类胡萝卜素在食物中的分布

张 同，赵 婷，惠伯棣*

(北京联合大学应用文理学院，北京 100083)

类胡萝卜素在食物中的分布

张 同，赵 婷，惠伯棣*

(北京联合大学应用文理学院，北京 100083)

类胡萝卜素是细胞中一类对人类健康有益的次生代谢产物，广泛分布于食物中。现代分析技术的发展，尤其是高压液相色谱(HPLC)技术的发展，使人们对类胡萝卜素在食物中的分布情况有了较全面的了解。目前，人们需要从众多的检测数据中发现规律性的结果。同时，需要解决的主要问题是如何处理有时相互矛盾的数据。为此，本文收集食物中主要类胡萝卜素分布的检测数据，并试图总结出一些规律性的结论。本文还分析了同一食物形成不同检测数据的主要原因——环境和遗传因素的影响，并提出合理使用这些数据的观点。对于今后的工作，本文也提出一些建议，包括：进一步探索类胡萝卜素与健康的关系、提高食物中类胡萝卜素的利用率和发现新资源及正确分析HPLC对类胡萝卜素的检测数据。

类胡萝卜素；食物；分布；分析

所有动物自身都不能合成类胡萝卜素。作为哺乳动物，人类体内也不能合成类胡萝卜素。但是大量的血液和组织分析结果表明：人体内含有丰富的类胡萝卜素。而且这些物质与健康和降低疾病风险有关，例如控制前列腺疾病和退行性黄斑衰退症等[1-2]。因此，人类必须通过饮食来补充类胡萝卜素以保证自身健康。

人类摄取类胡萝卜素的重要来源之一是天然食物。其中最重要的是蔬菜和水果；动物性食品中所含的类胡萝卜素不多，但却不能忽视；奶制品、蛋类、一些鱼类及其他海产品亦含有相当数量的类胡萝卜素。在食品工业中(如蛋糕、糖果、冰激凌和饮料)，人工合成和提取的类胡萝卜素被大量的用做着色剂。此外，现在消费者都希望食用富含类胡萝卜素的营养补充剂和功能性食品，尤其是希望食用那些含有已经被证明对健康有益的类胡萝卜素的食品。这些食品一般含有β-胡萝卜素(β-carotene)、番茄红素(lycopene)、叶黄素(lutein)、玉米黄素(zeaxanthin)和β-隐黄质(βcryptoxanthin)等[3-5]。

农作物的耕作方法、食物的烹调及加工方法在世界各地有很大的不同[6]，这些因素对食物中类胡萝卜素的

稳定性和含量都有很大的影响。

体内缺乏类胡萝卜素的危险是显而易见的。β-胡萝卜素在体内的代谢产物是VA，因此对于国民体内缺乏VA的国家，在食物中提供有效且充足的β-类胡萝卜素则成为一个紧迫问题[7-10]。

近些年有大量研究类胡萝卜素的文章报道了在各种食物中不同种类的类胡萝卜素资源，许多文献还报道了分析和评估的方法。但是，这些文章中数据的显著差异使人们产生了许多困惑。本文的主要目的就是通过总结这些数据以解除这种困惑并给出有实际意义的结论。

1 类胡萝卜素在蔬菜和水果中的分布

首先，必须强调的概念是食品中的水果和蔬菜与植物解剖学上的果实和叶的定义是不一致的。例如番茄和辣椒，这两种水果都是当作蔬菜食用的。还有一些当作蔬菜食用的食物，实际上是植物的花(如：西兰花、花椰菜)、种子或者种夹(豌豆、豆)。此外，植物体内是否能够合成类胡萝卜素是由基因控制的，可实际上环境和栽培条件对植物体内类胡萝卜素的种类和含量也有很大影响。

1.1 绿色蔬菜和水果

植物的绿色组织除了叶子和茎外还包括绿色果实、豆荚和豆类的种子(如豌豆)。这些组织显现绿色的原因是这些植物组织中的叶绿体含有叶绿素。在叶绿体中的光和系统Ⅰ和Ⅱ的蛋白复合体均含有类胡萝卜素，其作用是淬灭过剩的光能。叶绿体中的类胡萝卜素种类是恒定不变的，其中含量较大的类胡萝卜素包括β-胡萝卜素(占总类胡萝卜素的质量分数为25%～30%)、叶黄素(40%～50%)、紫黄素(violaxanthin，15%)和新黄质(neoxanthin，15%)；微量类胡萝卜素包括α-胡萝卜素(α-carotene)、玉米黄素、花药黄素(antheraxanthin)和5,6-环氧叶黄素(lutein 5,6-epoxide)。Khachik等[11]发现抱子甘蓝、青豆和利马豆中含有相当数量的α-胡萝卜素。

虽然绿色蔬菜和水果中的类胡萝卜素种类几乎不变，但其比例受环境的影响有很大变化。一般来说，深绿色表示叶绿体多，类胡萝卜素含量亦高。比如像生菜和圆白菜，外层深绿色的叶子中类胡萝卜素的含量最高，而内层浅绿色或白色的叶子中只含有很少的类胡萝卜素。一般来说，内层的叶子没有或者只含有少量的β-胡萝卜素和叶黄素的衍生物。因此，在评价食用蔬菜中所含的类胡萝卜素种类与含量时，一定要考虑这种情况。

在常见绿色蔬菜和水果中所含的主要类胡萝卜素中都有相当数量的几何异构体。食物中对称型的类胡萝卜素几何异构体大部分都是9Z和13Z几何异构体，还有小部分是15Z几何异构体，而不对称类胡萝卜素的几何异构体主要是9Z、9’Z，13Z、13’Z及15Z、15’Z且其含量都不相同。

1.2 黄色、橙色及红色的水果和蔬菜

黄色、橙色和红色的植物组织(包括果实、花、根和种子)中一般含有较多的类胡萝卜素。但类胡萝卜素并不是这些颜色的唯一来源，花青素和醌类化合物也可形成这些颜色。

1.2.1 水果

Khachik等[12-13]证实水果中含有丰富的类胡萝卜素资源，包括：1)开环式的番茄红素；2)β-胡萝卜素及其羟基衍生物，如β-隐黄质和玉米黄素；3)α-胡萝卜素及其羟基衍生物，如叶黄素；4)类胡萝卜素环氧化物；5)辣椒红素(capsanthin)和辣椒玉红素(capsorubin)等。

类胡萝卜素生物合成的基因目前大部分已完成测序工作[14]。在绿色、未成熟的水果中，叶绿体中存在大量的叶绿素。随着水果的成熟，叶绿体内的叶绿素则会降解，植物的组织会退色。同时，类胡萝卜素在质体中合成并积累。其合成基因是在组织成熟过程中激活的。当八氢番茄红素合成和脱氢基因被激活时，生成的是番茄红素。若此时有β-环化和羟基化基因被激活，则累积双环的β-胡萝卜素和其羟基衍生物或单环的γ-胡萝卜素(γ-carotene)和其羟基衍生物。当ε-环化和ε-羟基化基因也存在时，则生成β-胡萝卜素和叶黄素。当有环氧基因存在时，生成的是类胡萝卜素环氧化物。

1)杏所含的类胡萝卜素种类很复杂，除了α-胡萝卜素和β-胡萝卜素外，还含有一些中间产物及其Z异构体[15]。2)通过观察胡萝卜和甘薯的高效液相色谱图，可以发现这两种食物只含有α-胡萝卜素和β-胡萝卜素及少量的中间代谢物[16]。3)一些红色水果(如番茄)是番茄红素和其中间代谢物八氢番茄红素(phytoene)、六氢番茄红素(phytofluene)和ζ-胡萝卜素(ζ-carotene)在食物中的主来源[17]。此外Khachik等[18]和Tonucci等[19]证实这类水果还含有少量的链孢红素(neurosporene)、β-胡萝卜素和γ-胡萝卜素。新鲜番茄中的番茄红素含量高达5～10mg/100g。在以番茄为主要原料的食品(如番茄酱、汤和调味汁)中含量甚至更高[20-21]。不同品种的番茄中含有的类胡萝卜素显著不同。例如，高β-胡萝卜素和高δ-胡萝卜素(δ-carotene)品种中的番茄红素分别被高含量的β-胡萝卜素和δ-胡萝卜素所代替。柚子、西瓜和木瓜中含有番茄红素。新鲜、罐装和干制的杏中也含有少量的番茄红素。4)Khachik等[22-23]发现黄色或橙色的水果和蔬菜，如芒果、木瓜、桃子、李子、橡子、葫芦和橙子中的色素主要为无氧的胡萝卜素类物质。其所含的含氧的叶黄素和环氧叶黄素则与直链脂肪酸，如月桂酸(lauric acid)、肉豆蔻酸(myristic acid)和棕榈酸(palmitic acid)等发生酯化。5)在一些品种的南瓜中发现

有大量的叶黄素脂和其他叶黄素类物质，另一些品种的南瓜所含的类胡萝卜素主要为α-胡萝卜素、β-胡萝卜素和叶黄素双酯(无单酯)，还有一些品种的南瓜所含类胡萝卜素主要为叶黄素及其单酯和β-胡萝卜素。在小青南瓜中含有的则是紫黄素及其单酯和双酯。在一些南瓜品种中可以发现少量的脱水叶黄素，这在其他植物中很少被发现。在人的血浆中，这种脱水叶黄素则由食物中的叶黄素代谢而来。6)柑橘类水果(如橙子、橘子、柚子和柠檬)及其果汁的消费量很大。其所含的类胡萝卜素组成不一致，但β-胡萝卜素、β-隐黄质和紫黄素是其中常见的类胡萝卜素，阿朴类胡萝卜素也很常见。这些类胡萝卜素不仅存在于柑橘类水果的皮中，其内部组织和果汁中也有，但果汁产品当中的类胡萝卜素组成是由加工过程决定的。

1.2.2 根菜类

胡萝卜和甘薯这种食用根类中含有很多的胡萝卜素，这些色素也是在叶绿体中合成与积累的。

1)不同品种的胡萝卜中含有类胡萝卜素的总量及α-胡萝卜素、β-胡萝卜素之间的比例是不一样的[15]。α-胡萝卜素占总胡萝卜素含量的5%～50%。在较深橙色品种中，β-胡萝卜素的含量较高。外部组织(韧皮部)的含量往往高于内部组织(木质部)。一些红色品种的胡萝卜中含有番茄红素，并用其作为自身的主要色素。而在黄色品种中β-胡萝卜素则被大量的叶黄素所代替。2)甘薯中也会累积β-胡萝卜素，同时也会有一点α-胡萝卜素[24]。3)一般的土豆(包括黄色品种)叶绿体中只含有少量的叶黄素类物质。现在已成功培育出能够累积胡萝卜素的基因改良土豆。4)其他黄色的根类蔬菜含有少量的类胡萝卜素，Joyce[24]证明在芜菁甘蓝中还含有一些番茄红素。

1.2.3 种子食物

1)甜玉米外部的橙黄色包皮中主要含有叶黄素、β-胡萝卜素、玉米黄素和隐黄质[25]。2)Potrykus[26]报道“黄金”大米基因改良项目，其目的是开发出可在黄油色的胚乳中积累β-胡萝卜素的大米。3)Humphries等[27]在文章中声明小麦及面粉产品含有的类胡萝卜素只有叶黄素和玉米黄素，并且以叶黄素为主。虽然在澳大利亚生产的青麦中类胡萝卜素含量较高(μg/g)，但大多数小麦中所含的类胡萝卜素含量很低(ng/g)。小麦面粉中的类胡萝卜素含量相当高，这是因为在加工过程中加入了含有较多叶黄素和玉米黄素的鸡蛋。硬质面粉中含有较高的叶黄素，所以用硬质小麦制作的面食也含有较多的叶黄素。4)绿色豆类的种子(如豌豆)含有β-胡萝卜素，并且在其叶绿体中也含有叶黄素类物质[28]。5)灌木胭脂树的种子外衣中有极高含量的蛋白复合胭脂树素(bixin)。胭脂树素在食品中被广泛的用作色素，但现在仍不清楚这种物质是否对人体健康有影响[29]。

1.2.4 花菜

能够食用的高等植物的花并不多，最常见的是花椰菜和西兰花。白色的西兰花不含或只含有很少的类胡萝卜素，但新型的橙色品种却可以生成β-胡萝卜素，而这种橙色品种现在已经可以进行商业上的大量种植了[30]。一般西兰花和花茎甘蓝是在花瓣开放之前采收的，而在较老或经过储藏的菜茎中会逐渐显现出含有较高的叶黄素脂。

2010-2016年间三门峡、商丘、济源旅游经济联系的程度中心度上升幅度较小，且数值均低于30，主要由于这些城市地处河南省行政区划地理位置的边缘，交通通达度相对较低，对外旅游经济联系较少，再加上旅游业发展起步较晚，旅游经济的后发动力不足，逐渐被其他城市赶超，最终沦为最边缘的城市。而驻马店、平顶山、许昌旅游经济联系的程度中心度大幅上升，与其他城市旅游经济联系逐渐活跃，旅游经济交往能力不断提高。

1.2.5 油脂

1)一些油棕榈树的果实可以合成并积累α-胡萝卜素和β-胡萝卜素。当压榨这些果实的时候，这些胡萝卜素就会保留在油质当中[31-32]。2)酿酒葡萄中有较高含量的类胡萝卜素[33]。3)Vuong[34]证明东南亚的木鳖含有大量的β-胡萝卜素，但只有在其产地木鳖才被应用。

1.3 动物食品

动物不能自身合成类胡萝卜素，但一些动物可以通过食物吸收并在体内积累相当高含量的类胡萝卜素。这类动物的组织可以成为食物，包括：

1.3.1 蛋类

鸡蛋黄的黄色是由类胡萝卜素引起的，其色调和强度由家禽的饲料决定。一般情况下，蛋黄呈现橙黄色是由于用谷物喂养的母鸡体内有玉米黄素[35]。从万寿菊花中提取的叶黄素脂被广泛用于鸡饲料中，使鸡蛋含有充足的叶黄素。一些合成的阿朴类胡萝卜素，如8＇-阿朴-β-胡萝卜素-8＇-甲酸乙酯(8＇-apo-β-caroten-8＇-oic acid)也被用作添加剂，且可以得到很好的橙色，同时这些阿朴类胡萝卜素可以作为VA源[36]。

牛类专一吸收不含氧的类胡萝卜素类物质而不吸收含氧的叶黄素类物质。这些类胡萝卜素存在于脂肪中并使脂肪显现黄色，因此牛奶、奶油、黄油和奶酪通常会含有较低含量的β-胡萝卜素[37]。牛体内的类胡萝卜素类含量一般随季节而变化，一般在牛可以吃到质量最好的牧草时(如初夏)，其体内的胡萝卜素类含量最高。

1.3.3 水产品

肉质是粉红色的鱼类(尤其是鲑鱼和鳟鱼)从其天然食物中获得并在肌肉中积累高含量的虾青素(astaxanthin)或角黄素(canthaxanthin)[38]。无脊椎动物，如虾、龙虾和其他甲壳类动物及软体动物的壳中都含有很高含量的类胡萝卜素[39]。甲壳类动物中的虾青素一般是以类胡萝卜素蛋白复合体的形式存在并呈蓝灰色，但烹饪之后，这些红色的类胡萝卜素可以游离出来并显现红色[36]。鱼卵中也含有相当多的类胡萝卜素[40]。

1.4 添加剂、着色剂

在饮料、糖果、冰激凌等食品工业中，β-胡萝卜素和其他人工合成或天然的类胡萝卜素以及含有大量类胡萝卜素的提取物被广泛的用作着色剂[41]。一般来说，类胡萝卜素在食品中的含量相当低，但在一些情况下它们的含量却十分显著。如在一些橙子味的饮料中β-胡萝卜素的含量就相当高，以至于大量饮用这类果汁的人会患上胡萝卜素黄皮病。

1.5 优势资源

许多可应用于类胡萝卜素产业的食物在一些文献中可以找到，而世界各地食物中所含的类胡萝卜素种类也可在一些综述中查到，很多相关数据也可在互连网上找到。通过总结以上数据，下表列出了一些能够提供丰富且被人们重视的天然类胡萝卜素的食物。

表1 食物中重要类胡萝卜素的优势资源Table 1 Good sources as foods of the nutritionally important carotenoids

续表1

2 遗传与环境的影响

对于同一物种、不同品种的植物，其所含类胡萝卜素的组成可能具有显著差异。这是造成不同检测数据可能相互矛盾的主要原因。

最典型的例子就是在美国生长的一种用作婴儿食品的南瓜，环境对其植物组织中所含类胡萝卜素含量有显著影响[22]。在同等生长条件下，将这种南瓜种植在密西根州与北卡罗来纳州，其所含类胡萝卜素的种类基本相似，但前者所含类胡萝卜素的含量要远低于后者。

50多年来人们对绿色叶子(主要为禾本科植物)中的类胡萝卜素组成进行了大量的研究，其主要结果在各种文献中被总结。通过总结，可以发现各种研究结果的数据差异十分显著，甚至相互矛盾。这是由于各个实验的设计和分析方法不同所造成的，因此比较不同结果之间的HPLC图谱和数据实际上没有价值。

可以肯定地说，影响植物产量或产率的全部因素(如叶片的数量和大小、自然环境和耕种方法)同时也对类胡萝卜素的组成有影响。这是因为这些因素与光合作用效率、叶绿体密度相关。一般来说，在植物生长的最佳条件下，植物组织中的类胡萝卜素含量也最高。例如良好的土壤品质，并且还要有充足的水分、矿物质和其他养分才能使植物形成强大的根系。光照也是一个

很重要的因素，在阳光下和阴影中的植物及其叶片中所含的类胡萝卜素种类及含量有可能不同；光的性质会因为海拔不同发生变化，这些变化也会对植物中的类胡萝卜素组成产生影响。同时大多数植物都有其最适的昼夜温差。一般来讲，热、光照、干旱、污染及盐分的刺激作用都对植物的生长和健康有影响，所以这些刺激也会影响植物中类胡萝卜素的组成。

植物组织的收获时间和成熟度也是影响其所含类胡萝卜素组成的一个关键因素。在同一天不同时间收获，植物的水分含量有很大的变化，因此基于鲜质量计算的类胡萝卜素含量变化也很大。采后环境对类胡萝卜素的组成也有很大的影响，其中运输、储藏条件及时间长短对其影响最为显著。

3 建 议

3.1 类胡萝卜素与健康的关系

已被证明过对人类健康有益而又具有生物活性的类胡萝卜素的数量还很少，所以一般的食物成分表中只包括上述这些类胡萝卜素。因此，在今后相当长的时间中，人们需要持续不断的用更多精力去验证其他类胡萝卜素是否与人类健康有关系。

3.2 食物中类胡萝卜素的利用率

在面对与类胡萝卜素有关的问题时，许多国家都有共同的长期目标：增加食品中类胡萝卜素的含量及利用率，并尽量避免这些类胡萝卜素在储存、加工和烹饪过程中的损失。例如，对于缺乏VA的地区，应从食物中补充β-胡萝卜素和其他VA原，并尽量减少其在贮存、加工和烹饪过程中的损失。

3.3 寻找新资源

这也是一个长久的任务，并且此结果是不断出现的新的产业增长点。例如，热带地区食物中的类胡萝卜素资源目前报道很少，应当对此投入更多的研究。

3.4 HPLC检测数据

现代高效液相色谱技术可以对样品进行精确的定量分析。应用这项技术，人们可以广泛地对水果、蔬菜和其他食品进行检测。HPLC色谱图可以提供很多有价值的信息，但由于遗传和环境因素都会影响植物食品中的类胡萝卜素组成，我们必须谨慎、实际地使用和评价这些数据。相同的植物在世界不同地区种植后，分析得到的实验结果还是有很大的差异；即使是同时取自同一株植物的不同果实，在相同的条件下对其提取和分析，得出的结果也有相当大的差异。而且Melendez-Martinez等[42-43]在其文章中说明，不同学者在分析和计算时所用的方法有的也不一样。因此，虽然HPLC数据具有一定的指导性，但我们不能过分依赖。这些数据能提供的有用信息包括：类胡萝卜素种类的鉴定；可参考的数量范围。

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Distribution of Carotenoids in Foods

ZHANG Tong，ZHAO Ting，HUI Bo-di *
(College of Arts and Science, Beijing Union University, Beijing 100083, China)

With beneficial functions for health, carotenoids are a group of secondary metabolites from cells. They are widely distributed in foods. A comprehensive understanding of carotenoid distribution in foods has been achieved by the promotion of modern analytical technology, especially the development of high pressure liquid chromatography (HPLC) technique. Currently, it is necessary to make summarized conclusions from plenty of analytical data and to process confused results. For those purposes, this article reviews data on carotenoid distribution in foods and makes an attempt to draw a summarized conclusion. Additionally, it is also suggested in this article that variations in both culture conditions and heredity of a species result in a variation in its carotenoid amount. Data from those analyses should be applied properly. With a scope for future work, it is outlined to undertake a number of projects such as the exploration of relationship between carotenoids and health, the bioavailability promotion of carotenoids from foods, novel resource discovery and so on.

carotenoid；food；distribution；analysis

TS202.1

A

1002-6630(2010)17-0487-06

2010-06-12

“十一五”国家科技支撑计划项目(2008BAI58B06)

张同(1985—)，男，硕士研究生，研究方向为生物活性物质制备及生理功能。E-mail：123king@163.com

*通信作者：惠伯棣(1959—)，男，教授，博士，研究方向为类胡萝卜素生物化学。E-mail：bodi_hui@ygi.edu.cn