番茄红素 (Lycopene)又称ψ，ψ—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，
1 番茄红素的分子结构
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C40 H56，分子量为536.85。 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[2] 。
2番茄红素的理化性质
2. 1 番茄红素的稳定性
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。溶液中的Fe 3+和Cu 2+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+ 、Mg 2+ 、Ca 2+ 、Zn 2+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，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[3] 。由此可见，影响番茄红素稳定性的因素有氧、光、金属离子pH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。
2.2 番茄红素的呈色能力
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[4] 。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。
2.3 番茄红素 的溶解性
番茄红素是脂溶性色素，可溶于其他脂类和非极性溶剂中，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[5] ，虽然提高温度可加速其溶解，但冷却时可能会出现结晶，这时可利用超声波加速其溶解。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。
3 番茄红素的来源
番茄红素主要来源于番茄(Tomato)、西瓜(Watermelon) ,胡萝卜(Carrnt)、葡萄(Grape)、粉红葡萄袖(Pink gape-fruit)、草幕(Strawberry)、柑桔(Citrus)等果实，其中以番茄含量最高，而且其含量随品种和成熟度的不同而异。一般番茄果实中番茄红素的含量约为3～8mg/100g,在某些番茄品种(Lycopersicon pimpinellifolium )的果实中，番茄红素的含量可达40mg/100g。而且在未成熟的果实中，番茄红素的含量相对较低，完全成熟时其含量则达到最大值，一般为类胡萝卜素总量的64%～76%[6] 。
4 番茄红索的提取工艺研究
番茄红素是脂溶性色素，可采用有机溶剂提取法，酶法超临界CO2萃取法，高速逆流色谱法，微波辐射萃取法等提取工艺。
4.1 有机溶剂提取法
番茄红素是脂溶性色素，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。而在诸多的有机溶剂中，选用氯仿作有机溶剂来提取番茄红素效果最好。主要步骤包括:新鲜番茄或番茄皮干燥、粉碎，选用一种有机溶剂或混合溶剂作为萃取液进行固液萃取，最后将萃取液真空浓缩，得到番茄红素的粗制品，此法简单易行[7] 。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。
4.2 酶法提取
日本一专利介绍了利用番茄皮自身果胶酶和纤维素酶反应来提取番茄红素[8] 。其工艺为：
番茄打浆粉碎→加碱调节pH值7.5～9. 0→45℃～60℃加热搅拌5h→过滤除去表皮、种子和纤维等残渣，得提取液将抽提液pH值调整为4.0一4.5，类胡萝卜素凝聚沉淀静置，虹吸除去上部浑浊液，得番茄红素沉淀→沉淀调整pH后干燥真空浓缩→成品加食盐保存。
而Dubodel等人通过外加果胶酶和纤维素酶的方法来提取番茄红素[9] 。其工艺流程为：
清洗鲜番茄→100℃热烫去皮→用高速搅拌机打浆粉碎→添加0.2%～0.5%的果胶酶、纤维素酶，在50℃条件下处理3h，除去90%的果胶、纤维素等非色素物质→离心→沉淀用96%的乙醇洗涤、过滤→乙醇和植物油提取→分离油相、产品。
4.3 超临界CO2萃取法
Sun，Q,J等人(1998)采用超临界CO2作萃取剂从液体或固体物料中萃取、分离和纯化有效成分，共考察了四个因素:萃取压力(7.5mPa～30.0mPa)，温度(40℃～50℃)，C仇流速(5kg/h～50kg/h)，萃取时间(0.5h～4.0h)，得到了最佳工艺条件为：压力为15mPa～20mPa，温度40℃～50℃，流量20kg/h，时间1h～2h，其得率可达到卯%以上[10—11] 。
4.4 高速逆流色谱法
高速逆流色谱(High～Speed Countercurrent Chromatogra-phy,简称HSCCC)技术是一种高效快速的新型液一液分配色谱技术，与传统的柱色谱需使用固体填料不同，该分离方法是在两相之间进行，在高速运转产生重力场的条件下，使固定相在分离柱中实现高的保留而进行分离，因而没有不可逆吸附，具有样品无损失、无污染、高效、快速和大制备量分离的优点[12] 。国外有报道在实验中首次采用高速逆流色谱来提取番茄红素，所得到的样品是从100mg含有9%番茄红素的番茄粗提物中分离出来的.最后用高效液相色谱检验出其纯度达到98.5%。采用的溶剂是由己烷、二氯甲烷、乙腈按10：3.5：6.5组成的非水混合物[13] 。
4.5 微波辐射萃取法
微波辐射萃取技术(Microwave Assisted Extraction，简称为MAE)是指使用微波及合适的溶剂在微波反应器中从各种物质中提取各种化学成分的技术与方法。由于番茄红素是一种脂溶性色素，不易渗透穿过物质的细胞壁和细胞膜，因此提取时间较长，不能很好的将提取物从细胞壁中溶出。而采用微波辐射萃取的最大优点就是大大缩短了萃取时间，
且提取率较高，产品品质好，质地纯且无环境污染等，在天然色素的提取工艺中具有很广阔的应用前景。张卫强等人[14]经过实验得出了一种最佳工艺条件:提取溶剂为6#溶剂油，微波频率为2450mHz，功率为200W，萃取时间80s，液固比(mL/g) 2：1，经过二级提取可使番茄红素的提取率达到97.56%。
5 发酵法生产番茄红素
除了可以从番茄等果实中提取番茄红素之外，还可利用藻类和真菌及酵母发酵制备番茄红素。目前含番茄红素较高的有红色细菌〔倒，但还未实现工业化生产;利用霉菌Blakes-lea trispora的发酵可以生产番茄红素，但需避免环化反应，加人一些杂环氮化物如嗜吮、咪哩或烟碱可以抑制番茄红素的环化，GavrilovA．s等人(1996年)添加1%烟草的废弃物于霉菌的发酵液中，经一定时间发酵，得到番茄红素约60～80mg/100mL；Minra.y等人利用产蛋白假丝酵母的重组培养生产番茄红素，产蛋白假丝酵母是一种不能天然合成的类胡萝卜素的食品酵母，他们将欧氏杆菌中控制番茄红素合成的基因转入产蛋白假丝酵母，得到758Wμg/g重的番茄红素和407μg/g干重的八氢番茄红素。
6 番茄红素的纯化结晶
番茄中除番茄红素外还含有其它成分，如糖分、果胶、无机盐、有机酸和醋类物质等，为了得到纯度更高的番茄红素晶体，必须对其进行预处理，洗掉其中的水溶性物质或将固液萃取后的番茄红素油树脂进一步进行纯化。专利报道，将番茄红素油树脂溶解在丙三醇中，加KOH溶液，进行皂化反应，可将番茄细胞碎片中的蛋白质、脂肪酸、二甘油脂、三甘油脂和脂肪酸醋分开，形成水溶性皂化产物，释放出其中包含的水不溶性番茄红素。
7 番茄红素的保健作用
目前普遍认为，番茄红素的作用机理主要有以下几个方面：
(1)抗氧化作用：单线态氧是很强的自由基，能够与许多氧气不能发生反应的分子直接结合。番茄红素作为一种强抗氧化剂，能够摔灭单线态氧和清除自由基，防止脂蛋白和DNA受到氧化破坏，从而预防癌症的发生；抑制LDL胆固醇氧化产物的形成，预防冠心病的发生。而且与其它类胡萝卜素及氧化剂相比，番茄红素碎灭单线态氧的活性最强；
(2)促进具有维持细胞间正常结合的蛋白质的合成作用:当细胞发生癌变时，细胞间的结合会变弱，而番茄红素能促进具有维持细胞间正常结合的蛋白质的合成[16]；
(3)抗癌抑癌作用：抑制癌细胞转移增殖因子α—TGF的遗传表达，如抑制胰岛素生长因子引起的癌细胞的增殖；
(4)活化免疫细胞的作用：提高人体免疫力等。
8 现状与展望
目前，人们越来越重视保健食品，更加注重天然植物的活性成分对疾病的预防作用，更注重饮食对健康的重要性。番茄红素作为非常有前途的功能性夭然色素，加上其具有资源丰富、安全无毒等优点，对人体保健有十分重要的意义，其价值也在不断受到人们的关注，无论是作为医药产品，还是食品添加剂，都具有很大的市场潜力。
如果在现有番茄红素品种的基础上选择高含量的番茄作为原料进行加工，将传统工艺与超临界等先进技术相结合，相信番茄红素在国内将会很快商品化、规模化，开发番茄红素的前景将十分看好。
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