番茄红素研究进展
番茄红素已被联合国粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO)、联合国食品添加剂委员会(JECFA)认定为A类营养素，并被50多个国家和地区作为具有营养与着色双重作用的食品添加剂，广泛应用于保健食品、医药和化妆品领域。 我国番茄资源丰富，尤其是新疆、甘肃、宁夏等地的番茄，番茄红素含量极高(一般在400毫升、公斤以上)，番茄酱生产厂每年都要扔掉大量的番茄皮、子。若用来生产高附加值的番茄红素，则可明显提高经济效益和生态效益
番茄红素(Lycopene)是一种脂溶性天然色素，是类胡萝卜素的一种。像其他类胡萝卜素一样，人体无法自身合成，只能从食物中摄取，并可在人体组织中累积，其中肝脏、肾上腺和睾丸中的番茄红素 水平较高。番茄红素广泛存在于番茄及其制品、西瓜、粉红色番石榴和粉红色葡萄柚等蔬菜水果中，是人们饮食中类胡萝卜素的主要来源之一，也是许多类胡萝卜素生物合成的中间体，占血清中类胡萝卜素的25%。由于番茄红素不具备β-芷香环结构，不表现维生素A的生理活性，故以前对它研究较少。然而最近的研究表明，番茄红素具有优越的生理功能：抗氧化性能在类胡萝卜素中最强，清除单线态氧效果是维生素E的100倍，是β-胡萝卜素的2倍；能有效预防前列腺癌、消化道癌等及心血管疾病的发生；是血清中与抗老化疾病相关的微量物质，可以抑制与老化相关的退行性疾病；能很好地保持淋巴细胞免受 ·NO2自由基造成的细胞膜损害或细胞坏死。因此，它是一种很有发展前途的新型功能性天然色素。
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番茄红素的生物合成途径
番茄红素的生物合成过程为：异戊烯焦磷酸(IPP)与其异构体二甲基丙烯基二磷酸(DMP)缩合产生牦牛儿基牦牛儿焦磷酸(GGPP )，2个GGPP缩合为预八氢番茄红素焦磷酸(PPPP)，再进一步转变为八氢番茄红素，在脱氢酶作用下，依次脱氢生成六氢番茄红素、链孢红素，最后脱氢生成番茄红素。
番茄红素的理化特性
顺反异构 天然存在的番茄红素全反式构型占95%，而在人体的各种组织中，顺式异构体的含量却相对较高，如血清、肺、肝脏、淋巴中的含量分别为52%、47.3%、57.9%、77.4%，尤其是在前列腺中高达80%。番茄红素在长时间加热、紫外线照射等条件下，容易发生异构体，产生部分顺式异构体，并发生氧化降解。目前共发现了约72个番茄红素的异构体。用高效液相色谱法(HPLC)证实，高纯度的全反式的番茄红素极易转变为9-，13-顺式异构体和氧化产物。并且发现，通常用紫外分光光度法测定的纯度值平均是HPLC法测得准确定量值的2.5 倍。
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番茄红素的稳定性
番茄红素稳定性很差，容易发生顺反异构化和氧化降解，尤其是高纯度番茄红素，由于缺少其他物质的保护，极不稳定，易被氧化破坏。
影响番茄红素稳定性的因素很多，如氧、光、热、酸、金属离子、氧化剂等。番茄红素对氧化敏感，钾、镁、钙、锌离子对番茄红素的影响不大，三价铁离子和二价铜离子的破坏较大，因此，贮存或加工时，应尽量避免光照及与铁、铜离子接触；番茄红素对酸不稳定，对碱稳定；氧化剂、还原剂和防腐剂对它的稳定性影响非常小，抗氧化剂能延缓番茄红素的损失；番茄红素对光十分敏感，尤其是日光直射，经过12小时的日光照射，番茄红素基本上损失殆尽，对紫外光和白炽灯光也较敏感；低于6.0kGy的辐射剂量对番茄红素影响不大。
番茄红素的呈色能力
番茄红素的深红色是由于它的晶体状态，而且受其粒径分布的影响。当晶体溶解后，番茄红素就失去在红色区的着色能力，这在多种有机溶剂中很容易发生。当番茄红素由树脂分散于水溶液时，取决于浓度，由黄变橙，而且不能用来赋予食品红色。因此，如何保持番茄红素最强的着色力至关重要。 专利EP608027A2技术通过直接分离番茄成色素细胞(其番茄红素以结晶方式存在)获得浓缩物，再脱水、冻干或以冷冻的形式用作食品着色剂，不需使用有机溶剂提取，避免了色素颜色的改变，但无法获得纯品。
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番茄红素的溶解性
番茄红素是脂溶性色素，可溶于非极性溶剂和脂肪烃、芳香烃、氯代烃(如乙烷、苯、氯仿)等有机溶剂，在各种溶剂中的溶解度随温度的上升而增加。
番茄红素的获得方法
番茄红素可通过化学合成、微生物发酵和植物提取3种途径获得。
化学合成法 日本国住友化学工业株式会社专利(00126828.7)，公开了一系列特定化学式的砜醛衍生物的制备方法和由此制备番茄红素的方法；瑞士霍夫闰罗奇公司的专利(98121387.1)，涉及生产一系列番茄红素的氧化代谢物和2，6-环番茄红素-1，5-二醇的多步方法，该化合物在抑制人体癌症细胞的生长方面显示了很好的生理活性；另据资料报道，以乙酸松油酯为原料，经过系列化学反应，合成番茄红素的代谢物：2，6-环番茄红素-1，5-二醇和5，6-二羟基-5，6-氢 番茄红素，两者是人体血液中重要的类胡萝卜素，具有防癌和抗癌作用。
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微生物发酵法 从品质、技术、生产周期、原料来源不受季节限制等方面分析，利用藻类、真菌和酵母发酵生产番茄红素，将是发展的方向。目前含番茄红素较高的有红色细菌，但还未能工业化生产；利用霉菌的发酵可生产番茄红素，但需避免环化反应，加入一些杂环氮化物如嘧啶、咪唑或烟碱，可抑制番茄红素的环化。 西班牙维塔特内公司申请的专利(00811634.2)，利用毛霉目的真菌如Blakeslea，choanepHora或Phycomyces进行深层培养，再提取发酵产物。GavrilovAs等人添加烟草的废弃物1%于霉菌的发酵液中，经110小时发酵，得到番茄红素约60～80毫克/100毫升。MinraYV等人利用产蛋白假丝酵母(其野生型是一种不能天然合成类胡萝卜素的食品酵母)的重组体，培养生产了番茄红素，得到758微克/克干重的八氢 番茄红素。
植物提取法 直接粉碎法将番茄皮粉碎，作为着色粉直接添加于食品中。
有机溶剂提取法 番茄红素可溶于乙醚、石油醚、已烷、丙酮，易溶于氯仿、二硫化碳、苯等有机溶剂。利用这一性质，一般选用亲油性有机溶剂提取番茄红素。 酶反应法日本专利(JP7924940，1979)，在微碱性条件下(pH7 .5～9.0)，使番茄皮自身的果胶酶和纤维酶反应，分解果胶和纤维素，使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。Dubodel等通过外加果胶酶和纤维素酶的方法，提取番茄红素。
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超临界流体萃取 超临界CO2萃取技术与传统的化学溶剂萃取法相比，其优越性有：(1)无化学溶剂消耗和残留，无污染，避免萃取物在高温下的热裂解，保护生理活性物质的活性。(2)工艺简单、能耗低，萃取剂无毒、易回收。 研究表明，采用超临界CO2萃取，在压力20～30MPa，温度40～55℃，流量20kg/h，时间1～2小时的条件下，可提取90%以上的番茄红素。 番茄红素产品的纯度可达5.68%，符合进出口产品的纯度和质量要求。日本的安本光政等研究了超临界CO2从番茄皮中提取番茄红素，原料微粉碎或经果胶酶、纤维素酶处理后，提取压力270kg/cm2，40℃提取，提取率达95%。
微波辐射萃取法 采用微波辐射能提高萃取效果。从宏观角度看，微波萃取的本质是对被萃取物料的内加热作用，能使萃取体系均匀地快速受热；从微观角度看，在固液浸取过程中，固体表面的液膜通常由极强性分子溶剂组成，在微波辐射作用下，强极性分子溶剂产生瞬间极化，并以2.45×109Hz 的频率作极性变换运动，这就对液膜和细胞膜产生一定的“扰动”效应，促使细胞破裂，从而使色素能被较快地提取出来。 张卫强等研究了微波法提取番茄红素的工艺条件，确定最佳提取工艺条件为：提取功率200W，提取溶剂6＃溶剂油，提取时间为80s，液固比(ml/g)为2∶1，提取级数为二级，总色素提取率为97.56 %。 与传统的索氏提取相比，微波法的最大优点是提取时间大大缩短，且提取率较高。但目前只适用于实验室，进行工业化生产的难度较大。
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超声波法萃取 番茄红素是脂溶性色素，用加热法浸提，时间较长，原因是有机溶剂不易渗透穿过物质的细胞膜，所以不能很好地将提取物从细胞器中溶出。采用超声波萃取可以提高其萃取效率，并能明显缩短提取时间。 超声波通过空化效应破碎细胞的过程，实际就是空化泡形成、振动、膨胀、压缩和崩溃闭合的过程，短时多次的工作方式，能使空化泡有足够的时间和更多的机会完成膨胀和爆炸过程，因此有利于细胞破碎和色素的提取。 超声波提取番茄红素的最佳工艺条件为：超声波输出功率为320W ，提取溶剂为一种香料酯类，提取时间为6min，每次辐射时间为3s，固液比为1∶2，提取级数为二级，总色素提取率为96.83%。
番茄红素微胶囊化技术
微胶囊化技术是近20年来迅速发展起来的一种新技术，利用天然或合成的高分子材料将固体的、液体的、甚至气体的微小颗粒，包裹在直径为1～50微米范围内的一种具有半透性或密封囊膜的微型胶囊里。此技术目前已广泛应用于医药、食品、化工等行业，可以很好地提高被包裹物质对光、热、氧气的稳定性，控制释放速度，避免受潮结块，延长商品的货架期。目前探讨了以明胶和蔗糖等作为壁材，喷雾干燥制备番茄红素微胶囊的工艺。研究表明，经微胶囊化后，番茄红素的稳定性大大提高；添加抗氧化剂可提高微胶囊化过程中番茄红素的保留率；微胶囊化效率较好的番茄红素皆为橙红色粉末，其水溶性、流动性和稳定性均佳。
原作者：左爱仁 范青生, 百拇医药
番茄红素(Lycopene)是一种脂溶性天然色素，是类胡萝卜素的一种。像其他类胡萝卜素一样，人体无法自身合成，只能从食物中摄取，并可在人体组织中累积，其中肝脏、肾上腺和睾丸中的番茄红素 水平较高。番茄红素广泛存在于番茄及其制品、西瓜、粉红色番石榴和粉红色葡萄柚等蔬菜水果中，是人们饮食中类胡萝卜素的主要来源之一，也是许多类胡萝卜素生物合成的中间体，占血清中类胡萝卜素的25%。由于番茄红素不具备β-芷香环结构，不表现维生素A的生理活性，故以前对它研究较少。然而最近的研究表明，番茄红素具有优越的生理功能：抗氧化性能在类胡萝卜素中最强，清除单线态氧效果是维生素E的100倍，是β-胡萝卜素的2倍；能有效预防前列腺癌、消化道癌等及心血管疾病的发生；是血清中与抗老化疾病相关的微量物质，可以抑制与老化相关的退行性疾病；能很好地保持淋巴细胞免受 ·NO2自由基造成的细胞膜损害或细胞坏死。因此，它是一种很有发展前途的新型功能性天然色素。
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番茄红素的生物合成途径
番茄红素的生物合成过程为：异戊烯焦磷酸(IPP)与其异构体二甲基丙烯基二磷酸(DMP)缩合产生牦牛儿基牦牛儿焦磷酸(GGPP )，2个GGPP缩合为预八氢番茄红素焦磷酸(PPPP)，再进一步转变为八氢番茄红素，在脱氢酶作用下，依次脱氢生成六氢番茄红素、链孢红素，最后脱氢生成番茄红素。
番茄红素的理化特性
顺反异构 天然存在的番茄红素全反式构型占95%，而在人体的各种组织中，顺式异构体的含量却相对较高，如血清、肺、肝脏、淋巴中的含量分别为52%、47.3%、57.9%、77.4%，尤其是在前列腺中高达80%。番茄红素在长时间加热、紫外线照射等条件下，容易发生异构体，产生部分顺式异构体，并发生氧化降解。目前共发现了约72个番茄红素的异构体。用高效液相色谱法(HPLC)证实，高纯度的全反式的番茄红素极易转变为9-，13-顺式异构体和氧化产物。并且发现，通常用紫外分光光度法测定的纯度值平均是HPLC法测得准确定量值的2.5 倍。
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番茄红素的稳定性
番茄红素稳定性很差，容易发生顺反异构化和氧化降解，尤其是高纯度番茄红素，由于缺少其他物质的保护，极不稳定，易被氧化破坏。
影响番茄红素稳定性的因素很多，如氧、光、热、酸、金属离子、氧化剂等。番茄红素对氧化敏感，钾、镁、钙、锌离子对番茄红素的影响不大，三价铁离子和二价铜离子的破坏较大，因此，贮存或加工时，应尽量避免光照及与铁、铜离子接触；番茄红素对酸不稳定，对碱稳定；氧化剂、还原剂和防腐剂对它的稳定性影响非常小，抗氧化剂能延缓番茄红素的损失；番茄红素对光十分敏感，尤其是日光直射，经过12小时的日光照射，番茄红素基本上损失殆尽，对紫外光和白炽灯光也较敏感；低于6.0kGy的辐射剂量对番茄红素影响不大。
番茄红素的呈色能力
番茄红素的深红色是由于它的晶体状态，而且受其粒径分布的影响。当晶体溶解后，番茄红素就失去在红色区的着色能力，这在多种有机溶剂中很容易发生。当番茄红素由树脂分散于水溶液时，取决于浓度，由黄变橙，而且不能用来赋予食品红色。因此，如何保持番茄红素最强的着色力至关重要。 专利EP608027A2技术通过直接分离番茄成色素细胞(其番茄红素以结晶方式存在)获得浓缩物，再脱水、冻干或以冷冻的形式用作食品着色剂，不需使用有机溶剂提取，避免了色素颜色的改变，但无法获得纯品。
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番茄红素的溶解性
番茄红素是脂溶性色素，可溶于非极性溶剂和脂肪烃、芳香烃、氯代烃(如乙烷、苯、氯仿)等有机溶剂，在各种溶剂中的溶解度随温度的上升而增加。
番茄红素的获得方法
番茄红素可通过化学合成、微生物发酵和植物提取3种途径获得。
化学合成法 日本国住友化学工业株式会社专利(00126828.7)，公开了一系列特定化学式的砜醛衍生物的制备方法和由此制备番茄红素的方法；瑞士霍夫闰罗奇公司的专利(98121387.1)，涉及生产一系列番茄红素的氧化代谢物和2，6-环番茄红素-1，5-二醇的多步方法，该化合物在抑制人体癌症细胞的生长方面显示了很好的生理活性；另据资料报道，以乙酸松油酯为原料，经过系列化学反应，合成番茄红素的代谢物：2，6-环番茄红素-1，5-二醇和5，6-二羟基-5，6-氢 番茄红素，两者是人体血液中重要的类胡萝卜素，具有防癌和抗癌作用。
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微生物发酵法 从品质、技术、生产周期、原料来源不受季节限制等方面分析，利用藻类、真菌和酵母发酵生产番茄红素，将是发展的方向。目前含番茄红素较高的有红色细菌，但还未能工业化生产；利用霉菌的发酵可生产番茄红素，但需避免环化反应，加入一些杂环氮化物如嘧啶、咪唑或烟碱，可抑制番茄红素的环化。 西班牙维塔特内公司申请的专利(00811634.2)，利用毛霉目的真菌如Blakeslea，choanepHora或Phycomyces进行深层培养，再提取发酵产物。GavrilovAs等人添加烟草的废弃物1%于霉菌的发酵液中，经110小时发酵，得到番茄红素约60～80毫克/100毫升。MinraYV等人利用产蛋白假丝酵母(其野生型是一种不能天然合成类胡萝卜素的食品酵母)的重组体，培养生产了番茄红素，得到758微克/克干重的八氢 番茄红素。
植物提取法 直接粉碎法将番茄皮粉碎，作为着色粉直接添加于食品中。
有机溶剂提取法 番茄红素可溶于乙醚、石油醚、已烷、丙酮，易溶于氯仿、二硫化碳、苯等有机溶剂。利用这一性质，一般选用亲油性有机溶剂提取番茄红素。 酶反应法日本专利(JP7924940，1979)，在微碱性条件下(pH7 .5～9.0)，使番茄皮自身的果胶酶和纤维酶反应，分解果胶和纤维素，使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。Dubodel等通过外加果胶酶和纤维素酶的方法，提取番茄红素。
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超临界流体萃取 超临界CO2萃取技术与传统的化学溶剂萃取法相比，其优越性有：(1)无化学溶剂消耗和残留，无污染，避免萃取物在高温下的热裂解，保护生理活性物质的活性。(2)工艺简单、能耗低，萃取剂无毒、易回收。 研究表明，采用超临界CO2萃取，在压力20～30MPa，温度40～55℃，流量20kg/h，时间1～2小时的条件下，可提取90%以上的番茄红素。 番茄红素产品的纯度可达5.68%，符合进出口产品的纯度和质量要求。日本的安本光政等研究了超临界CO2从番茄皮中提取番茄红素，原料微粉碎或经果胶酶、纤维素酶处理后，提取压力270kg/cm2，40℃提取，提取率达95%。
微波辐射萃取法 采用微波辐射能提高萃取效果。从宏观角度看，微波萃取的本质是对被萃取物料的内加热作用，能使萃取体系均匀地快速受热；从微观角度看，在固液浸取过程中，固体表面的液膜通常由极强性分子溶剂组成，在微波辐射作用下，强极性分子溶剂产生瞬间极化，并以2.45×109Hz 的频率作极性变换运动，这就对液膜和细胞膜产生一定的“扰动”效应，促使细胞破裂，从而使色素能被较快地提取出来。 张卫强等研究了微波法提取番茄红素的工艺条件，确定最佳提取工艺条件为：提取功率200W，提取溶剂6＃溶剂油，提取时间为80s，液固比(ml/g)为2∶1，提取级数为二级，总色素提取率为97.56 %。 与传统的索氏提取相比，微波法的最大优点是提取时间大大缩短，且提取率较高。但目前只适用于实验室，进行工业化生产的难度较大。
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超声波法萃取 番茄红素是脂溶性色素，用加热法浸提，时间较长，原因是有机溶剂不易渗透穿过物质的细胞膜，所以不能很好地将提取物从细胞器中溶出。采用超声波萃取可以提高其萃取效率，并能明显缩短提取时间。 超声波通过空化效应破碎细胞的过程，实际就是空化泡形成、振动、膨胀、压缩和崩溃闭合的过程，短时多次的工作方式，能使空化泡有足够的时间和更多的机会完成膨胀和爆炸过程，因此有利于细胞破碎和色素的提取。 超声波提取番茄红素的最佳工艺条件为：超声波输出功率为320W ，提取溶剂为一种香料酯类，提取时间为6min，每次辐射时间为3s，固液比为1∶2，提取级数为二级，总色素提取率为96.83%。
番茄红素微胶囊化技术
微胶囊化技术是近20年来迅速发展起来的一种新技术，利用天然或合成的高分子材料将固体的、液体的、甚至气体的微小颗粒，包裹在直径为1～50微米范围内的一种具有半透性或密封囊膜的微型胶囊里。此技术目前已广泛应用于医药、食品、化工等行业，可以很好地提高被包裹物质对光、热、氧气的稳定性，控制释放速度，避免受潮结块，延长商品的货架期。目前探讨了以明胶和蔗糖等作为壁材，喷雾干燥制备番茄红素微胶囊的工艺。研究表明，经微胶囊化后，番茄红素的稳定性大大提高；添加抗氧化剂可提高微胶囊化过程中番茄红素的保留率；微胶囊化效率较好的番茄红素皆为橙红色粉末，其水溶性、流动性和稳定性均佳。
原作者：左爱仁 范青生, 百拇医药