癌症的危险， 研究 人员 最初认 为这是 由于其 中的类胡 萝 卜 素 ，特 别是 一胡 萝 卜素的 作 用 ， 然 而 以 纯 的 一 胡 萝 卜素 所进 行 的试 验 表 明 其 与 受用者罹患皮肤癌、结肠癌甚至所有各种癌 的可能性之间不存在相关性。 若在流行病学研究 中使用 准确的食物 成 分数据库，那么番茄红素很可能会越来越多 地被确 定为同其他类 胡萝 卜素一起 与癌 危险 呈负相 关，甚至是惟 一 与某些癌 危险呈负相 关 的类胡 萝 卜素 “”。 目前 已有 越来 越 多 的 研究表明，番茄红素可以防止前列腺癌、乳 腺癌及 消化道 (包括结 肠、直肠及 胃)癌等 的发生 。 食管癌、 胃癌、结肠 癌以及直肠癌是 全 球范 围内普遍罹 患的恶性 肿瘤 ，并且各有其 独特的病源及生理 特征 。在 消化道癌 发病率 较高的北 爱尔兰及意大利进 行 的对照试验表 明，富含番茄 红素的食物 可以使该类肿瘤的 发病率降低 40％～50％ ’。 日本人也发现 血液中番茄红素浓度较高时，机体患胃癌的 危险会大人 降低 。 Sharoni ”等 对 鼠 2，7一 二 甲基 苯 蒽 酮 (DMBA)所致乳腺癌模型 的影 响进 行了 研 究，实验发现 ，以番茄红 素油树脂注射过 的大 鼠，其癌变 的发病 率 明显 低 于 对照 组， 即使是发生癌变的，其肿瘤也较对照组小得 多：番茄红索表 现出很强 的保 护作用 ；而与 之对照的 一胡萝 卜素则无此功 能。子宫 颈癌是女性容易罹患的第二种恶性肿瘤，最 近的研究结果表 明，番茄红 素是惟一可 以降 低 该病发病率 的类 胡萝 ／-素。 皮肤暴露在紫外线辐射中会导致皮肤灼 伤、早衰并增加皮肤癌的患病率 紫外线照 射 会使得受照射 部位单线 态氧和 自由基 的产 生量大大增加。最近研究发现，与对照相 比，限制性紫外线照射可使皮肤中番茄红素 浓度 下降 3l％ ～ 46％ ，而皮肤中 一 胡萝 卜素 的含量 未见明显 变 化 。 由此 人们 推 断， 皮肤中的番茄红素起着清除紫外线所致活性 氧的作用，膳食中番茄红素含量的降低会使 皮肤癌的发病率上升。 膀胱癌在发达国家主要由于烟草消费而 引起 ，而在 发展 中国家 则主要 由于寄生虫感 染所致。许多文献都报道了果蔬膳食降低膀 一 25 — 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂 China Food Additives l999 No ． 4 胱 癌 危 险 的 可 能 性 “ 。 Helzlsouer等 对 番 茄、番茄红素与癌危险之间的关系进行了研 究 ，经对血液 中各 种成分进行分 析发现， { 有番茄 红素和硒浓度 与膀胱癌危 险之 间存在 负相 关性 ，也有学者 发现番茄红 素对 鼠的亚 硝胺所致 膀胱表 面癌变 的抑制作 用，但其效 果相 对较弱 。 在西方 富裕 国家 ，前列腺癌是 男性 中最 易罹患的恶性 肿瘤。一份食 品消费情况 问卷 调 查 (Food frequency questionnaire，FFQ) 发 现 ， 总 类 胡 萝 卜素 、 一 胡 萝 卜素 、 一 胡萝 卜素、叶黄素及玉米黄质等的摄入量 与前 列腺癌 的发病 率之间不存 在相关性 ．而 与此相反 ，摄入番 茄红素 的量 的增 加却可以 降低患前 列腺癌危 险。其他学 者的大量研究 也取 得了与此相似 的结 果 娌 0”。 3-3 番 茄红素 与心血 管疾病 长期 以来，心血管疾 病在大多 数发达 国 家一直位居 致死率之首 ，甚至在一些 发展中 国家也迅速 成为主要致死 原 因之一 。最 近有 研究表 明，类胡萝 卜素 与维生 素 E、维 生 素 C共用 时，可以保护脂蛋 白和血管细 胞免于 氧 化 破 坏 。 然 而 ， 几 个 较 _人 规 模 的 有 关 口一胡 萝 卜素或者 维生素 E与心血 管疾病 间 关 系 的流行 病 学调 查 均 未得 出支持 性 的结 论 (16)o有关 番 茄红 素 与血 管 生理 或 动脉 粥 样硬 化 之 间关 系 的 文献 报道 还 很 少。 最 近 Fuhrman 等 在 细胞 培 养水 平 上 对 番 茄 红素调节胆 固醇代谢 的能力进行 了研究并做 了小范 围的临床试验。结果 表 明，在 巨噬细 胞 的培养基 中加入番茄红 素时 ，会抑制 胆固 醇 的合成 ； 、止 6位男性 受试者每 人每 天食用 60mg番 茄 红 素 并 维持 3个 月 ， 可 使 其 血 浆 中胆 固醇浓 度 下 降 l4％。 作者 据 此 认 为 番茄 红素可 能是除 3一 羟基 一3一 甲基 一 戊 二酰 一辅酶 A以外 最适合 的降胆 固醇 物 质 。有趣 的是，用于治疗 高脂血症及心 血管 疾病的药物都会降低血浆中番茄红 素的浓 度 ：消胆胺 (Cholestiramme)会使 番茄红 素 一 26 一 的 浓 度 降 至 基 线 以 下 30％，而 丙 丁 酚 (Probuco1)则会使血浆中包括番茄红素在内 的类胡萝 卜素的浓度下降 30％ ～ 40％。丙 丁酚 既有 降脂作用 ， 同时又 具 有抗 氧特 性 ， 它可 以通 过降低脂蛋 白粒径并通过 竞争性与 极低密 脂蛋 白 (VLDL)结合 而 减 少血 液 中 番茄红 素 的量 。显然 ，要 弄 清番 茄 红素 与心血管疾病 之 间的复杂关系 尚需作 出更大 的努力 ；除了要弄清其 在保 护血浆 中脂蛋 白 免受氧化破坏方 面所起 的作 用 以外 ，还要花 更大 的力气 去弄清楚番 茄红素及其他类胡萝 卜素对血小板 、 内皮细 胞、血 管平滑肌细胞 以及免疫细胞等 有何影 响。 3．4 番茄红 素与其他疾病 HIV病毒感染 病人即使在正 常饮食条 件 下 ，其 血 液 中微 量 营养 素 浓度 也 会 有 所 下 降。据 Coodley等 报 道 ，HIV阳性 妇 女 血 液中番茄红 素、 一 胡萝 卜素、 一 胡 萝 卜素等 的 浓 度 均 较 正 常 值 为 低 ； Penquet 等 也发 现被 HIV病毒感染 的新生儿血 液 中番茄 红素浓度 下降 。尽管如此 ，现在就作 出番 茄 红 素或 者 其他 类 胡萝 卜素 与 HIV感 染及 AIDS病症发展 之间关系 的结论 还 为 时 尚早 ”。 曾经有 人认为 氧化物对机体 的破坏可 导 致 中枢神经 系统 的疾 病，如早老性痴呆 、帕 金森病 (振 颤麻痹 )及多 发性硬化症等 ，而 在 目前 ，有 关类胡 萝 卜素物质对这些疾病影 响的研究进行 得还非 常少 。 综上所述，番茄红素是人们膳食中的一 种主要类胡 萝 卜素 ，番茄 及番茄制 品是番茄 红素的主要来源。近 l0年来人们开始对番茄 红素 的摄入量 及其在 人体血 液及组织 中的浓 度进行研究 ，最近几 年来番茄 红素在人体健 康 及疾病 防治 方面 的潜在作 用引起 了人们越 来越多 的兴趣 ，而在 眼下 ，该领域 已成 为科 学家、内科医生、营养学家及新闻媒体关注 的热点 。这里 有必要指 出的是 ，前面所述番 茄红素的各种生理功能都是建立在饮食中摄 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China F’ood Additives l999 NO ． 4 入及血液 中浓 度研究基 础之上 的，而非指增 补的番茄红素。人们可以从商店里买到的强 化番茄红素的保健食品的作用尚未得到营养 学 家及药物 医师的确证 。 当前 ，人们已掌握 的有 关经纯化 的番茄 红素的潜在危 害、有效 作 用剂量、最适 服 用阶 段 以及 药 物动 力 学、 作用 机制、病症 禁忌 等 的信 息 还 不够 充分 。 这些 尚需进一步 的研究 。 在发现番茄 红素 的特 殊生理功 能后 ， 以 色 列 的 Lycored Natural Products Industries Ltd．公 司 率 先 开 发 番 茄 红 素 产 品， 以 Steven K a inton Nutfition Scott K J．Food Chemistry Lyc-0一Mato 及 Tomat一0一RedTM为 商 标来销售该类产品，并在欧洲及北美等地建 立 了分 销 机构 。他 们 以通 过 基 因 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 获 得 的高番茄红素含量 的杂交番茄 为原料 ，在 生产各 种番茄加工制 品的 同时 ，利用有 机溶 剂萃取 残渣 中的番 茄红素 ，再在脱 除溶 剂后 进 行调 配 ， 以得 到不 同浓 度 的番 茄 红 素 制 品 一 。浓度 为 1％ 的番 茄红 素油 树脂 可 广泛 用于 饮 料、 冷食 、 肉制 品 及 焙 烤 制 品 中 3¨。 参 考 文 献 Review,1998，56(：) 35—51 l995．54：lOl— l1 M angels A R et al J．Am Dlet Assoc．1993．93：284—96 Nguyen M L Proceedings of 1’hc 2nd Karls Ruhe Nutrition Symposium Kalsmhe Germany 1997 Ong Ssh．Tcc E S M ethods Enzymol，l992，2l3：l42—67 Bierer T L et al J Nutrition．1995，l25：l569—77 Erdaman J W．Bierer T L Carotenoids in Human H~alth New York：New York Academic of 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