番茄红素（Lycopene）是一种植物源类胡萝卜素，也是一种含有多不饱和键的异戊二烯类化合物 [1] ，番茄红素全反式结构见图1。基于其特殊的多不饱和键结构，使得番茄红素具有非常强的抗氧化活性 [2] 。番茄红素具备抵抗癌症 [3,4] 、预防动脉粥样硬化等心血管疾病 [5] 、增强机体免疫力 [6] 和增强男性生殖系统健康 [7] 等多种重要生物活性。番茄红素属于天然的脂溶性红色素，在生产中被广泛使用的食品添加剂，具有很高的经济效益。同时联合国粮农组织和世界卫生组织已认定番茄红素为A 类营养素 [8] ，在食品、保健品和化妆品等领域也逐渐得到了广应用 [9] 。
图1 全反式番茄红素结构式
Fig.1 Structuration of trans-lycopene
然而，番茄红素的多不饱和键结构使其易受光照、pH 值、氧气和高温等环境的影响，导致降解 [10,11] ，这无疑对工业化大规模生产构成挑战。采用制剂技术能提升番茄红素的稳定性 [12] ，常见的制剂形式包括包合型复合物 [13] 、微胶囊化技 [14] 、脂质体技术 [15] 和乳化技术 [16] 。其中，包合技术能够将一种分子包嵌于另一种分子的空穴结构内形成包合物，该技术能有效提升像番茄红素、姜黄素和花青素这类功能性物质的稳定性。李万茸等 [17] 制备了β-酸-番茄红素/羟丙基-β- 环糊精，检测发现在避光条件下保持16 d 后，番茄红素保留率达60%以上。直链淀粉，作为一种常见的食品基质，在应用于食品生产加工方面具有天然优势。经过热处理后直链淀粉能打开其螺旋结构，从而达到对功能性小分子进行封装的效果 [18,19] 。前期工作已利用直链淀粉的沉淀特性制备了直链淀粉-番茄红素复合物（Amylose-Lycopene Complexes, ALCs），并对其多尺度结构以及对热、氧、光和酸碱的稳定性进行了分析 [20,21] ，但其储藏稳定性尚未明确。本研究以物理混合的直链淀粉-番茄红素物理混合物（Amylose-Lycopene Mixtures, ALMs）为对照，观察ALCs 在常规无氧避光环境下，颜色变化、抗氧化性能和番茄红素保留率随时间的演变，以及降解动力学，以此评估其储藏稳定性，旨在揭示淀粉基复合制剂如何保护番茄红素，为番茄红素稳定制剂的研发和食品行业的应用提供实用参考。
1 材料和方法
1.1 试验材料
直链淀粉，购于荃银祥玉（北京）生物科技有限公司；番茄红素，购于北京万佳首化生物科技有限公司；2,2-联苯基-1-苦基肼基，购于上海吉至生化科技有限公司；氢氧化钠、二甲基亚砜、丙酮、无水乙醇，均购于安徽金粤冠新材料科技有限公司；氮气，购于南通通扬吸附工程设备有限公司；蒸馏水，实验室自制。
1.2 主要仪器与设备
L3S 型紫外-可见分光光度计，梅特勒托利多国际有限公司；UGC-24WT 型触控屏水浴氮吹仪，北京优晟联合科技有限公司；SN-QX-08E 型超声波仪，张家港市吉创超声科技有限公司；YZG/FZG 型真空干燥箱，上海思派瑞环境试验设备有限公司；C-MAG HS4 型磁力搅拌器，艾卡(广州)仪器设备有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 ALCs的制备
参照孙世东等 [22] 的方法，并稍作修改。清洗程序：先用无水乙醇涡旋震荡，再离心作用30 min，弃去上清液，重复2 遍，最后使用氮气吹扫仪将剩余无水乙醇吹干，冷干沉淀后即得ALCs。所有操作均在避光、充氮气环境下完成。将直链淀粉和番茄红素粉末进行简单物理混合即得对照样品ALMs。
1.3.2 ALCs色泽测定
试验以ALMs 为对照组，参照李亚楠等 [23] 的方法，研究ALCs 的色泽稳定性。将ALCs 置于常温无氧避光条件下，拍照记录其在第0、7、14、21 和28 天时的色泽变化照片，每张照片拍摄5 张400×的照片，然后用IPP 6.0（Image-Pro Plus 6.0）图像分析系统测定ALCs 和ALMs 的平均光密度值（Average Optical Density, AOD），并依照计算公式（1）计算其衰减率。
式中：
Ar——颜色衰减率，%；
B0——ALCs 的初始平均光密度值（AOD0）；
Bt——储藏第t 天时ALCs 的平均光密度值（AODt）。
1.3.3 ALCs中番茄红素保留率测定
参考杜欣雨等 [24] 的方法，并稍作修改。利用紫外可见分光光度计测定梯度浓度的番茄红素丙酮溶液在特征吸收峰447 nm 处的吸光度，得标准曲线方程。将样品溶于丙酮后，经超声萃取并离心处理，测定吸光度后代入方程，即得ALCs 中番茄红素的含量，并依照下式计算保留率。
式中：
Rr——番茄红素保留率，%；
C0——ALCs 中番茄红素的初含量，μg/mL；
Ct——t d 时ALCs 中番茄红素的含量，μg/mL；
V0——萃取ALCs 初始样品中番茄红素所需丙酮的体积，mL；
Vt——t d 时萃取ALCs 中番茄红素所需丙酮的体积，mL。
1.3.4 ALCs抗氧化活性测定
采用DPPH 自由基清除法来反映ALCs 的抗氧化活性变化。参考赵佳伟等 [25] 的方法，并稍作修改。以丙酮为参比溶液，按下式计算样品对DPPH 自由基的清除率：
式中：
Cr——DPPH 自由基清除率，%；
A0——DPPH 无水乙醇溶液与丙酮（3：1）的吸光度；
A1——无水乙醇与ALCs 丙酮溶液（3：1）的吸光度；
A2——反应后DPPH溶液和ALCs溶液的混合物的吸光度。
1.3.5 ALCs中番茄红素降解动力学模型构建
参考赵伟等 [26] 的研究方法，采用阿伦尼乌斯方程对番茄红素的降解动力学进行分析。并经以下零级、一级和二级降解动力学方程式进行拟合：
同时利用降解动力学方程计算ALCs 中番茄红素的降解速率常数k [μg/(mL·h)] 、半衰期T1/2（d）和十分之一衰期T9/10（d）等降解动力学参数。
1.3.6 数据处理
采用SPSS 26 软件对试验数据进行统计分析，所有指标以平均值±标准差（X-±S）的形式呈现，利用Origin 2023 和Microsoft Excel 2023 生成图表，并进行邓肯假定等方差分析。
2 结果与分析
2.1 ALCs的色泽变化分析
不同储藏时间下ALCs 和ALMs 的色泽变化如图2 所示。ALCs 和ALMs 在常温无氧避光条件下储藏28 d 的AOD 值变化见表1。
表1 ALCs和ALMs在常温无氧避光条件下储藏28 d的AOD值变化
Table 1 Changes in AOD values of ALCs and ALMs stored at room temperature, oxygen free, and dark conditions for 28 days
注：表中的大写字母不同表示组间显著差异，小写字母不同表示组内显著差异。
?
图2 不同储藏时间的ALCs 和ALMs 的颜色变化图
Fig.2 Color changes of ALCs and ALMs with different storage times
注：a-e 和f-j 分别为ALCs 和ALMs 储藏的第0、7、14、21 和28 天。
由图2 和表1 可知，制剂后的ALCs 色泽更深，其AOD 值达0.83，显著高于ALMs（P＜0.01）；在常温无氧避光条件下，ALCs 和ALMs 的色泽随储藏时间的延长均呈现逐渐减弱的趋势，但制剂后的ALCs 更具色泽稳定性。ALCs 在储藏前期色泽无显著变化，而ALMs 在常温无氧避光条件下第7 天，色泽即明显变淡，由最初的0.50 降低为0.42，变化幅度达16.00%；储藏28 d 时，ALCs 的AOD 值降至0.61，而ALMs 的AOD 值降至0.27；ALCs 的颜色衰减率为26.51%（28 d），变化幅度明显小于ALMs 的46.00%。综上可知，ALCs 具有良好的色泽稳定性。韩鹏祥 [27] 认为随着储藏时间的延长，番茄红素的色泽逐渐变浅。究其原因，这可能是由于番茄红素的色泽与其含量线性相关 [28] 。Amiri-rigi等 [29] 考察发现经制剂化后，番茄红素微乳在25 ℃储藏过程中颜色无明显变化，而对照品则因为番茄红素损失而几乎透明。
2.2 ALCs含量变化分析
为了研究ALCs 中番茄红素的稳定性变化，观察在常温无氧避光条件下ALCs 储藏28 d 期间其番茄红素保留率变化，结果见图3。
图3 储藏过程中ALCs 和ALMs 的番茄红素保留率变化
Fig.3 Changes in lycopene retention rates of ALCs and ALMs during storage
注：图中的大写字母不同表示组间显著差异，小写字母不同表示组内显著差异。
如图3 所示，随着储藏时间增加，ALCs 和ALMs 中番茄红素的保留率均呈递减趋势，但ALCs 的保留率显著优于ALMs（P＜0.05）。在储藏至5、14 和28 d 后，ALCs 中的番茄红素保留率为87.62%、73.12%和65.84%，均显著高于ALMs的71.86%、28.29%和11.37%（P＜0.01）。综上可知，在常温无氧避光条件下，随储藏时间延长，复合物中的番茄红素逐渐损失，但ALCs 中番茄红素的保留率均显著优于对照组。ALCs 的独特包合复合结构可能是关键因素，相较于直链淀粉和番茄红素的单纯物理混合，ALCs 能促使番茄红素深入直链淀粉的疏水螺旋空间，并形成紧密的双螺旋结构，从而增强其稳定性 [30-32] ，从而增强了番茄红素的稳定性。徐建中等 [33] 发现番茄红素制剂在40 ℃、75% RH 环境下4 d 后保留率仍为97.0%，显著高于番茄红素晶体的1.1%。Dos 等 [34] 研发了负载番茄红素的纳米颗粒，在室温下储存14 d 后番茄红素的保留率仍为50%。顾婷婷等 [35] 观察脱支糯米淀粉-番茄红素包合物在光照下48 h 后番茄红素保留率高达82%，高于物理混合物的65%。即包合物可降低番茄红素的劣化，具有良好的稳定性。Pelissari等 [36] 研究发现番茄红素脂质体在储藏90 d 后其保留率仍达40%。Dos 等 [37] 利用聚ε-己内酯包封番茄红素，发现在5 ℃冷藏过程中，样品的平均直径和ζ电位保持稳定84 d，番茄红素含量约为40%，远大于未经处理对照组，即纳米封装可显著提高番茄红素的稳定性。
2.3 ALCs的抗氧化活性变化分析
测定ALCs 在常温无氧避光条件下储藏28 d 期间的抗氧化活性变化，测定结果见下图4。
图4 储藏过程中ALCs 和ALMs 的抗氧化活性变化
Fig.4 Changes in antioxidant activity of ALCs and ALMs during storage process
注：图中的大写字母不同表示组间显著差异，小写字母不同表示组内显著差异。
由图4 可知，ALCs 和ALMs 的DPPH 清除率随储藏时间的延长均呈降低趋势。储藏过程中，ALCs对DPPH的清除率均高于ALMs。储藏第6 和28 天时，ALCs 对DPPH 清除率分别为34.27%和23.54%，显著高于ALMs 的26.57%和4.97%（P＜0.01）。储藏前后，ALCs 对DPPH 清除能力下降了48%，而ALMs 则减少了89%。上述结果表明，ALCs 能够有效保持番茄红素的抗氧化活性，其原因是ALCs中的番茄红素在储藏期间保留率更高。前人研究表明，将不同剂量的番茄红素加入到猫粮中，研究发现在一定剂量下番茄红素添加量越大，对猫机体抗氧化作用效果越强 [38] 。孟妤等 [39] 发现高浓度的番茄红素能显著提高鲫鱼对羟自由基的清除率。Cheng等 [40] 认为红色成熟阶段的番茄中番茄红素含量较高，表现出更高的抗氧化活性。Gomes 等 [41] 以硬脂酸和葵花籽油为载体制备了负载β- 胡萝卜素的脂质微粒，在7～10 ℃下避光冷藏7 个月后β- 胡萝卜素保留率高达90%。即ALCs 能够有效保留番茄红素，从而表现出较强的抗氧化能力。
2.4 ALCs中番茄红素的降解动力学分析
根据标准曲线计算ALCs 中番茄红素的含量，见表2。
表2 储藏过程中ALCs和ALMs中番茄红素的含量变化
Table 2 Variation of lycopene content in ALCs and ALMs during storage
注：表中的大写字母不同表示组间显著差异，小写字母不同表示组内显著差异。
?
对测定的ALCs 中番茄红素的含量进行拟合，结果见图5。在常温无氧避光条件下ALCs 中番茄红素的降解动力学拟合方程R2y2 值最大，即符合二级反应动力学模型，降解速率与番茄红素起始浓度的平方成正比；而ALMs 的R2y1 最大，即符合一级反应动力学模型，降解速率与番茄红素起始浓度的一次方成正比。
图5 储藏过程中ALCs 和ALMs 的降解动力学拟合图
Fig.5 Fitting diagram of degradation kinetics of ALCs and ALMs during storage
注：（a）ALCs；（b）ALMs。
依据降解动力学方程分别计算ALCs 动力学相关参数，结果见表3。ALCs 的半衰期T1/2 和十分之一衰期T9/10 分别为57.99 d 和8.78 d 均显著优于ALMs 的8.70 d 和1.32 d。对照组表现出更短的半衰期，是由于样品在储藏过程中更易降解损失 [42] ；因此认为制剂化ALCs 可有效延缓番茄红素的降解，增加储藏稳定性。这是因为直链淀粉构建的复合体系为番茄红素提供保护，显著增强了番茄红素的储存稳定性。
表3 储藏过程中ALCs和ALMs的降解动力学参数
Table 3 Degradation kinetic parameters of ALCs and ALMs during storage
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3 结论
本研究通过观察在常温无氧避光条件下ALCs的色泽、抗氧化活性、番茄红素保留率及其降解动力学等指标变化，发现ALCs 有良好的储藏稳定性。制剂ALCs 色泽较稳定。在储藏过程中：制剂后的ALCs 比ALMs 呈现更深的色泽，其AOD 值达0.83，显著优于ALMs（P＜0.01）；经过28 d 储藏后，ALCs 的AOD 值仅下降到0.61，而ALMs的AOD 值则降到0.27。这显示出制剂复合物对于色彩保持的显著优势，其衰减率仅为26.51%，远低于ALMs 的46.00%。ALCs 能有效维护番茄红素的含量。14 d 和28 d 番茄红素保留率分别为73.12%和65.84%，显著优于ALMs 的28.29%和11.37%（P＜0.01）（见图3）。ALCs 的抗氧化性能也得到保持。对DPPH 自由基的清除率在6 d 和28 d分别为25.94%和23.54%，均显著高于ALMs 的12.76%和4.97%（P＜0.01）。深入探究了ALCs 中番茄红素的降解行为。在常温无氧避光条件下，其降解过程遵循二次反应动力学模型；ALCs 中番茄红素的T1/2 和T9/10 分别为57.99 d 和8.78 d。研究为ALCs 稳定环境的研究提供理论基础，促进植物性营养因子番茄红素的广泛应用。
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