熱處理對(duì)不同顏色番茄中類胡蘿卜素異構(gòu)化和降解的影響

姜 欣， 楊 成， 馬璐璐， 張 建， 王陳強(qiáng)， 張連富*，

（1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫214122；2.石河子大學(xué) 食品學(xué)院，新疆 石河子832003；3.新疆冠農(nóng)果茸股份有限公司，新疆 庫爾勒841000）

番茄（Solanum lycopersicumL.）是全世界范圍內(nèi)普遍種植的蔬果之一，2018年全球番茄產(chǎn)量高達(dá)1.8億噸，我國產(chǎn)量占世界總量的1/3[1]。番茄富含維生素A、抗壞血酸、鉀和葉酸，并存在著大量植物化學(xué)物，如酚類化合物和類胡蘿卜素[2]。番茄是公認(rèn)的健康膳食重要組成部分，大量研究證實(shí)經(jīng)常食用新鮮番茄或其加工制品對(duì)于降低罹患各種疾病的風(fēng)險(xiǎn)具有積極作用，例如肥胖、糖尿病、癌癥和心血管疾病等[3]，而這些生理功能都與番茄中重要的植物化學(xué)物——類胡蘿卜素密切相關(guān)[4]。

類胡蘿卜素是番茄中重要的有色植物化學(xué)物，儲(chǔ)存在細(xì)胞有色體中，使番茄外觀呈現(xiàn)紅色、粉色、橙色和黃色等。其中，最常見的紅色和粉紅色番茄含有豐富的all-E-番茄紅素，橙色、黃色番茄主要積累β-胡蘿卜素[5]。此外，一些橙色西瓜、橙色大白菜，以及Tangerine番茄中能大量積累7Z，9Z，7’Z，9’Z-番茄紅素（也稱前番茄紅素），這是由于類胡蘿卜素異構(gòu)酶CRTISO的功能缺失，使得7Z，9Z，7’Z，9’Z-番茄紅素?zé)o法轉(zhuǎn)化為all-E-番茄紅素，使蔬果呈現(xiàn)橙色[6-8]。

大多數(shù)天然存在的類胡蘿卜素多以all-E構(gòu)型為主，例如番茄及其相關(guān)產(chǎn)品中質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%～97%的番茄紅素為all-E構(gòu)型。然而，人和動(dòng)物血液和組織中50%～88%的番茄紅素為順式構(gòu)型[9-11]。根據(jù)Yang等[12]的研究，順式構(gòu)型質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的番茄紅素樣品轉(zhuǎn)移到油相的能力是all-E構(gòu)型的2倍。并且，當(dāng)人體攝入紅番茄和Tangerine番茄汁，兩者番茄紅素含量相當(dāng)，但后者的番茄紅素生物利用率是前者的8.5倍[13]。而目前未被廣泛關(guān)注的無色類胡蘿卜素——六氫番茄紅素和八氫番茄紅素，具有重要的生理功能及較高的生物可給率，具有重要研究意義[14]。

番茄制品如番茄醬、番茄沙司、番茄汁、番茄粉等生產(chǎn)過程中都會(huì)涉及熱處理。以上番茄產(chǎn)品多采用紅色番茄制得，而近年來，消費(fèi)者對(duì)多元品種的需求日益增強(qiáng)，黃果番茄的栽培面積正逐年擴(kuò)大[15]?？紤]到不同顏色番茄的利用，需要對(duì)番茄中不同類胡蘿卜素?zé)岱€(wěn)定性做出研究。而不同顏色番茄的類胡蘿卜素組成有差異，其異構(gòu)化和降解的規(guī)律也不同，因此研究熱處理對(duì)成分的影響很有必要。

作者首先對(duì)比橙色番茄和紅色番茄的類胡蘿卜素組成，然后研究不同品種番茄中類胡蘿卜素?zé)岱€(wěn)定性，闡述其異構(gòu)化和降解的規(guī)律。這對(duì)不同顏色番茄的營養(yǎng)價(jià)值的認(rèn)知、綜合利用不同顏色的番茄具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

3種供試番茄品種分別為“黃羅曼”（橙色番茄-1）、“金玲瓏”（橙色番茄-2）和“大紅”（紅番茄），分別購于山東壽光蔬菜基地鮮馥旗艦店、上海西郊國際農(nóng)產(chǎn)品交易中心、無錫歐尚超市；番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)品（質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥95%）：上海純優(yōu)生物科技有限公司產(chǎn)品；β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品（質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥96%）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司產(chǎn)品；正己烷、丙酮、甲醇（均為分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；乙腈、甲醇、甲基叔丁基醚（色譜純）：瑞典歐森巴克化學(xué)公司產(chǎn)品。

高效液相色譜儀Waters e2695-二極管陣列檢測器2998：美國沃特世公司產(chǎn)品；RV8旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：德國IKA公司產(chǎn)品；DF-101S集熱式磁力加熱攪拌器：常州邁科諾儀器有限公司產(chǎn)品；MS-H-S10磁力攪拌器：美國SCILOGEX公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料處理 每個(gè)品種番茄隨機(jī)選取15個(gè)外觀色澤基本一致的番茄，番茄去蒂、清洗、切塊（1~2 cm3）、打漿（30 s）、過20目（850μm）篩網(wǎng)去除皮和籽，制成番茄漿，用于類胡蘿卜素提取和熱處理實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 熱處理影響 稱取5 g番茄漿樣品于玻璃試管中，加蓋，錫紙包裹避光，于水浴或油浴中分別在60、70、80、90、100℃條件下加熱3 h，于80℃條件下分別熱處理1、2、3、4、5 h，結(jié)束后立即放入冷水中冷卻，以未加熱的樣品為對(duì)照，用于類胡蘿卜素提取。溫度和時(shí)間均根據(jù)商業(yè)上生產(chǎn)番茄制品的條件選 取[2，16]。

1.2.3 類胡蘿卜素提取 番茄樣品中類胡蘿卜素提取參考文獻(xiàn)[16-17]的方法，做少許改變。稱取5 g番茄樣品于錐形瓶中，并包裹錫紙避光，加入正己烷、甲醇、丙酮（體積比為2∶1∶1）混合溶劑20 mL，室溫下磁力攪拌30 min。將樣品過濾，收集濾液，殘?jiān)僦貜?fù)提取2次至殘?jiān)鼮闊o色。收集3次濾液，利用分液漏斗分離有機(jī)相和水相，收集含有類胡蘿卜素的有機(jī)相，轉(zhuǎn)移至圓底燒瓶中，在45℃、30 kPa條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溶劑后用甲基叔丁基醚（MTBE）和甲醇（體積比為1∶1）溶解后用于HPLC分析。

1.2.4 類胡蘿卜素分離與鑒定 使用Waters高效液相e2695系統(tǒng)搭配二極管陣列檢測器（PDA）和YMC Carotenoid色譜柱（250 mm×4.6 mm，5μm）進(jìn)行分析。進(jìn)樣量為20μL，柱溫設(shè)定為25℃，流量保持1.0 mL/min，等度洗脫，流動(dòng)相為甲醇∶乙腈∶MTBE（體積比為27∶23∶50），波長設(shè)置為471、452、440、348、286 nm，并對(duì)每個(gè)峰進(jìn)行波長掃描（200～600 nm）。利用標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間和光譜數(shù)據(jù)對(duì)比文獻(xiàn)報(bào)道的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒別類胡蘿卜素異構(gòu)體。外標(biāo)法用于定量all-E-番茄紅素和all-E-β-胡蘿卜素，順式的番茄紅素和β-胡蘿卜素也用all-E的標(biāo)準(zhǔn)曲線定量，但應(yīng)指出的是，順式異構(gòu)體的摩爾吸光系數(shù)較all-E異構(gòu)體更小，因此所得結(jié)果比實(shí)際要小。而其他類胡蘿卜素，包括7Z，9Z，7’Z，9’Z-番茄紅素（440 nm）、六氫番茄紅素（348 nm）、八氫番茄紅素（286 nm）利用光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒定，利用各自摩爾吸光系數(shù)與all-E番茄紅素的比值，以相對(duì)斜率來定量[18]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

以上所有實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)3次，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。采用IBM SPSS 22軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)顯著性采用單因素方差分析（One-way ANOVA analysis），并進(jìn)行Tukey檢驗(yàn)，P<0.05表示差異顯著；采用Origin9.0、Graphpad軟件處理圖像。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同顏色番茄類胡蘿卜素組成

“橙色番茄-1”“橙色番茄-2”和“紅番茄”的類胡蘿卜素組成如表1所示。在橙色番茄-1中，番茄紅素中7Z，9Z，7’Z，9’Z構(gòu)型的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)97.19%（即此構(gòu)型番茄紅素的質(zhì)量占總番茄紅素質(zhì)量的百分比），且總順式番茄紅素與all-E-番茄紅素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為99.24%和0.76%，這與Ishida測定的新鮮Tangerine番茄一致，其順式與all-E-番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是99.69%和0.31%[19]。此外，橙色番茄-1含有較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的八氫番茄紅素和六氫番茄紅素，分別達(dá)到36.59μg/g（即番茄中該類胡蘿卜素質(zhì)量與番茄鮮質(zhì)量之比，全文中單位μg/g，均以番茄鮮質(zhì)量計(jì)）和18.19μg/g，分別是紅番茄的3.04倍和3.56倍，其中八氫番茄紅素是橙色番茄-2的5.03倍。

表1 番茄中類胡蘿卜素成分比較Table 1 Comparison on the carotenoid composition of tomatoes μg/g

橙色番茄-2含有豐富的β-胡蘿卜素（33.95 μg/g），其中主要為all-E-β-胡蘿卜素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93.26%，15-順（15Z）和9-順（9Z）構(gòu)型分別是3.20%和3.54%。與Li等[5]測定的2種橙色番茄相似。同時(shí)，也含有少量的番茄紅素，主要為all-E構(gòu)型。

在紅番茄中，番茄紅素是其主要類胡蘿卜素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)56.55μg/g，這與橙色番茄-1的番茄紅素總量相當(dāng)。但是其番茄紅素的順式構(gòu)型質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為8.48%，而all-E-番茄紅素達(dá)到91.52%，這與文獻(xiàn)報(bào)道相符[2]。

2.2 熱處理對(duì)不同顏色番茄類胡蘿卜素的影響

2.2.1 熱處理對(duì)富含順式、六氫和八氫番茄紅素的橙色番茄-1的影響 圖1和圖2分別展示了橙色番茄-1在不同熱處理時(shí)間和溫度下，番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及異構(gòu)體組成的變化。隨著熱處理時(shí)間增加和溫度升高，番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)明顯的下降趨勢（見圖1~圖2）。100℃、3 h后總番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至20.64μg/g，約為初始值的1/3（見圖2（a））。從異構(gòu)體組成來看，7Z，9Z，7’Z，9’Z-番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨加熱溫度的升高明顯減小，到100℃時(shí)降至未檢出，而all-E、5Z和其他順式番茄紅素的比例均明顯增長，100℃、3 h后all-E-番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到28.51%，5Z-番茄紅素為28.73%，其他順式番茄紅素達(dá)42.76%（見圖2（b））。

圖1 80℃下不同加熱時(shí)間橙色番茄-1中番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及異構(gòu)體組成變化Fig.1 Changes of content of lycopene and the proportion of its isomers during different heating time in orange tomato-1

圖2 不同溫度下加熱3 h橙色番茄-1中番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及異構(gòu)體組成變化Fig.2 Changes of content of lycopene and the proportion of its isomers at different temperature in orange tomato-1

這與Cooperstone等[18]以Tangerine番茄沙司產(chǎn)品在100℃處理0～180 min時(shí)現(xiàn)象較相似。并且與新鮮Tangerine番茄相比，加工成果汁、濃縮汁和醬的過程中，Tangerine番茄的番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著下降，分別下降了52%、79%、82%[19]。7Z，9Z，7’Z，9’Z-番茄紅素是番茄紅素合成過程中的前體物質(zhì)，推測后者的增加可能是由于熱處理促進(jìn)了構(gòu)型轉(zhuǎn)化[20-21]。

因此，通過以上分析，可得出以下結(jié)論，熱處理過程中7Z，9Z，7’Z，9’Z-番茄紅素逐漸轉(zhuǎn)化為其他順式和all-E構(gòu)型，同時(shí)可能異構(gòu)化為其他構(gòu)型或氧化為此處未檢測到的其他化合物。

對(duì)于番茄中重要的無色類胡蘿卜素——六氫番茄紅素和八氫番茄紅素，如圖3和圖4所示。隨熱處理時(shí)間延長和溫度升高，兩者質(zhì)量分?jǐn)?shù)均保持比較穩(wěn)定。橙色番茄-1中的六氫番茄紅素和八氫番茄紅素經(jīng)100℃加熱3 h后，保留率分別為84.32%和88.76%。這與Graziani等[22]將去皮和不去皮的番茄在100℃下處理4 h得出的結(jié)論一致。Lu等[23]對(duì)血橙汁進(jìn)行熱處理（100℃、600 min）后，發(fā)現(xiàn)六氫和八氫番茄紅素依舊無明顯變化。八氫番茄紅素的2種異構(gòu)體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持穩(wěn)定，但是對(duì)于六氫番茄紅素，未知順式（UZ）構(gòu)型會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為all-E構(gòu)型，100℃、3 h后兩者質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別從86.40%和13.60%轉(zhuǎn)變?yōu)?1.12%和48.88%。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，八氫番茄紅素和六氫番茄紅素在碘的催化下，前者異構(gòu)化不明顯，后者存在明顯的異構(gòu)化現(xiàn)象[24]。以上結(jié)果說明，六氫、八氫番茄紅素總量在此條件下保持穩(wěn)定，且未觀察到八氫番茄紅素的明顯構(gòu)型轉(zhuǎn)化，而六氫番茄紅素2種異構(gòu)體存在明顯的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。

圖3 80℃下不同加熱時(shí)間橙色番茄-1中六氫番茄紅素和八氫番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及異構(gòu)體組成變化Fig.3 Changes of content of phytofluene and phytoene and the proportion of their isomers during different heating time in orange tomato-1

圖4 不同溫度下加熱3 h橙色番茄-1中六氫番茄紅素和八氫番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及異構(gòu)體組成變化Fig.4 Changes of content of phytofluene and phytoene and the proportion of their isomers at different temperatures in orange tomato-1

2.2.2 熱處理對(duì)富含β-胡蘿卜素的橙色番茄-2的影響 對(duì)于橙色番茄-2，如圖5所示，80℃處理0～5 h時(shí)，β-胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍有下降，但5 h后保留率仍達(dá)86.86%，且各異構(gòu)體無顯著變化。圖6為60～100℃下處理3 h后降解和異構(gòu)化情況。其中100℃處理3 h后β-胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與未處理時(shí)相比，下降了10.28%。Kourouma等[25]對(duì)比了煮、蒸、微波（1 150 W）、焙烤（190℃）、油炸（160℃）5種方式處理后的橙色甘薯中β-胡蘿卜素的變化，發(fā)現(xiàn)煮（15~35 min）、蒸（15~45 min）、微波（15 min）后保留率為66.30%~82.19%，而焙烤（45 min）和油炸（2.5 min）后保留率僅為49.74%和12.59%。以上表明，在食品基質(zhì)中，100℃及以下溫度能夠極大地保留β-胡蘿卜素。對(duì)于β-胡蘿卜素純品，閆紅曉等[26]使用催化劑在75℃條件下催化all-E-β-胡蘿卜素時(shí)，90 min后降解率為12.6%。

圖5 80℃下不同加熱時(shí)間橙色番茄-2中β-胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及異構(gòu)體組成變化Fig.5 Changes of content ofβ-carotene and the proportion of its isomers during different heating time in orange tomato-2

圖6 不同溫度下加熱3 h橙色番茄-2中β-胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及異構(gòu)體組成變化Fig.6 Changes of content ofβ-carotene and the proportion of its isomers at different temperatures in orange tomato-2

對(duì)于各異構(gòu)體，100℃、3 h后β-胡蘿卜素中all-E構(gòu)型質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85.28%，15Z構(gòu)型為4.08%，9Z構(gòu)型達(dá)到10.64%。這說明在此熱處理過程中all-E-β-胡蘿卜素發(fā)生了異構(gòu)化轉(zhuǎn)變，有一部分轉(zhuǎn)化為9Z構(gòu)型。這與Knockaert等[27]描述的現(xiàn)象相似，在橄欖油和胡蘿卜乳液中，all-E-β-胡蘿卜素在熱處理時(shí)異構(gòu)化為順式構(gòu)型，且隨溫度升高，順式比例增加。

以上說明，番茄基質(zhì)在以上條件下β-胡蘿卜素具有較好的熱穩(wěn)定性，僅有少量all-E構(gòu)型異構(gòu)化為順式構(gòu)型。

2.2.3 熱處理對(duì)紅番茄的影響 對(duì)于紅番茄，如圖7和圖8，番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持穩(wěn)定，100℃、3 h后仍能保留96%，說明以上條件下，番茄紅素未明顯降解。在冷破醬的生產(chǎn)過程中，番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較新鮮番茄僅下降了4.33%[2]。并且，各個(gè)異構(gòu)體占比也保持相對(duì)穩(wěn)定。這些結(jié)果表明，以all-E-番茄紅素為主的紅番茄中番茄紅素比較穩(wěn)定，在100℃及以下溫度處理3 h總量只有少量損失，對(duì)異構(gòu)化影響也很小。相似地，Colle等[28]發(fā)現(xiàn)80℃熱處理30 min后番茄紅素仍能保持未處理時(shí)的93.46%，且其all-E、5Z和其他順式構(gòu)型的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為88%、5%、7%，與未處理樣品無明顯差異。

圖7 80℃下不同加熱時(shí)間紅番茄中番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及異構(gòu)體組成變化Fig.7 Changes of content of lycopene and the proportion of its isomers during different heating time in red tomato

圖8 不同溫度下加熱3 h紅番茄中番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及異構(gòu)體組成變化Fig.8 Changes of content of lycopene and the proportion of its isomers at different temperatures in red tomato

由此可知，紅番茄中的番茄紅素?zé)岱€(wěn)定性好，在加工常用的溫度與處理時(shí)間下降解不明顯，異構(gòu)化現(xiàn)象不顯著。同時(shí)也說明，在單一紅番茄基質(zhì)中，采用熱處理得到高順式番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)制品的方法效果極其有限。

類胡蘿卜素的熱穩(wěn)定性受到其化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子形狀、溶解度、疏水性和晶態(tài)等因素的影響。在番茄基質(zhì)中，無論是橙色番茄-2中的β-胡蘿卜素還是紅番茄中的番茄紅素都呈現(xiàn)較好的熱穩(wěn)定性，降解和異構(gòu)化現(xiàn)象不明顯。原因分析如下：兩者都主要以all-E構(gòu)型存在，結(jié)合文獻(xiàn)[29-31]，兩者均以針狀晶體的形式存在于細(xì)胞有色體中，熱穩(wěn)定性較好；并且，番茄紅素由于其規(guī)則的線性分子結(jié)構(gòu)，可以形成多層的聚集體，從而具有良好的熱穩(wěn)定性[32]。

而對(duì)于橙色番茄-1，7Z，9Z，7’Z，9’Z-番茄紅素相對(duì)于all-E構(gòu)型，在4個(gè)共軛雙鍵位置發(fā)生了全反-順構(gòu)型轉(zhuǎn)化，分子的線性結(jié)構(gòu)改變，難以形成多分子層和聚集體，結(jié)構(gòu)剛性減弱，從而使其熱穩(wěn)定性較差。因此，橙色番茄-1中的7Z，9Z，7’Z，9’Z-番茄紅素較橙色番茄-2中的β-胡蘿卜素和紅番茄中的番茄紅素對(duì)熱更敏感，易于降解和異構(gòu)化。

此外，由于番茄基質(zhì)的保護(hù)，橙色番茄-1中的六氫番茄紅素和八氫番茄紅素也表現(xiàn)出比較好的熱穩(wěn)定性[23]。

3 結(jié)語

作者對(duì)比了市場上常見的橙色番茄和紅色番茄的類胡蘿卜素以及異構(gòu)體的組成，并探究了熱處理對(duì)類胡蘿卜素的降解和異構(gòu)化的影響。橙色番茄-1中順式番茄紅素、六氫番茄紅素、八氫番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于紅番茄和橙色番茄-2，是高生理活性類胡蘿卜素的極好來源。熱處理的結(jié)果表明，對(duì)于紅番茄和橙色番茄-2，番茄紅素和β-胡蘿卜素降解和異構(gòu)化的影響較小；對(duì)于橙色番茄-1，熱處理后番茄紅素總量損失明顯，且7Z，9Z，7’Z，9’Z-番茄紅素逐漸異構(gòu)化為all-E、5Z和其他順式番茄紅素。若要最大限度地保留順式番茄紅素，應(yīng)該避免高溫長時(shí)間的處理，或者采用非熱加工技術(shù)進(jìn)行處理。同時(shí)，兩種重要的無色類胡蘿卜素——六氫番茄紅素和八氫番茄紅素?zé)岱€(wěn)定性好，值得日后繼續(xù)深入研究其功能和加工特性。本研究對(duì)于今后不同顏色的番茄品種原料的綜合利用和相關(guān)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化具有重要意義。