孫新怡，孫清瑞,2，李秀波，金麗梅,2,*

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319；2.國(guó)家雜糧工程技術(shù)中心，黑龍江大慶 163319）

類(lèi)胡蘿卜素是一類(lèi)普遍存在于動(dòng)物、植物、真菌和藻類(lèi)中具有重要生理活性的脂溶性色素[1]。目前經(jīng)鑒定的類(lèi)胡蘿卜素在750 種以上，但人類(lèi)飲食中常見(jiàn)的不超過(guò)10 種，主要包括含氧類(lèi)胡蘿卜素，如葉黃素（lutein），蝦青素（astaxanthin）、玉米黃質(zhì)（zeaxanthin）等，以及非含氧類(lèi)胡蘿卜素，如β-胡蘿卜素（β-carotene）和番茄紅素（lycopene）等，常見(jiàn)類(lèi)胡蘿卜素的分子結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]，其分子中的共軛雙鍵具有捕捉單線態(tài)氧自由基的能力，因此類(lèi)胡蘿卜素在防癌抗癌、心血管疾病、老年性黃斑變性、白內(nèi)障等方面功效顯著[3]。

圖1 全反式類(lèi)胡蘿卜素和順式番茄紅素異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)示意圖[1]Fig.1 Schematic diagram of the structure of all-trans carotenoids[1]

天然類(lèi)胡蘿卜素中的番茄紅素90%以全反式構(gòu)型的晶體形式存在，但研究發(fā)現(xiàn)人體血清和組織中的番茄紅素50%以上為順式異構(gòu)體，即順式結(jié)構(gòu)更容易被人體消化吸收[4]，當(dāng)順式類(lèi)胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)不同時(shí)，其生理活性也存在差異[5]。自1938 年Zechmester等[6]首次發(fā)現(xiàn)類(lèi)胡蘿卜素易發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)物理化學(xué)方法（光、熱和催化處理等）促進(jìn)類(lèi)胡蘿卜素從全反式向順式構(gòu)型轉(zhuǎn)化做了大量研究工作[7]，這對(duì)于改善類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度，提高其抗氧化能力等具有促進(jìn)作用。

本文在闡述類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的異構(gòu)化方法以及影響異構(gòu)化的因素進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)綜述了不同評(píng)估方式下類(lèi)胡蘿卜素的異構(gòu)化對(duì)其生物活性和生物利用度的影響，以期為提高類(lèi)胡蘿卜素的活性及應(yīng)用價(jià)值提供參考。

1 異構(gòu)化機(jī)理

類(lèi)胡蘿卜素分子呈對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，其碳骨架上存在由π 電子形成的共軛體系，以及大量的碳碳雙鍵和單鍵[8]。理論上每個(gè)雙鍵都可能存在順?lè)磧煞N構(gòu)型，由于雙鍵周?chē)M成基團(tuán)的分布情況不同，特別是空間位阻效應(yīng)，類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)體的構(gòu)型有限，例如β-胡蘿卜素約20 種，α-胡蘿卜素32 種、番茄紅素72 種[9]。

類(lèi)胡蘿卜素的（幾何）異構(gòu)化是一種化學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程，全反式分子呈完全伸展的平面結(jié)構(gòu)，異構(gòu)化后某些與限制旋轉(zhuǎn)的官能團(tuán)（如碳碳雙鍵）相連的基團(tuán)發(fā)生位置變換后產(chǎn)生一些單順式或多順式異構(gòu)體[7]。以番茄紅素為例，順?lè)串悩?gòu)體轉(zhuǎn)化可能是因?yàn)榕c碳碳雙鍵相鄰的碳原子上的甲基或氫原子與氫原子發(fā)生重疊而產(chǎn)生，直鏈上第1、第4 個(gè)位置上的原子發(fā)生非鍵合相互作用，兩者相互吸引使其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生不同角度的彎曲和扭轉(zhuǎn)，常見(jiàn)的番茄紅素順式結(jié)構(gòu)是（5Z）-、（9Z）-、（13Z）-和（15Z）-，如圖1 所示[10]。異構(gòu)化后的順式異構(gòu)體穩(wěn)定性并不一致，上述結(jié)構(gòu)中最穩(wěn)定的是（5Z）-番茄紅素，具有最強(qiáng)的抗氧化能力，其主要根據(jù)相互置換的基團(tuán)結(jié)構(gòu)大小決定，即-H 與H-交互作用較穩(wěn)定，而-CH3與H-的相互作用穩(wěn)定性較差[11]。

2 類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化方法及影響因素

2.1 熱致異構(gòu)化反應(yīng)

熱致異構(gòu)化反應(yīng)是指在有機(jī)相中直接加熱，或者在一定條件下直接加熱來(lái)促進(jìn)類(lèi)胡蘿卜素構(gòu)型從全反式向順式轉(zhuǎn)化[4]。熱致異構(gòu)化因操作簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低，是報(bào)道最多的異構(gòu)化方法。很多因素都會(huì)影響類(lèi)胡蘿卜素?zé)嶂庐悩?gòu)化效率和異構(gòu)體占比，比如溶劑種類(lèi)、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等。另外，由于類(lèi)胡蘿卜素中的共軛雙鍵極易受光、氧、酸、熱等外界條件的影響，發(fā)生氧化降解，所以在異構(gòu)化過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)類(lèi)胡蘿卜素穩(wěn)定性的保護(hù)尤其重要。

2.1.1 溶劑種類(lèi)對(duì)類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化的影響 在類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化過(guò)程中，溶劑的選擇起到?jīng)Q定性作用，不同的溶劑體系影響異構(gòu)化效率和異構(gòu)體占比。目前主要的溶劑體系可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是有機(jī)溶劑，另一類(lèi)為油脂，如表1 所示。在有機(jī)溶劑體系中，溶劑效應(yīng)的強(qiáng)弱影響著異構(gòu)化的速率常數(shù)。具體來(lái)說(shuō)，CH2Br2、CHCl3和CH2Cl2等烷基鹵代物與丙酮和正己烷等其他有機(jī)溶劑相比，更易促進(jìn)異構(gòu)化反應(yīng)的進(jìn)行，順式異構(gòu)體占比相對(duì)較高，可能是由于CH2Br2、CHCl3和CH2Cl2被認(rèn)為是含酸性的電子受體，而類(lèi)胡蘿卜素是一種堿性的富含電子的共軛雙鍵結(jié)構(gòu)，促使烷基鹵化物的碳原子與全反式類(lèi)胡蘿卜素的雙鍵部分締合，有利于類(lèi)胡蘿卜素發(fā)生順式異構(gòu)化[12]。近年來(lái)，在食品加工領(lǐng)域中，人們?cè)絹?lái)越重視食品安全和綠色環(huán)保的重要性，在滿足類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化的同時(shí)，對(duì)溶劑選擇方面的要求不斷增加，超臨界二氧化碳、乳酸乙酯等對(duì)環(huán)境友好且使用安全的溶劑逐漸被應(yīng)用于類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化研究中。

表1 溶劑種類(lèi)對(duì)類(lèi)胡蘿卜素順式異構(gòu)化的影響Table 1 Effect of solvent types on cis-isomerization of carotenoids

類(lèi)胡蘿卜素作為一種脂溶性色素，油脂作為異構(gòu)化溶劑時(shí)，不僅有利于促進(jìn)類(lèi)胡蘿卜素在油脂中增溶，更有利于將油脂包裹在類(lèi)胡蘿卜素表面，阻斷與氧氣相互反應(yīng)提高穩(wěn)定性，同時(shí)加強(qiáng)順式異構(gòu)體的積累[19]。在日常烹飪加工過(guò)程中，只需添加少量油脂便能起到促進(jìn)類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化的作用[20-21]。Honda等[21]發(fā)現(xiàn)在含有番茄紅素的調(diào)味料（牛肉醬、橄欖醬、黃芥末）中只添加5%的橄欖油，番茄紅素順式異構(gòu)體占比便從5%增加到32.3%。油脂作為食品體系中一種重要營(yíng)養(yǎng)組成成分，由其替代有機(jī)溶劑作為類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化反應(yīng)的介質(zhì)，可一定程度提高其順式異構(gòu)體占比，且具有食用安全、綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)，這將在食品行業(yè)中具有更廣闊應(yīng)用前景。

2.1.2 溫度對(duì)類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化的影響 在熱致異構(gòu)化過(guò)程中，反應(yīng)溫度對(duì)異構(gòu)化速率影響較大。Honda 等[22]通過(guò)連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器，在亞臨界乙酸乙酯體系中進(jìn)行全反式番茄紅素異構(gòu)化反應(yīng)，結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為1 min，溫度由80 ℃ 提高到180 ℃時(shí)，番茄紅素順式異構(gòu)體占比由18.1%大幅提高到77.2%，番茄紅素保留率從95.7%降低到0.1%，表明在相同反應(yīng)條件下，溫度升高有利于提高類(lèi)胡蘿卜素的異構(gòu)化速率和其順式異構(gòu)體的含量，但升高溫度會(huì)引起順式異構(gòu)體的穩(wěn)定性下降而發(fā)生氧化降解，導(dǎo)致類(lèi)胡蘿卜素?fù)p失嚴(yán)重。

熱致異構(gòu)化過(guò)程中防止類(lèi)胡蘿卜素的氧化降解顯得十分必要。Honda 等[23]利用240 ℃過(guò)熱蒸汽將番茄紅素加熱5 min 使其異構(gòu)化，并與普通熱致異構(gòu)化進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，兩種方法所得番茄紅素順式異構(gòu)體含量基本相同（約70%左右），但過(guò)熱蒸汽法使得番茄紅素在異構(gòu)化過(guò)程中處于熔融狀態(tài)，且低氧環(huán)境抑制番茄紅素的氧化降解損失，最終番茄紅素保留率為90.7%，比普通熱致異構(gòu)化高出22.7%左右。且過(guò)熱蒸汽法無(wú)需有機(jī)溶劑和油脂參與反應(yīng)，符合綠色化學(xué)的環(huán)保理念。

2.2 熱促異構(gòu)化反應(yīng)

在溶劑中添加催化劑促進(jìn)類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化反應(yīng)進(jìn)程則為熱促異構(gòu)化反應(yīng)，其中催化劑種類(lèi)是影響類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化效率和異構(gòu)體占比的關(guān)鍵，常見(jiàn)的催化劑有碘、重金屬化合物（四氯化鈦、硫酸鐵、氯化鐵）、硅質(zhì)材料（MCM-41）、碘摻雜TiO2以及金屬絡(luò)合物（Ti-MCM-41 和Fe-MCM-41）以及異硫氰酸酯等[24]，其對(duì)類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化的影響如表2 所示。通常催化劑的引入可大幅提高類(lèi)胡蘿卜素順式異構(gòu)體占比。上述催化劑雖然催化效果較好，但通常價(jià)格高昂，同時(shí)某些催化劑本身含有一定毒性或難以從反應(yīng)物中徹底被分離出來(lái)，從而對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，使其在類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化的應(yīng)用中受到嚴(yán)重限制。

表2 催化劑種類(lèi)對(duì)類(lèi)胡蘿卜素順式異構(gòu)化的影響Table 2 Effect of catalyst type on carotenoid cis-isomers

開(kāi)發(fā)綠色、無(wú)毒、無(wú)害的天然催化劑用于類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化具有長(zhǎng)遠(yuǎn)優(yōu)勢(shì)，Honda 等[28]在大蒜、洋蔥以及芥末等食物中提取出異硫氰酸酯和多硫化物作為天然催化劑分別加入到所在反應(yīng)體系中，由于異硫氰酸酯具有較強(qiáng)的親電性，多硫化物通過(guò)加熱裂解二硫鍵，產(chǎn)生具有催化作用的硫基自由基，使得類(lèi)胡蘿卜素順式異構(gòu)體含量分別提高2.5 倍和3 倍左右。

2.3 光致異構(gòu)化反應(yīng)

在直接光源或光敏劑催化條件下，促使類(lèi)胡蘿卜素產(chǎn)生異構(gòu)化反應(yīng)，此過(guò)程被稱為光致異構(gòu)化。其中直接光源條件下處理是將類(lèi)胡蘿卜素置于一定的溫度和波長(zhǎng)且隔絕氧氣的條件下，使得雙鍵基團(tuán)發(fā)生順式轉(zhuǎn)化。與直接光照相比，向上述反應(yīng)體系中加入光敏催化劑，可顯著提高反應(yīng)產(chǎn)物中類(lèi)胡蘿卜素的順式異構(gòu)體占比。

Li 等[30]利用25 ℃熒光燈作為直接光源對(duì)β-隱黃素照射10 h，光致異構(gòu)化反應(yīng)后得到的其順式異構(gòu)體含量為81.5%，而在同樣條件下添加碘作為光敏劑后，其順式異構(gòu)體含量可達(dá)到97.5%。Murakami等[31]將全反式番茄紅素分別進(jìn)行熱處理和光照射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)進(jìn)行熱致異構(gòu)化反應(yīng)后，其順式異構(gòu)體占比達(dá)到56.1%，而通過(guò)光致異構(gòu)化反應(yīng)只有不到5%。Honda 等[32]在無(wú)光敏劑催化條件下，將全反式番茄紅素溶于正己烷，使用波長(zhǎng)≥600 nm 的燈光照射1 h，得到其順式異構(gòu)體占比僅有7.4%；同樣條件下加入光敏劑葉綠素a 和亞甲基藍(lán)后，順式異構(gòu)體異構(gòu)化占比分別提高至57.4%和51.3%，其中5Z-番茄紅素占比顯著增加，分別為39.9%和31.7%。

類(lèi)胡蘿卜素光致異構(gòu)化反應(yīng)過(guò)程中常用的光敏劑主要有碘、葉綠素、赤蘚紅等，不同類(lèi)型的光敏劑對(duì)類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化效果各不相同，如表3 所示。其中，碘作為光催化異構(gòu)化反應(yīng)中最常見(jiàn)的催化劑，可在短時(shí)間內(nèi)引起自由基發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，促使全反式向順式構(gòu)型轉(zhuǎn)換[33]，但碘的加入?yún)s可能引起類(lèi)胡蘿卜素分子間發(fā)生聚合或聚集，在一定程度上會(huì)導(dǎo)致類(lèi)胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)破環(huán)[29]。同時(shí)，碘作為一種不宜在食品生產(chǎn)中使用的有毒物質(zhì)，導(dǎo)致其應(yīng)用受限。而葉綠素a、赤蘚紅B 以及亞甲基藍(lán)等無(wú)毒無(wú)害，在類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化過(guò)程中可作為碘光敏劑的代替品，具有較好的應(yīng)用前景。

表3 光敏劑類(lèi)型對(duì)類(lèi)胡蘿卜素順式異構(gòu)化的影響Table 3 Effect of photosensitizer type on cis-isomerization of carotenoids

2.4 其他異構(gòu)化方法

微波輻射作為一種安全高效的異構(gòu)化方法，具有操作簡(jiǎn)單，加熱均勻等特點(diǎn)，其異構(gòu)化原理與熱致異構(gòu)化原理相似，但有研究表明微波輻射下的類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化效率高于熱致異構(gòu)化[35]。如Honda等[36]將傳統(tǒng)油浴加熱與微波輻射進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)常規(guī)熱致異構(gòu)化全反式番茄紅素（100 ℃、1 h），其順式異構(gòu)體占比可達(dá)到13.34%，而在相同溫度下微波輻射處理可在3 min 內(nèi)使番茄紅素的順式異構(gòu)體占比達(dá)到42.3%，且其幾乎不降解。

除上述幾種常見(jiàn)的異構(gòu)化方法之外，Wei[37]和Gao 等[38]對(duì)全反式角黃素和β-胡蘿卜素進(jìn)行電解處理和FeCl3化學(xué)氧化處理，發(fā)現(xiàn)處理后的類(lèi)胡蘿卜素生成的全反式陽(yáng)離子自由基/基團(tuán)容易轉(zhuǎn)化為順式，之后與中性類(lèi)胡蘿卜素交換一個(gè)電子而轉(zhuǎn)變?yōu)橹行皂樖筋?lèi)胡蘿卜素，其順式占比能達(dá)到40%～60%。該異構(gòu)化方法屬于非熱處理，可有效防止加工過(guò)程中類(lèi)胡蘿卜素降解，但通常儀器成本較高且電解液含有毒性，所以目前并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。

3 類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化對(duì)其生物活性和生物利用度的影響

類(lèi)胡蘿卜素種類(lèi)繁多，但目前具體何種類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化對(duì)其生物活性和生物利用度的影響的研究相對(duì)較少，主要涉及番茄紅素、β-胡蘿卜素、葉黃素、蝦青素、角黃素等幾種。類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)體的生物活性和生物利用度與其不同評(píng)估方式和分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

3.1 番茄紅素

番茄紅素（C40H56）是一種直鏈碳?xì)浠衔?，具?1 個(gè)共軛雙鍵和2 個(gè)非共軛雙鍵，主要存在于番茄、西瓜、番石榴等果實(shí)中[16]。作為非含氧類(lèi)胡蘿卜素的一種，其生理活性表現(xiàn)為具有較強(qiáng)的抗氧化能力，顯著降低動(dòng)脈粥樣硬化和前列腺癌癥的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[39]。然而這些生物活性成分的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值取決于生物利用度，即番茄紅素進(jìn)入體循環(huán)，達(dá)到作用部位的比例[40]。異構(gòu)化反應(yīng)能夠影響番茄紅素的消化吸收，因此對(duì)其生物活性和生物利用度具有重要影響。

番茄紅素異構(gòu)化在其生物活性方面扮演著重要角色，目前為了評(píng)估異構(gòu)化對(duì)生物活性的影響，所采用的評(píng)估方式主要包括：鐵離子還原/抗氧化能力法（FRAP）、清除過(guò)氧化自由基法（LPSC）、自由基2,2-聯(lián)苯基-1-苦基肼基（DPPH）和2,2′-連氮基-雙-（3-乙基苯并二氫噻唑啉）-6-磺酸）（ABTS）以及動(dòng)物模型和細(xì)胞培養(yǎng)等，如表4 所示。B?HM 等[41]報(bào)道通過(guò)TEAC 法中自由基類(lèi)胡蘿卜素加合物的形成來(lái)測(cè)量番茄紅素清除過(guò)氧化自由基的能力，發(fā)現(xiàn)異構(gòu)化后的番茄紅素順式異構(gòu)體的抗氧化活性是全反式的1.3倍。Müller 等[5]利用番茄紅素來(lái)抑制亞油酸脂質(zhì)過(guò)氧化，發(fā)現(xiàn)5-Z-番茄紅素的抗氧化活性明顯高于（all-E）-、（9Z）-、（13Z）-番茄紅素。然而在使用FRAR 法還原Fe3+來(lái)評(píng)估番茄紅素及其異構(gòu)體對(duì)電子轉(zhuǎn)移的耐受性時(shí)，發(fā)現(xiàn)順式異構(gòu)體與反式異構(gòu)體的抗氧化活性無(wú)明顯差異[42]。番茄紅素順?lè)串悩?gòu)體抗氧化能力說(shuō)法不一，可能是由于不同測(cè)定方法對(duì)番茄紅素異構(gòu)體發(fā)揮抗氧化作用存在差異所導(dǎo)致的。但是無(wú)論采用何種方法評(píng)估都已證實(shí)異構(gòu)化后的番茄紅素其順式異構(gòu)體存在抗氧化活性，且其不會(huì)對(duì)機(jī)體防御系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響[5]。

表4 不同評(píng)估方式下類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化對(duì)其生物活性的影響Table 4 Effects of carotenoid isomerization on their biological activity under different evaluation methods

番茄紅素異構(gòu)化對(duì)其生物利用度具有積極影響。通常生物利用度通過(guò)體內(nèi)和體外消化試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，例如體外試驗(yàn)（人類(lèi)腸道Caco-2 細(xì)胞培養(yǎng)、體外消化模擬和擴(kuò)散模型等）、動(dòng)物模型以及臨床試驗(yàn)等[48]，如表5 所示。在體內(nèi)試驗(yàn)中，Honda 等[49]發(fā)現(xiàn)番茄紅素順式異構(gòu)體在小鼠肝臟中的累積濃度是全反式的3 倍以上。此外，Cooperstone 等[50]通過(guò)人體臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在食用橘紅色番茄汁（順式異構(gòu)體含量為94%）后，其番茄紅素生物利用度是紅色番茄汁（順式異構(gòu)體含量為10%）的8.5 倍。在體外試驗(yàn)中，F(xiàn)ailla 等[51]報(bào)道了番茄紅素全反式異構(gòu)體在體外膠束和腸道細(xì)胞的攝取明顯低于順式異構(gòu)體。上述不同評(píng)估方式得出相同結(jié)論，即番茄紅素順式異構(gòu)體比全反式異構(gòu)體具有更高的生物利用度。這是由于番茄紅素從全反式構(gòu)型轉(zhuǎn)化為順式異構(gòu)體后，其分子結(jié)構(gòu)從針狀晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形非晶態(tài)，更易溶于膽汁酸膠束，有利于被小腸粘膜細(xì)胞所消化吸收。

表5 不同評(píng)估方式下類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化對(duì)其生物利用度的影響Table 5 Effects of carotenoid isomerization on its bioavailability under different evaluation methods

3.2 β-胡蘿卜素

β-胡蘿卜素（C40H56）是一種環(huán)狀非含氧類(lèi)胡蘿卜素，與番茄紅素一同作為人類(lèi)最常食用的類(lèi)胡蘿卜素之一，主要存在于胡蘿卜和南瓜等蔬菜中[58]。β-胡蘿卜素作為維生素A 的前體，因同時(shí)存在兩個(gè)與11個(gè)碳鏈相連的β-紫羅蘭酮環(huán)，而具有更大的抗氧化能力，可預(yù)防癌癥和動(dòng)脈粥樣硬化等多種慢性疾病[59]。

異構(gòu)化使β-胡蘿卜素的生物活性改變，在不同檢測(cè)方法下，β-胡蘿卜素順?lè)串悩?gòu)體的抗氧化能力存在兩種不同結(jié)果，如表4 所示。在亞油酸甲酯過(guò)氧化測(cè)試以及大鼠口服劑量測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)異構(gòu)化后的（9Z）-β-胡蘿卜素抗氧化活性高于全反式異構(gòu)體[43]；而在低密度脂蛋白的氧化測(cè)試和等效抗氧化能力測(cè)定（TEAC）以及PSC 法測(cè)試時(shí)，β-胡蘿卜素順?lè)串悩?gòu)體的抗氧化活性之間無(wú)明顯差異，甚至順式異構(gòu)體相對(duì)較差[44]。但是，目前現(xiàn)有研究表明（9Z）-β-胡蘿卜素的抗動(dòng)脈粥樣硬化活性更強(qiáng)[60]，該結(jié)論已經(jīng)在小鼠試驗(yàn)中得到證實(shí)[45]，從杜氏藻粉末中分離出的9Z-異構(gòu)體同樣具有抑制動(dòng)脈粥樣硬化的作用[61]，但在臨床試驗(yàn)中還沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。

β-胡蘿卜素異構(gòu)化后的順?lè)串悩?gòu)體在不同評(píng)估方式中，其生物利用度會(huì)出現(xiàn)兩種相反的結(jié)果，如表5 所示。Deming 等[62]與Honda 等[54]同樣使用動(dòng)物體內(nèi)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)β-胡蘿卜素順?lè)串悩?gòu)體的生物利用度進(jìn)行研究，前者順式異構(gòu)體生物利用度高而后者卻相反，這可能是由于在喂養(yǎng)動(dòng)物時(shí)，飼料中除了含有β-胡蘿卜素外，其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也發(fā)揮作用，并且β-胡蘿卜素的物理狀態(tài)不同，也會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物消化吸收能力存在差異。在使用細(xì)胞模擬和動(dòng)物模型兩種不同評(píng)估方法時(shí)，其順?lè)串悩?gòu)體的生物利用度也出現(xiàn)不同結(jié)果，這可能是由于不同的β-胡蘿卜素遞送體系所導(dǎo)致[46]。由此可見(jiàn)，類(lèi)胡蘿卜素所在的基質(zhì)，以及隨類(lèi)胡蘿卜素一同進(jìn)入體內(nèi)的其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、膳食纖維等）都會(huì)影響類(lèi)胡蘿卜素的吸收和代謝。

3.3 葉黃素

葉黃素（C40H56O4）是一種含羥基的類(lèi)胡蘿卜素，與其他類(lèi)胡蘿卜素相比，更容易在色譜檢測(cè)中分離出來(lái)[63]。葉黃素普遍存在于玉米、胡蘿卜、豌豆和蛋黃中，作為一種有益于人類(lèi)健康的功能性化合物，在人體生長(zhǎng)發(fā)育的不同階段起到的作用也不同，在嬰兒時(shí)期，葉黃素主要作用于大腦，有利于促進(jìn)大腦和認(rèn)知功能的發(fā)育；在成人時(shí)期，可有效緩解與年齡相關(guān)的認(rèn)知障礙和眼病等發(fā)病率[2]。

在葉黃素異構(gòu)體生物活性的研究方面，Sahin[64]和Gunal[65]等發(fā)現(xiàn)葉黃素異構(gòu)化后產(chǎn)生的順式異構(gòu)體可顯著縮小腦梗塞體積和腦水腫，并且通過(guò)調(diào)節(jié)G 蛋白偶聯(lián)受體和生長(zhǎng)因子來(lái)減輕大鼠視網(wǎng)膜光氧化損傷，保護(hù)光感受器細(xì)胞免受過(guò)度的光退化。另外楊成等[46]通過(guò)氧自由基清除能力（ORAC-L）、DPPH和FRAP 三種方法檢測(cè)葉黃素順?lè)串悩?gòu)體的抗氧化活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（13Z）-葉黃素>（9Z）-葉黃素≈（all-E）-葉黃素?，F(xiàn)有研究表明了葉黃素經(jīng)異構(gòu)化后其順式異構(gòu)體的功能特性并未消失，且順式異構(gòu)體的生物活性優(yōu)于全反式異構(gòu)體。

葉黃素異構(gòu)化對(duì)其生物利用度具有積極影響，但在不同評(píng)估方式下，異構(gòu)化后的順式異構(gòu)體間的生物利用度存在差異，見(jiàn)表5。例如，在一體外消化模型試驗(yàn)中，顯示葉黃素異構(gòu)體的生物利用度順序?yàn)椋?3Z）-葉黃素>（9Z）-葉黃素>（all-E）-葉黃素[57]；而在Caco-2 單細(xì)胞模型試驗(yàn)中，對(duì)于葉黃素異構(gòu)體的生物利用度也得到相似結(jié)論，即（13Z）-葉黃素≈（9Z）-葉黃素>（all-E）-葉黃素[29]。這些結(jié)果表明葉黃素順式異構(gòu)體更易溶解且更易與膽鹽和胰酶形成膠束，在腸道細(xì)胞中轉(zhuǎn)運(yùn)效率較高，所以具有較高的生物利用度。

3.4 其他類(lèi)胡蘿卜素

蝦青素（C40H52O4）是一種酮式類(lèi)胡蘿卜素，主要存在于海洋微生物和動(dòng)物中，其作為補(bǔ)充劑廣泛應(yīng)用于臨床試驗(yàn)，并被證明具有多種藥理作用，其中包括抗氧化、抗炎癥以及抗凋亡等[66]。如表5 所示，楊成[29]利用Caco-2 細(xì)胞考察其順?lè)串悩?gòu)體抗氧化能力時(shí)發(fā)現(xiàn)，在吸收效率相同時(shí)，順式異構(gòu)體的抗氧化應(yīng)激損傷的能力高于全反式；秀麗隱桿線蟲(chóng)的抗衰老性能試驗(yàn)也證實(shí)，通過(guò)改變調(diào)節(jié)壽命途徑的基因表達(dá)，（9Z）-蝦青素延長(zhǎng)線蟲(chóng)壽命的效果優(yōu)于（all-E）-蝦青素[47]。

此外，角黃素（C40H52O2）作為一種強(qiáng)效抗氧化劑，（9Z）-角黃素對(duì)DPPH、超氧陰離子自由基和活性氧的清除能力高于全反式異構(gòu)體[67]。并且在利用角黃素異構(gòu)體考察對(duì)THP-1 巨噬細(xì)胞的促凋亡作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，（9Z）-角黃素促凋亡效果優(yōu)于（all-E）-角黃素[68]。

綜上所述，類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化對(duì)生物利用度和生物活性的影響不容忽視，選擇不同的評(píng)估方式能夠較全面地了解類(lèi)胡蘿卜素順?lè)串悩?gòu)體的功能特性，從而拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。目前異構(gòu)化后的類(lèi)胡蘿卜素的人體試驗(yàn)相對(duì)較少，現(xiàn)有評(píng)估方式并不能完全模擬類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)體在人體內(nèi)消化反應(yīng)的全部過(guò)程，因此在確保異構(gòu)化類(lèi)胡蘿卜素食用安全的前提下，探索這些類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)體對(duì)人體生物利用度和生物活性的影響勢(shì)在必行。

4 結(jié)論

近年來(lái)類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化研究受到人們熱切關(guān)注。本文綜述了類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化方法及影響異構(gòu)化因素，分析了不同評(píng)估方式下類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化對(duì)其生物利用度和生物活性的影響。綜合評(píng)價(jià)當(dāng)前的研究狀況，類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化的研究有待從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)：a.目前的研究對(duì)象大多是番茄紅素、β-胡蘿卜素、葉黃素等常見(jiàn)類(lèi)胡蘿卜素，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其他類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)化的研究；b.現(xiàn)階段對(duì)類(lèi)胡蘿卜素生物利用度和生物活性的評(píng)估方式并不統(tǒng)一，很大程度上造成了評(píng)估結(jié)果存在差異；c.異構(gòu)化后的類(lèi)胡蘿卜素容易氧化降解，可以從提高其穩(wěn)定性的加工工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，提高其在食品應(yīng)用中營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和功效。