1.番茄红素的生理功能

 

1.1清除自由基

番茄红素具有较强的体外淬灭单线态氧能力（淬灭速率常数kq=31*109 M-1 s-1）和清除过氧自由基的作用[1-2]。与其它类胡萝卜素相比较，番茄红素的Kq值是α-胡萝卜素的100倍，β-胡萝卜素的2.2倍。番茄红素能与H2O2和NO2的活性氧碎片反应抑制NO2自由基对淋巴细胞膜的损伤或细胞致死，起到延缓衰老的功效[3]。

 

1.2预防癌症

最近的研究表明，番茄红素对13种癌症都有一定的预防作用，其中研究最多的是对乳腺癌、前列腺癌、消化道(包括胃、结肠、直肠等)癌等疾病的预防作用，番茄红素摄入量已被认为与癌症的发病率呈负相关[4-5]。卫生保健部门随机调查研究证实番茄及其产品会降低患前列腺癌的风险，Edward Giovannucci等[6]则通过实验证明其他类胡萝卜素却无此作用，并指出番茄红素通过增强前列腺特异性抗原浓度，增加肿瘤中凋亡细胞的死亡率来降低癌变几率。癌变的主要机理为细胞间隙连接的通讯受到抑制或破坏，而番茄红素能够诱导这种通讯功能，从而阻止癌变。Nancy J.Engelmann等[7]研究发现除了番茄红素外，六氢番茄红素及八氢番茄红素可能也对癌症的预防起到至关重要的作用。

 

1.3防治心血管疾病

Howard等[8]对近4万中老年妇女进行长期测试，观察番茄红素的摄入与心血管疾病之间的关系，结果显示，摄入含番茄红素成分多的食物（例如：番茄酱、沙司）或番茄与油混合的食物更有益于心血管疾病的防治。番茄红素能阻止低密度脂蛋白的氧化及胆固醇的合成，从而减少血液中番茄红素的量，与治疗心血管疾病及高脂血症的药物有相同的效果。

 

2.番茄红素生产工艺

 

2.1化工合成法

化学合成法生产番茄红素生产工艺多以假紫罗兰酮、乙炔、乙炔基假紫罗兰醇、香叶醇等为原料经过加成反应、Lindl-ar还原反应、加氢还原反应、氯代反应、砜化反应、Grignard缩合反应合成中间体，再经过关键反应合成番茄红素[9]。经结构鉴定和定量分析，产物为全反式番茄红素。化学合成合成的工艺比较简单，成本低，但不利于长期服用，且含有无法脱离的化学残留。

 

2.2微生物发酵法

番茄红素的生物合成途径有2-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸盐(MEP)及甲羟戊酸(MVA)两种途径。异戊烯焦磷酸异构酶、牦牛儿基焦磷酸合成酶、法呢基焦磷酸合成酶、牦牛儿基牦牛儿基焦磷酸合成酶、八氢番茄红素合成酶、八氢番茄红素去饱和酶、ζ-胡萝卜素去饱和酶和胡萝卜素异构酶等是番茄红素合成的关键酶。通过诱变、基因重组和基因敲除等方法调节修饰生产番茄红素的关键酶来改变番茄红素合成工艺及其产量[10]。

用于生产番茄红素的微生物[11]主要有三孢布拉氏霉菌、经基因改造的酵母菌、红色细菌以及革兰氏阴性非光合菌。Gavrilov AS等[12]向霉菌的发酵液中添加1%的烟草粉末，经110h的恒温发酵，料液中番茄红素的浓度能够达到60-80mg/100ml。马兴群等[13]采用三孢布拉氏霉菌(+)和三抱布拉氏霉菌(-)菌株，在26-28℃条件下，通过斜而培养6-7d，种子培养36-46h,200-250r/min的条件下第一次加入甜菜碱，促进菌体的呼吸链系统、提高菌体氧消耗速率、有效解除呼吸抑制，发酵100-120h，在发酵42h时加入阻断剂，同时第二次加入甜菜碱至发酵结束，收集菌体经真空冷冻干燥得到含有番茄红素的干菌体。微生物发酵法（半化学合成），成本低，速度快，工艺简单，稳定性差，对人体危害尚不清楚。

 

2.3 植物提取法

植物提取法主要是以番茄或番茄制品为原料，以有机溶剂为萃取介质或采用超临界二氧化碳经过提取，浓缩，结晶，分离纯化等步骤而成的番茄红素产品。相比较人工合成红素，天然番茄红素中含有鲜番茄中更多的营养成分，如同样具有抗氧化功能的天然磷脂，亚油酸，亚麻酸，22碳烯酸，含有天然的生育酚，这些源于天然番茄的成分更易被人体吸收并有益。虽然使用有机溶剂萃取，但我们通过技术创新，可以做到产品中溶剂残留低于5ppm。

 

3.三种来源番茄红素的比较及鉴定

 

从分子结构上来讲，天然与人工合成的番茄红素是没有差异的。它们的化学和物理性质也是相同的。但在药物和食品中使用的天然与人工合成的番茄红素产品却有不同的生物学效果。国外食品法规中经过风险评估，目前不允许在保健食品中使用合成番茄红素，包括生物发酵法提取的番茄红素，仅允许其作为色素使用。中国目前也不允许在食品中添加。

英国剑桥有一项科研成果表明，通过多年研究，确定相比较人工合成的番茄红素，天然番茄红素中含有鲜番茄中更多的营养成分，如同样具有抗氧化功能的天然磷脂、亚油酸、亚麻酸、22碳烯酸、生育酚等，这些源于天然番茄的成分更易于人体吸收和利于人体健康。而人工合成的红素则含有一些不确定的风险。

生物发酵法可能会使用非食品来源的生物阻断剂，最终产品中可能含有有毒的化学残留对人体的影响目前不确定。

刘沐霖，惠伯棣等对人工合成品和天然产物两类番茄红素产品的生物学功能进行研究，结果表明二者存在差异并开发出对两者进行鉴定的方法。在实验中，首先应用C18-HPLC分析两者的类胡萝卜素组成，鉴定天然产物中番茄红素生合成的前体和后体，其次应用C30-HPLC分析两者中番茄红素几何异构体的组成，比较二者中番茄红素顺式异构体的比例。实验结果表明，天然产物中通常存在合成的前体（如：八氢番茄红素）和后体（β-胡萝卜素）。同时，存在一定比例的顺式异构体。根据这些结果，可对番茄红素的人工合成品和天然产物进行鉴定和区分。

以反相C18柱为固定相，在配备了二极管阵列检测器(PDA)的高压液相色谱上，根据本实验所描述的方法对天然产物样品中的合成前体八氢番茄红素和后体β-胡萝卜素组分进行定性检测。当组分的含量高于PDA检测器的检测下限10倍（一般大于0.5μg/ml）时，可获得清晰的吸收光谱信号，据此可对其定性为天然产物。     以反相C30柱为固定相，在配备了二极管阵列检测器(PDA)的高压液相色谱上，对番茄红素人工合成品和天然生物中番茄红素几何异构体的组成进行分析。当样品中番茄红素13-和5-顺式异构体的含量高于PDA检测器的检测下限10倍时，可获得清晰的吸收光谱信号，据此可对其定性为天然产物。实验结果表明，天然产物中通常存在合成的前体（如：八氢番茄红素）和后体（β-胡萝卜素）。同时，存在一定比例的顺式异构体。根据这些结果，可对番茄红素的人工合成品和天然产物进行鉴定和区分[14]。

胡俊平，杨健等人[15]研究了不同产地连翘电化学指纹图谱，通过分析图谱中的特征物理参数，达到鉴定连翘真伪和对不同产地连翘进行质量评价的目的。

中药指纹图谱的研究将近代分离手段和仪器分析技术应用于中药的质量控制，目的在于建立一种新的质量控制方法，因此，是一种具有创新性的研究工作。中药指纹图谱技术已涉及众多方法，包括薄层扫描（TLCS）、高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱法（GC）和高效毛细管电泳法（HPCE）等色谱法以及紫外光谱法（UV）、红外光谱法（IR）、质谱法（MS）、核磁共振法（NMR）和X—射线衍射法等光谱法。其中色谱方法为主流方法，尤其是HPLC、TLCS和GC已成为公认的三种常规分析手段。由于HPLC具有分离效能高、选择性高、检测灵敏度高、分析速度快、应用范围广等特点。中药成分绝大多数可在高效液相色谱仪上进行分析检测，且积累较丰富的应用经验。因此高效液相色谱法已成为中药指纹图谱技术的首选方法。随着HPLC—MS和GC—MS等联用技术的应用，中药指纹图谱技术更趋完善。由于产品识别的重要性，我们正在研发基因综合识别方法对少量掺有发酵法番茄红素的原料进行识别。

在人们对人工合成品的保健和抗病能力提出许多疑问的同时，有许多证据充分肯定了天然产物的效果，这是一个令消费者十分关注的问题。已有的证据表明：造成两者生物学功能差异的主要原因是两者在纯度上的差异。首先，天然产物中存在一定数量的非番茄红素类胡萝卜素（如：八氢番茄红素和β-胡萝卜素），它们是细胞中番茄红素合成的前体或后体。其次，番茄红素的人工合成品几乎100%由全反式异构体组成，而其天然品则含有相当数量的顺式异构体，如13-和5-顺式异构体。比较一致的观点认为：天然产物中各异构体之间在体内的协同作用是天然产物表现出显著生物学功能的重要保障。近年来，市场对于天然植物源的番茄红素需求急剧增加，天然番茄红素受到更多关注，也会是未来的市场所向。因此，开发和利用天然植物源番茄红素具有重大的科学和经济意义。

 

 

 

 

参考文献

 

[1]. Gerster H. The potential role of lycopene for human health[J]. Journal of American college of Nutrition, 1997, 16(2): 109-126.

[2]Paolo D, Stephan K, Helmut S. Lycopene as the most efficient biological carotenoid singlet oxygen quencher[J]. Archives of Biochemistry and Biophysics, 1989, 274(2):532-538.

[3]姜雨，王献仁，董诗源等．番茄红素的研究及应用[J]．疾病控制杂志，2008，12(1):66-69.

[4]Britt B, Kristin R. Tomato Consumption and Health: Emerging Benefits [J]. American Journal of lifestyle Medicine, 2011,5(2): 182-191.

[5]Juliet V E, Faith G D, Phyllis E B. Dietary and serum carotenoids and cervical

intraepithelial neoplasia[J]. Int J Cancer, 1991,48(1): 34-389.

[6]Giovannucci E, Ascherio A, Eric B R, etc. Intake of Carotenoids and Retino in Relation to Risk of Prostate Cancer[J]. Journal of the national cancer institute, 1995,87(23):1767-1776.

[7]Nancy J E, Steven K C, John Erdman J. Nutritional Aspects of Phytoene and Phytofluene,Carotenoid Precursors to Lycopene[J]. Advances in Nutrition, 2011, (2): 51-61.

[8]Mordente A, Guantario B, Meucci E, etc. Lycopene and Cardiovascular Diseases: An Update[J]. Current Medicinal Chemistry, 2011, 18(8): 1146-1163.

[9]王业勤，李勤生。天然类胡萝卜素研究进展一生产及应用．北京:中国医药科技出版社,1997．

[10]吴军林，吴清平，张菊梅等．番茄红素的微生物合成及发酵生产研究进展[J].食品科学.2013,Vol,34,No.19:336-340.

[11]Bhosale Pl. Environmental and cultural stimulants in the pro-duction of carotenoids from microorganisms [J]. Appl Microbiol Biotechno, 1 2004 , 63 :351- 361.

[12]Gavrilov AS, et al. Industrial production of a microbillogical method. Applied Biochemistry and Microbiology,1996, 32(5) :492-494.

[13]马兴群，刘雨，宋琦．一种发酵法生产番茄红素的方法[P]．山东:CN103525871 A , 2014-01-22．

[14]刘沐霖，惠伯棣，庞善春．番茄红素人工合成品与天然产物的鉴定[J]．食品科学，2007，Vol，28，No.09 :462-466．

[15] 胡俊平，杨健，任云，等.不同产地连翘的电化学指纹图谱[J].江苏农业科学，2017，45(24):173-175

 

 

 

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