左兆云

（山东畜牧兽医职业学院动物科技系，山东潍坊 261061）

番茄红素（Lycopene）是一种天然类胡萝卜素，主要存在于成熟的番茄、西瓜、番石榴、玫瑰果、木瓜和葡萄柚等果实中[1]。此外，海洋嗜盐古菌也可产生番茄红素[2]。人体自身不能合成番茄红素，其摄入量的85%来源于番茄和以番茄为基础的产品[3]。在过去几十年中，关于番茄红素的功能研究主要集中在抗氧化、降脂、抗炎、抗肿瘤等方面[4-7]。随着人们的食品安全意识逐渐增强，一些天然的植物提取物成为无抗养殖背景下的研究热点。番茄红素在改善动物健康和提升动物产品品质等方面具备优势，使其成为一种颇具潜力的天然植物添加剂[8-9]。但现阶段番茄红素在不同种类动物养殖中的添加量及作用效果并不一致，且作用机理尚不明确，因此推广应用程度不高。对此，本文综述了番茄红素的理化特性、安全性、生物学功能及其在动物生产中的应用进展，以期为番茄红素的进一步研究和利用提供参考。

1 番茄红素的理化特性及安全性

1.1 理化性质 番茄红素是一种脂溶性的类胡萝卜素，属于异戊二烯类不饱和烯烃化合物，有11 个共轭双键和2 个非共轭双键，分子式为C40H56，相对分子质量为536.85，熔点为172～175℃，粉末状为深红色，可溶于氯仿、己烷、苯、二硫化碳、丙酮、石油醚和石油，不溶于水、乙醇和甲醇，对光、氧、高温、酸、催化剂和金属离子敏感[10]。在所有类胡萝卜素中，番茄红素的不饱和度最高，在天然果蔬中主要是全反式构型存在，而在加热和光照影响下易被氧化降解和发生异构化反应[11]。

1.2 番茄红素的安全性 番茄红素在全世界范围内都有很长的安全食用历史。Perucatti 等[12]研究表明，饮食中含有丰富的番茄红素不产生任何诱变活性，对兔的淋巴细胞没有毒性。番茄红素对小鼠的急性毒性较低，口服和腹腔注射3 g/kg 体重的番茄红素对小鼠没有任何影响[13]，而且亚慢性和慢性安全性研究也没有观察到明显的全身毒性[14]。因此，番茄红素被认为是一种安全无毒的物质。

2 番茄红素的生理功能

2.1 抗氧化功能 氧化应激被认为是导致多种疾病的主要因素之一，番茄红素可通过抗氧化，缓解氧化应激损伤，进而改善动物机体健康状况。

2.1.1 直接清除自由基 番茄红素有11 个共轭双键，对氧和自由基具有极强的反应性[15]。番茄红素是各种常见类胡萝卜素中最有效的抗氧化剂[16]，其清除单线态氧的速率常数是β-胡萝卜素的2 倍[17]。此外，番茄红素可在体外和细胞内清除过氧亚硝酸盐[18-19]。Mortensen 等[20]研究表明，番茄红素有清除二氧化氮和硫酰及硫酰自由基的能力。据Galano 等[21]报道，在非极性环境时，番茄红素清除过氧化氢自由基的效率高于胡萝卜素。

2.1.2 提高抗氧化系统的活性 番茄红素可通过调节抗氧化酶的产生间接作用于自由基，使机体免受氧化损伤。研究表明，在2 型糖尿病大鼠模型中，番茄红素显著提高大鼠超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和过氧化氢酶（CAT）活性[22-23]。李莉[24]探究番茄红素对大鼠食管癌的干预效果，发现番茄红素干预后，大鼠血清中GSH-Px、SOD 酶活力显著增加，而丙二醛（MDA）水平降低，改善了食管癌大鼠的氧化应激状态。此外，番茄红素可提高机体非酶类抗氧化剂含量。在家兔饲粮中添加番茄红素能显著增加血液维生素A 和维生素E 的含量，而氧化剂水平显著降低[25]。Sahin 等[26]在高温应激鹌鹑日粮中补充番茄红素，发现血清中的维生素A、维生素C 和维生素E 的含量升高，可缓解鹌鹑热应激造成的氧化应激，并且降低鹌鹑对抗氧化剂的消耗。

目前，番茄红素降低生物体氧化应激损伤的机制主要是通过体内研究来阐明的。核因子红细胞系-2 相关因子2（Nrf2）是抗氧化应激反应的重要转录因子，可以保护细胞免受氧化应激[27]。Nrf2 介导一系列药物代谢和细胞保护酶的表达，如血红素氧化酶-1（HO-1）、NAD（P）H:醌氧化还原酶1（NQO-1）、SOD 和谷胱甘肽S-转移酶（GST）等，以增强对内源性和外源性氧化剂（如活性氧）的清除和解毒作用[28]。研究表明，番茄红素显著激活了大鼠海马区抗氧化酶HO-1和NQO-1的mRNA 表达，可通过激活Nrf2 信号通路来降低氧化损伤[29]。同样，Zhao 等[30]研究发现，番茄红素通过介导Nrf2 信号通路，增加抗氧化能力，进而抑制邻苯二甲酸（2-乙基己基酯）诱导的小鼠间质细胞损伤氧化应激。综上可知，番茄红素可直接清除或抑制自由基，也可以作为诱导剂，激活抗氧化信号通路，提高机体抗氧化系统活性，通过多种机制发挥抗氧化功能，缓解氧化应激损伤，保障动物健康。

2.2 降脂功能 番茄红素能够调节脂质代谢，降低血脂水平。在高脂饮食大鼠模型中，添加番茄红素显著降低了血清和脑的总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）和氧化型低密度脂蛋白（Ox-LDL）水平[31]。同样，番茄红素可降低糖尿病大鼠的血清TC、TG、LDL-C 和肝脏TC 和TG 含量[22]。体外研究证明，番茄红素通过与3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）还原酶的疏水性部分结合，竞争性地抑制HMG-CoA 还原酶活性[32]，从而减少胆固醇的合成。此外，Fenni 等[33]研究表明，番茄红素能降低食源性肥胖小鼠固醇调节元件结合蛋白（SREBP-1c）和脂肪酸合成酶（FASN）的基因表达，上调3 种脂肪酸氧化相关基因的表达。因此，番茄红素的降脂功能可能与抑制胆固醇合成的限速酶活性以及增强脂肪酸β氧化的作用相关。

2.3 抗炎功能 番茄红素具有抗炎功能，能改善非酒精性脂肪肝小鼠的肝脏炎症[34]，降低前列腺癌细胞的炎症因子水平[35]。Yang 等[36]研究发现，番茄红素显著降低了人骨关节炎关节软骨细胞中的基质金属蛋白酶-13（MMP-13）、血清白介素6（IL-6）和肿瘤坏死因子α（TNF-α）的表达，起到保护作用，其机制可能是通过激活Kelch 样环氧氯丙烷相关蛋白-1（Keap1）-Nrf2信号通路。同样，Sun 等[37]研究表明，在H2O2诱导的牛乳腺上皮细胞中，番茄红素降低了TNF-α、IL-6和IL-1β的表达，其机制可能是通过灭活核因子-κB（NFκB）信号通路进而降低促炎细胞因子的表达。另有研究报道，番茄红素显著增加了黄曲霉毒素B1（AFB1）暴露小鼠的血清IL-2、干扰素γ（IFN-γ）和TNF-α含量以及脾脏IL-2、IFN-γ和TNF-α的mRNA 表达，能通过抑制氧化应激和线粒体介导的小鼠脾脏细胞凋亡来减轻AFB1诱导的免疫抑制[38]。综上所述，番茄红素主要是通过阻止NF-κB 信号通路激活，限制IL、TNF-α等炎性介质的形成，起到抑制炎症反应的作用。

2.4 抗癌功能 已有研究表明，番茄红素与降低前列腺癌、乳腺癌、胃癌、肺癌、结肠癌等癌症的风险有关[39]。番茄红素对大鼠食管黏膜组织癌变有抑制作用，可通过上调大鼠食管组织中过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-3（Caspase-3）蛋白表达，下调NF-κB、环氧合酶-2（COX-2）蛋白表达来抑制食管癌的发生，其中中剂量番茄红素干预组（25 mg/kg 体重）对食管癌的抑制效果最佳[24]。此外，在烟草致癌物（NNK）诱发的雪貂肺癌模型中发现，番茄红素可通过抑制肺α7 烟碱型乙酰胆碱受体及其下游蛋白表达来防止肺癌细胞增殖[40]。尽管目前关于番茄红素抗癌的研究很有前景，但普遍缺乏临床方面作用机制的研究，仍需要科研工作者更加深入的探索。

2.5 抑制骨质疏松 研究表明，中国女性血清中番茄红素水平越高，其骨矿物质的密度就会越高[41]。在细胞水平上，番茄红素已被证明可以抑制破骨细胞的分化，并刺激成骨细胞的增殖和分化[42]。其机制可能是番茄红素对破骨细胞形成过程中的丝裂原细胞外信号调节激酶（MEK）和蛋白激酶C（PKC）通路以及对成骨细胞形成过程中MEK 和NF-κB 的直接影响[43]。

3 番茄红素在动物生产中的应用

3.1 番茄红素在家禽生产中的应用 番茄红素有提高家禽生产性能、改善蛋品质、减轻热应激损害、提高繁殖性能的作用。Sun 等[44]研究发现，种母鸡饲粮中添加40 mg/kg 番茄红素可以显著提高肉仔鸡的初生重和抗氧化能力。蛋鸡饲粮中添加番茄红素（10、20 mg/kg）可增加肝脏和蛋黄中番茄红素含量，同时降低血清和保存4 周的鸡蛋MDA 含量[45]。研究表明，饲粮中添加200 mg/kg 番茄红素可降低蛋鸡血清TC 和TG 含量，以及肝脏、蛋黄、胸肌的胆固醇含量[46]。Sahin 等[26]在高温应激（34℃）鹌鹑日粮中分别添加50、100、200 mg/kg 的番茄红素，发现可以提高热应激鹌鹑的饲料转化率和胴体重。随后Sahin 等[47]研究表明，饲粮中添加番茄红素（200、400 mg/kg）可以缓解肉鸡的高温热应激症状，原因是番茄红素提高了肌肉中Nrf2基因的表达以及血清中抗氧化酶（SOD、GSH-Px）活性。Najafi 等[48]研究表明，番茄红素可提高冻融公鸡精子总运动能力、细胞的膜完整性和线粒体活性，以及人工授精的受精蛋孵化率。目前，番茄红素在家禽饲料中的添加剂量从几十毫克到几百毫克不等，且试验群体较小，因此在大群体中的最优添加剂量还需要进一步研究。

3.2 番茄红素在反刍动物生产中的应用 饲粮中添加番茄红素可改善夏季高温环境下巴美肉羊的生长发育和肉质[49]。Xu 等[50]研究表明，湖羊饲粮中分别添加200 mg/kg 和400 mg/kg 番茄红素能增加贮藏期羊肉的颜色稳定性和抗氧化物质（维生素A 和维生素E）含量，并且降低了脂质和蛋白质的氧化程度，其中200 mg/kg 番茄红素添加组的效果较好。此外，番茄红素可显著提高精液解冻后公牛精子的线粒体活性[51]，也可提高体外培养的牛胚胎质量[52]。Ren 等[53]研究表明，在低温保存绒山羊精液中加入1.0 mg/mL 番茄红素，明显提高解冻后精子活力、顶体完整性、粒线体活性以及山羊精子的抗氧化酶活性，而4.0 mg/mL 的番茄红素组对精子生理特性并无改善。Tvrdá 等[54]研究表明，在抗坏血酸亚铁诱导牛精子氧化应激损伤模型中加入番茄红素（0.25、0.50、1.00、2.00 mmol/L），能提高精子活性，显著抑制精子悬浮液中MDA 的增加，其中最有效的番茄红素浓度是1.00、2.00 mmol/L。其机制可能是番茄红素易通过生物膜并迅速进入细胞，在细胞膜和脂蛋白的氧化损伤保护中起重要作用。以上结果表明，番茄红素具有提高反刍动物生产性能、改善贮藏期羊肉品质、提高种畜精子质量的作用，为达到最佳应用效果，在应用过程中要注意添加剂量。

3.3 番茄红素在猪生产中的应用 番茄红素在猪生产中的报道很少。王捷[55]研究表明，在猪精子冷冻稀释液中添加一定浓度的番茄红素可以显著提高解冻后精子质量，最适宜添加水平为2.0 μmol/L。研究表明，猪饲粮中添加20 mg/kg 番茄红素可以降低新鲜猪肉的MDA含量[56]。在育肥猪饲粮中添加番茄红素（12.5、25.0、37.5、50.0 mg/kg）能够降低贮藏期间（0、24、48、72 h）猪肉的MDA 含量，其中番茄红素添加量为50.0 mg/kg时效果最佳[57]。其机制可能是通过增加肉中番茄红素含量，进而提高猪肉的氧化稳定性。此外，Correia 等[58]研究发现在乳猪饲料中添加5%番茄渣也可提高肌肉和肝脏中α-生育酚的含量以及猪肉品质。

3.4 番茄红素在水产动物中的应用 番茄红素具有改善水产动物生产性能、减轻氧化应激损伤的作用。在高脂饲料中添加0.2%番茄红素可提高虹鳟鱼的饲料转化效率、蛋白质效率比和抗氧化功能，其效果优于抗氧化剂乙氧基喹啉[59]。研究表明，番茄红素能够减轻马拉硫磷对鲤鱼[60]以及克百威对非洲鲶鱼[61]的毒性作用，作用机制可能是番茄红素通过清除自由基进而降低了机体MDA 含量并提高了抗氧化酶活性。这些研究结果为番茄红素减轻药物对水产动物的损害提供了理论依据。但也有研究表明，番茄红素能降低黄金鲈鱼的肝脏SOD、CAT 和GSH-Px 活性，其机制可能是由于番茄红素能够有效清除自由基并防止氧化应激的发生，因此对内源性抗氧化酶的刺激较少[62]。

3.5 番茄红素在兔生产中的应用 番茄红素具有提高肉兔抗氧化能力、改善肉品质、降低胆固醇的作用。Lorenz 等[63]用高胆固醇日粮连续4 周饲喂新西兰白兔，同时补充番茄红素（5 mg/kg 体重），结果显示，兔血浆番茄红素水平显著提高，而且血清中TC 和LDL-C浓度降低了近50%。研究表明，兔饲粮中添加5 mg/kg番茄红素可提高兔肉中视黄醇、α-生育酚水平，同时降低兔肉胆固醇含量以及冷藏3 d 后的兔肉硫代巴比妥酸反应物（TBARS）含量[64-65]。另外，饲粮中添加番茄红素能降低肉兔血浆TBARS 含量，增加维生素A 和α-生育酚含量[65]。其机制可能是由于番茄红素能减少自由基的产生并增加抗氧化酶的活性。

4 小 结

综上所述，番茄红素具有重要的生理功能，能够改善动物的生产性能、降低血脂、提高机体抗氧化能力和繁殖性能，目前在动物生产中的研究日益增多。在反刍动物、家禽、肉兔等动物生产中，番茄红素展现出了提升动物产品品质的潜能，这为健康畜产品的研发工作提供了依据。因此，番茄红素作为一种饲料添加剂具有广阔的应用前景。我国是番茄生产大国，深度开发番茄红素的功能，不仅有利于养殖业的健康发展，也利于农产品的深加工，但现阶段番茄红素在动物生产中的适宜添加水平和机制研究仍有欠缺，推广应用程度不高。因此，在“无抗养殖”的大趋势下，迫切需要进一步研究番茄红素在各种动物的适宜添加量、作用效果及调节机制，为番茄红素在畜牧生产中更好地应用提供理论依据。