更新时间：2023-11-18 09:49
番茄红素，是植物性食物中存在的一种类胡萝卜素，也是一种红色素。深红色针状结晶，溶于氯仿、苯及油脂中而不溶于水。对光和氧不稳定，遇铁变成褐色。分子式C40H56，相对分子质量536.85。分子结构上有11个共轭双键和2个非共轭双键，组成为一种直链型碳氢化合物。没有维生素A的生理活性，但具有很强的抗氧化功能。成熟的红色植物果实中含量较高，尤以番茄、胡萝卜、西瓜、木瓜及番石榴等中更为丰富。在食品加工中可用作色素，也常用作抗氧化保健食品的原料。
番茄红素（lycopene）广泛存在于番茄、番茄制品及西瓜、葡萄柚等水果中，是成熟番茄中的主要色素，也是常见的类胡萝卜素之一。1989年，MASCIO发现番茄红素在所有类胡萝卜素中对单线态氧的猝灭活性最高。随后，对番茄红素的功能研究成为一大热点，研究内容涉及番茄红素的吸收和代谢，番茄红素降低前列腺癌等多种肿瘤和心血管疾病等发生的风险，以及番茄红素的提取和测定方法等。目前，番茄红素不仅已广泛用作天然色素，而且也已越来越多地应用于功能食品、药品和化妆品中。
1873年，Hartsen首次从浆果薯蓣TamuscommunisL.中分离出这种红色晶体。1875年，Millardet从番茄中萃取出含有番茄红素的粗提物。20世纪初，人们开始对番茄红素的基本化学结构进行研究。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。其分子式为C40H56，分子量为536．85，纯品为针状深红色晶体。
20世纪50年代，美国的医学专家就首次报道番茄红素具有抗癌效应，后经流行病学调查和多次动物实验，证明番茄红素确实具有预防和抑制恶性肿瘤的作用。1985至1991年，意大利医学研究院用大剂量番茄红素进行预防癌症试验证实，血清番茄红素浓度与胃癌发病率成负相关，番茄红素可降低肿瘤发病率；日本医学机构对4个胃癌发病率不同的地区进行调查发现，血浆番茄红素的浓度越高，胃癌发病率越低；1992年，美国哈佛大学医学院试验证明血中番茄红素的水平与胰腺癌呈负相关。1997年，美国癌症研究大会及美国癌症协会的年报指出，番茄具有良好的抗癌作用，并将西红柿推荐为抗癌食品。
番茄红素是一种不饱和烯烃化合物，是成熟番茄中的主要色素，也是常见的类胡萝卜素之一。番茄红素不具有β-胡萝卜素的β-芷香酮环结构，故在体内不能转变为维生素A，不属于维生素A原。分子式为C40H56，有多种顺反异构体。番茄红素是脂溶性物质，难溶于水、甲醇、乙醇，可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，易溶于氯仿、二硫化碳、苯等有机溶剂。番茄红素分子中有11个共轭双键和2个非共轭双键，故其稳定性很差，容易发生顺反异构反应和氧化降解。影响番茄红素稳定性的因素包括氧、光、热、酸、金属离子、氧化剂和抗氧化剂等。
番茄红素吸收率高于α-胡萝卜素和β-胡萝卜素，但也受很多因素的影响。顺式构型比反式构型的番茄红素更易吸收。天然存在的番茄红素绝大部分是全反式构型，而在人体组织中则大部分为顺式构型（>50%），且体内番茄红素顺式构型所占比例并不随食物中番茄红素构型的差异而改变。目前认为，反式构型的番茄红素在吸收之前即大部分在胃肠道变构为顺式构型。食物中的蛋白质－胡萝卜素复合物、大量的可溶性膳食纤维（如果胶） 、结合胆固醇和树脂，以及缺乏铁、锌和蛋白质，患肠道疾病等都可能干扰番茄红素的吸收。热加工可将部分天然番茄红素的反式结构转变为顺式结构，且食物基质中脂类可促进番茄红素的释放，加入油脂热处理后的番茄红素比未加工的番茄红素更易吸收。
不同的人体实验报道，番茄红素的半减期可在2～3天到10～33天之间。番茄红素营养状况一般可通过对血清番茄红素浓度来判断。美国成年人血清番茄红素含量多在0.42～0.47μmol/L之间，但我国与欧美国家膳食结构与番茄红素的摄入量差异较大，目前尚缺乏我国居民血清番茄红素含量的较系统的基础数据，有文献报道对上海市某社区30～92岁的69名成年人血清样品进行测定，番茄红素平均含量约为0.32μg/mL（约0.59μmol/L）。
番茄红素在人体主要分布在睾丸和肾上腺中，肝脏、脂肪组织、前列腺及卵巢中分布也较多。脑组织中未能测出番茄红素（提示其可能无法越过血－脑屏障进入脑组织）。血中与组织中的番茄红素浓度在一定剂量范围内成正相关关系。人体内含有的类胡萝卜素约50%是番茄红素，并且番茄红素也是人乳中含有的主要类胡萝卜素之一。
目前对体内番茄红素的代谢产物还了解甚少，仅在人的血清、皮肤及乳汁中检测到2种氧化代谢物，即5,6-二羟基-5,6二氢番茄红素及1,5-二羟基-2,6-环氧番茄红素。据推测番茄红素可能首先氧化生成环氧化物，然后再被还原，生成5,6-二羟基-5,6-二氢番茄红素。未被吸收的番茄红素主要通过粪便排泄，分布在皮肤中的部分可因表皮的角化、脱落而丢失。
番茄红素所具有的长链多不饱和烯烃分子结构，使其具有很强的消除自由基能力和抗氧化能力。目前对其生物学作用的研究主要集中在抗氧化、降低心血管疾病风险、减少遗传损伤和抑制肿瘤发生发展等方面。
氧化损伤被认为是引起癌症和心脑血管疾病发病增加的主要原因之一。番茄红素的体外抗氧化能力已得到许多实验证实，番茄红素猝灭单线态氧的能力是目前常用的抗氧化剂β-胡萝卜素的2倍多，是维生素E的100倍。
番茄红素可深入清除血管垃圾，调节血浆胆固醇浓度，保护低密度脂蛋白（LDL）不受氧化，还可修复完善被氧化的细胞，促进细胞间胶质形成，增强血管柔韧度。一项调查研究显示，血清番茄红素浓度与脑梗死和脑出血的发病机率呈负相关。番茄红素抗家兔动脉粥样硬化的研究表明，番茄红素能有效地降低家兔血清总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，其效果与氟伐他汀钠相当。另有研究显示，番茄红素对局部脑缺血有保护作用，其主要通过抗氧化、清除自由基作用抑制神经胶质细胞活性，缩小脑灌注损伤的面积。
番茄红素还有降低皮肤受辐射或紫外线（UV）伤害等功能。当UV照射皮肤时，皮肤中的番茄红素与UV产生的自由基结合，保护皮肤组织免受破坏，与未照射UV的皮肤相比，番茄红素减少31%~46%，其它成分含量几乎不变。有研究表明，通过平时摄入富含番茄红素的食物可对抗UV，避免UV照射产生红斑。番茄红素还可淬灭表皮细胞中的自由基，对老年色斑有明显的褪色作用。
番茄红素可活化免疫细胞，保护吞噬细胞免受自身的氧化损伤，促进T、B淋巴细胞增殖，刺激效应T细胞的功能，促进某些白介素产生及抑制炎症介质生成。研究发现，中等剂量服用番茄红素胶囊，可提高人体的免疫力，减轻急性运动对机体免疫力的损害。
哺乳动物不能自行合成番茄红素，必须从蔬菜和水果中获得。番茄红素主要存在于番茄、西瓜、葡萄柚和番石榴等食物中。番茄红素在番茄中的含量随品种和成熟度的不同而异。成熟度越高，其番茄红素含量亦越高。新鲜成熟番茄中番茄红素含量一般为31～37mg/kg，常食用番茄汁/酱中番茄红素含量按浓度和制作方法不同约为93～290mg/kg，番茄红素含量较高的水果还有番石榴（约52mg/kg），西瓜（约45mg/kg），葡萄柚（约14.2mg/kg）等。胡萝卜、南瓜、李、柿、桃、芒果、石榴、葡萄等水果和蔬菜中也可提供少量番茄红素（0.1～1.5mg/kg）。
除在人体实验发现两例番茄红素血症外，目前尚未见人摄入番茄红素中毒或番茄红素过量导致其它不良反应的报导。两例番茄红素血症均为长期大剂量摄入番茄和富含番茄红素的食物所致，主要表现为皮肤橙染，且该症状在停止摄入后逐渐消失。
番茄红素血症目前已被美国食品与营养委员会（Food and Nutrition Board，Institute ofMedicine，2000）认为是可逆的无害效应。
在动物实验中，天然番茄红素的经口半数致死量（median lethal dose，LD50）均>5000mg/kg BW。对合成番茄红素，4周灌胃最高剂量1000mg/kg BW及13周灌胃500mg/kg BW均无阳性发现。每日给予大鼠1000mg/kg BW剂量的番茄红素100天，或每日给予20mg/kg BW的番茄红素200天，未观察到任何由受试物引起的毒性反应。犬喂饲100mg/kg BW的番茄红素192天，除观察到肝和肾有轻微色素沉着外，未观察到任何毒性反应。在大鼠一年喂养实验中，中剂量组（50mg/kg BW）的血清谷丙转氨酶（alanineaminotransferase，ALT）和谷草转氨酶（aspartatetransaminase，AST）有所降低，而高剂量组（250mg/kg BW）的ALT和AST均升高，且在停止摄入13周后，谷草转氨酶活性有所恢复，但谷丙转氨酶只是部分恢复，故将50mg/kg BW定为未观察到有害作用的水平（No Observed Adverse EffectLevel，NOAEL）。在使用大鼠（最高剂量3000mg/kg BW）和兔（最高剂量2000mg/kg BW）进行的生殖和发育毒性研究中均无阳性发现。番茄红素的遗传毒性实验研究（体内微核实验，TK基因突变实验，染色体畸变实验等）均表明其不具有诱变性。
根据Minte公司的“全球新产品数据库”（GNPD），2003~2010年，全球共推出418种含有番茄红素的新产品。这些产品涵盖了食品、补充剂和化妆品领域，其中含番茄红素的补充剂是最受欢迎的产品。
GNPD数据显示，全球共177种含有番茄红素的补充剂新产品。国家食品药品监督管理局（CFDA）可查询到，获得国食健字的番茄红素的保健品有31种，其中进口保健品2种，其他均为国产保健品。这31种保健品主要用于抗氧化、延缓衰老、增强免疫力、调血脂等，其中有2种是片剂，1种油剂，其余均为胶囊。
GNPD数据显示，含番茄红素的护肤新产品有81种，彩妆51种。典型的产品如番茄红素保湿乳液等，有美白和抗衰老效果。国产产品有番茄红素美白精华涂抹针，具有抗氧化、抗过敏、美白的功效。
在食品和饮料领域，番茄红素获得了欧洲的“新颖食品”批准和美国的GRAS（通常被认为是安全的）身份，其中非酒精饮料最受欢迎。GNPD数据显示，有20种新产品：面包、早餐麦片等领域7种；加工肉类、鱼类和蛋类领域7种；奶制品领域7种；巧克力和糖果领域6种；酱料和调味料5种；甜点和冰淇淋5种。将其应用于乳制品中，既保持了乳制品的营养又丰富了其保健功能。
肉制品在加工和贮藏过程中由于氧化作用会发生色泽、质地和风味的改变。同时，随着贮藏时间的增加，微生物尤其是肉毒杆菌的繁殖，还会使肉品腐败变质，因此常以化学防腐剂亚硝酸盐来抑制微生物生长，防止肉腐败变质和改善肉品风味和颜色。但研究发现，亚硝酸盐在特定条件下会与蛋白质分解产物结合形成致癌物亚硝胺，因此在肉品中添加亚硝酸盐一直以来都饱受争议。番茄红素是西红柿等果实红色色素的主要成分，其抗氧化能力极强，具有良好的生理功能，可作为肉制品的保鲜剂、着色剂。另外，富含番茄红素的番茄制品的酸性会降低肉品pH值，会在一定程度上抑制腐败微生物的生长，因此，可以作为肉类食品的防腐保鲜剂，起到部分替代亚硝酸盐的作用。
氧化劣变是食用油在贮藏过程中常常发生的不良反应，不仅导致食用油质量变化甚至失去食用价值，更严重的是长期摄入劣变的食用油会衍变出各种疾病。
为了延缓食用油的劣变发生，在加工中常添加某些抗氧化剂。但随着人们食品安全意识的提高，各种抗氧化剂的安全性问题也不断被提出，因此，寻找安全的天然抗氧化剂成为食品添加剂的一个重点。番茄红素具有优越的生理功能，且抗氧化性强，能高效猝灭单线态氧和清除自由基，抑制脂质的过氧化。因此，将其添加到食用油中可缓解油脂劣变。
番茄红素作为一种极具潜力的类胡萝卜素化合物，不能在人体中自行合成，须通过饮食等补充获得，在发现番茄红素的生理功能后，以色列的Ly-cored Natural Products Industries Ltd. 率先开发番茄红素产品。另外，美国Henkel公司及日本Makhtshim公司等分别生产出了以番茄红素为主要活性成分的药品，其主要作用包括降低血压，治疗高血胆固醇、高血脂，降低癌细胞等，具有较显著的疗效。目前少见国内有应用番茄红素为食品或药品原料的报道。
番茄红素可作为维持人体健康的营养补充剂，日本人制成的番茄红素油树脂已广泛应用于饮料、冷食、肉制品及焙烤食品。由于番茄红素的特殊功能，它也是开发现代意义的功能性食品的功能因子，如制成抗氧化保健胶囊，或与其他药用植物配伍后制成药膳罐头。
我国已批准合成番茄红素（INS No.160d）作为着色剂（GB 2760—2011《食品添加剂使用标准》），用于饮料（包装饮用水除外），最大使用量15mg/kg；糖果，最大使用量60mg/kg；固体汤料，最大使用量390mg/kg；半固体复合调味料，40mg/kg（以上均以纯番茄红素计）。番茄红素也被用于抗氧化，增强免疫力等功能的保健食品。食品添加剂联合专家委员会（Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives，JECFA）2006年认为番茄红素可作为色素和营养素补充剂使用。
欧盟2008年将含非维生素和矿物质的食物补充剂分为6类（氨基酸、酶、必需脂肪酸、益生菌、植物来源物质、其它类），番茄红素被列为“其它类”。并于2009年先后批准了合成番茄红素、天然番茄红素、从三孢布拉氏霉（Blakesleatrispora）提取的番茄红素作为食品新成分进入市场，还批准了从番茄中提取的番茄红素油脂产品作为特殊治疗用食品新成分。
澳大利亚/新西兰认为从番茄提取的番茄红素为非传统食品、亦非新资源食品，但确定没有安全问题，已批准作为食品添加剂，编号为160d，可作为着色剂和膳食补充剂使用。
国际食品法典委员会（Codex AlimentariusCommission，CAC）批准3种来源的番茄红素，即西红柿提取、三孢布拉霉提取和人工合成的番茄红素（INS No.160d）为食品着色剂，并认为不需要确定其ADI值。
2006年美国诚信营养保健品协会（Councilfor Responsible Nutrition，USA）对番茄红素进行了风险评估，提出“观察到的安全剂量（Observed Safe Level，OSL）”为75mg/d。该评估是基于2006年前已发表并经同行评议的30余篇人体干预实验研究。在这些实验中，最高剂量为150mg/d（连续7天摄入）；其次为75mg/d（15个健康成人，持续28天）；最长持续时间为140天（健康成人13.3mg/d），均未观察到不良作用，故不能推导出可耐受最高摄入量（Tolerable UpperIntake Level，UL）。根据动物实验数据所推算出的OSL为270mg/d。
番茄红素的提取分离方法主要有有机溶剂提取法、酶反应法、微生物发酵法、人工合成法、超临界CO2萃取法、微波法等。 其中最传统的方法是溶剂提取法（即浸提法），但传统的浸提方法存在着浸提时间长、劳动强度大、原料与处理能耗大、热敏性组份易破坏等缺点。化学合成的番茄红素中含多种异构体和杂质，因而禁止在保健品中使用，市场份额锐减；而天然提取法受限于原料，成本难于进一步降低且生产明显受季节影响。 因而，开发微生物发酵生产法近年来呈现明显的优势。
番茄红素在自然界中分布十分广泛。现阶段，人们逐渐意识到合成色素对人体的危害，因此从天然植物中提取番茄红素成为较普遍的方法。
原理：番茄红素是一种具有11个碳碳不饱和双键的脂肪烃，它不溶于水，难溶于甲醇、乙醇，可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，易溶于氯仿、二硫化碳、苯等有机溶剂。根据这一性质，可利用亲脂性有机溶剂从番茄中提取番茄红素。
工艺流程：番茄→捣碎成泥→烘干→粉碎→有机溶剂浸提→提取液→过滤→滤液→浓缩→粗品
提取pH、提取温度、提取时间是影响提取效果的最主要因素。有机溶剂提取法设备少，工艺简单，操作方便，但由于番茄中还含有其它成分，而且有机溶剂会有痕量残留。只单单采用溶剂萃取，得到的产品一般纯度不高，番茄红素含量约在5%-15%左右，而且通常不会产生番茄红素晶体，而是一种呈油状的物质，即番茄红素油树脂。
原理：物质在较高的压力下，液相和气相差别缩小，达到某一温度与压力时，差别消失合并成一相，此状态成为临界点，此时的温度和压力分别称为临界温度和临界压力，当温度和压力超过临界点时，其流体的性质介于液体和气体之间，称为超临界流体。
超临界流体具有气液两重性的特点，既有与气体相当的高渗透能力和低的粘度，又有与液体相近的密度和对物质优良的溶解能力。它可从原料中提取出有用成分，从而实现所需要的分离目的，特别适于番茄红素等热敏性成分。
工艺流程：新鲜大红番茄原料→打浆→压榨过滤→真空干燥→粉碎→过筛→称重→装萃取槽、密封→控制适宜的工作参数→静态、动态萃取→降压分离→由分离柱获得番茄红素→产品质量检测
原理：酶反应法主要是利用番茄皮自身所含有的酶发生反应来提取番茄红素。方法是在碱性条件下，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。
工艺流程：清洗新鲜番茄（粗称）→100℃热烫去皮（5～7s完成）→打浆→加热钝化酶活（85℃，20min）→冷却到55℃，调pH值4.5左右（用磷酸和氢氧化钠）→加果胶酶和纤维素酶混合酶（加量0.5g/100g番茄两种酶比列为1∶2）处理2h→粗滤去核→加入含2%二氯甲烷的石油醚萃取，物料比1∶3左右→分离塔分离→成品
此方法与传统的有机溶剂提取法相比，缩短了提取时间，同时提取率也有了显著的提高。
原理：先用KOH溶液对预处理的番茄进行第一次碱洗皂化，除去番茄中大部分脂肪酸甘油酯及各种游离脂肪酸，然后用有机溶剂提取得到番茄红素粗提物，再对粗提物进行二次皂化，使番茄细胞碎片中的蛋白质、脂肪酸、脂肪酸甘油酯分开，形成水溶性皂化物，释放出其中包含的水不溶性番茄红素，最后用重结晶法得到纯度较高的番茄红素晶体。
工艺流程：新鲜番茄→清洗→冷冻脱水→有机溶剂进行预处理→水浴中加碱皂化→水洗至中性→混合溶剂提取→获得富含番茄红素的萃取液→减压蒸馏浓缩→番茄红素油树脂→番茄红素油树脂与丙三醇混合均匀→加入 KOH的乙醇溶液，充分反应后加蒸馏水混匀→静置分层，将油相水洗至中性→再用乙醇洗2～3次→处理后的油树脂在50℃丙酮中溶解，除去不溶物，常温放置8h，得到番茄红素晶体。
皂化过程中皂化比例显著影响产量，皂化温度和皂化时间也有影响，但影响程度逐渐降低。
原理：萃取时，微波穿透萃取介质并渗透深入到物质细胞内部，使物料内部的极性分子随外电磁场的变化而发生激烈的碰撞和摩擦，使物料内部的温度迅速升高，从而引起细胞破裂，使细胞内的有效性成分自由流出而被溶剂溶解。
工艺流程：新鲜番茄洗净→打浆→加入有机溶剂微波加热提取→过滤→真空蒸发有机溶剂→成品
除了从番茄中提取番茄红素之外，还可以采用藻类和真菌及酵母发酵制备番茄红素。异戊烯焦磷酸（IPP）作为番茄红素合成途径中第一个较为直接的前体物质，是由葡萄糖转化而来。番茄红素的类异戊二烯代谢途径合成过程详见图 。
含番茄红素较高的有红色细菌属，但还未能工业化生产。利用霉菌的发酵可生产番茄红素，但因番茄红素经环化酶作用可形成多种类胡萝卜素，需避免环化反应。
利用基因工程和生物技术已能部分控制番茄红素合成过程中前体物质的转化方向，如使FPP竞争性地从生成麦角固醇转向番茄红素。微生物发酵生产番茄红素技术目前未能达到工业化生产的规模，但发酵法成本及污染相对较低，如能进一步提高菌体的贮存力和转化力，是实现工业化生产番茄红素经济而有效的途径。
随着人们对膳食养生的关注，番茄红素越来越受到欢迎。除此，在饲料添加剂等方面也备受关注。研究表明，番茄红素用于水产养殖，可使水产动物体色鲜艳，品质提高；与叶黄素混合制成类胡萝卜素制剂，可预防动物维生素的缺乏。现阶段利用微生物发酵生产番茄红素，生产周期短、不受场地和季节限制，使用的原材料大部分是低廉的粮食作物，生产成本低，安全无毒。随着研究的日渐深入，各个领域创新产品的不断涌现，番茄红素具有良好的应用前景。
我国是个农业大国，每年番茄产量达1000多万t，如能充分利用资源优势开发番茄红素，其国际国内市场潜力难以估量。中国是仅次于美国、意大利的第三大番茄生产国，番茄产量约占全球的20％左右，其中90％以上的番茄产在新疆。在中国研发生产番茄红素产品，成本较国外进口的产品低，同时中国还有品质优良的原料优势。番茄产业被称为“红色产业”，而番茄红素的开发被纳入“国家863计划”中，受到高度重视。