β-胡萝卜素
β-胡萝卜素（β-carotene），又称维生素A原、叶红素或胡萝卜色烯，属于类2-甲基-1，3-丁二烯化合物中的类胡萝卜素类别，是维生素A的重要前体物质。其分子式为C40H56，分子量536.88，常态下为紫红色至红色结晶性粉末。
作为天然着色剂与营养强化剂，β-胡萝卜素广泛应用于橙汁等果汁饮料，常规添加量为100–400mg/kg。它也常见于朗姆冰糕、糖果、蛋黄酱、调味酱及干酪等食品。在口红、桃花粉等化妆品中添加β-胡萝卜素，不仅能赋予自然饱满的色泽，还具有滋养与保护皮肤的功能。
需注意的是，若日粮中长期过量摄入β-胡萝卜素，机体将大量吸收并贮存于脂肪组织中，可能导致皮肤出现黄疸样变色，并影响肝功能。实际生活中长期大剂量摄入的情况较为罕见。
β-胡萝卜素的制备方法多样，既可从天然来源如维管植物与藻类中提取并精制，也可通过化学合成、分子修饰、生物合成及基因工程等技术获取。
发现历史β-胡萝卜素因其最早从胡萝卜中提取而得名。1831年，科学家H.Wackenroder首次从胡萝卜中将其结晶分离。1931年，卡雷尔（Karrer）阐明了其化学结构；1954年，Isler等人实现全合成；自1966年起，β-胡萝卜素开始广泛应用于食品加工领域。
理化性质物理性质β-胡萝卜素为深红至暗红色带金属光泽的斜方六面体或结晶粉末，有轻微特殊气味。它不溶于水、丙二醇、丙三醇及酸碱性溶液，但可溶于二硫化碳、苯、三氯甲烷、己烷及橄榄油等植物油，不溶於甲醇或乙醇。其稀溶液呈橙黄色，随浓度升高转为橙色。β-胡萝卜素熔点为184℃（真空条件），相对密度1.002020，在氯仿中最大吸收波长分别为497nm和466nm。其溶解性低于α-胡萝卜素，可溶于二硫化碳、苯、氯仿，微溶于乙醚、石油醚与油脂，难溶于醇类，不溶于水、酸、碱。吸光度比值A455/A483处于1.14–1.18之间，溶解度约为1g/100ml。
化学性质β-胡萝卜素易被空气中的氧气氧化生成无活性的无色氧化产物。在真空条件下加热可分解产生少量间二甲苯与2,6-二甲基萘。在石油醚中与碘化氢于低温反应可生成全反式，反式－己二烯二酸5,6-二氢-α-胡萝卜素和全反式-5,6-二氢-β-胡萝卜素。在乙醚中与铝汞齐反应得全反式-7,7′-二氢-β-胡萝卜素，与四氧化锇和过氧化氢反应则生成视黄醛及其他衍生物。该化合物对光、热、氧气敏感，在酸性条件下不稳定，弱碱环境中相对稳定。不受维生素c等还原剂影响，但铁离子等重金属可催化其褪色。建议避光、充氮密封保存于−20℃。
应用领域β-胡萝卜素广泛应用于食品、饲料、医药及化妆品行业。
着色剂抗氧化剂作为着色剂，β-胡萝卜素提供黄色至橙红色调，着色力强且稳定性高，可与钾、锌、钙等元素共存而不变色，特别适用于儿童食品。它也用于药片糖衣着色，效果优于柠檬黄与胭脂红复配方案。作为营养强化剂与抗氧化剂，β-胡萝卜素与维生素e、维生素c协同形成“抗氧化铁三角”，显著提升抗氧化效能。
化妆品国际化妆品业界常在口红、桃花粉中添加β-胡萝卜素，以增强色彩自然度同时滋养肌肤，相关产品已广受市场欢迎。
饲料在动物饲料中添加β-胡萝卜素可改善繁殖性能与产品品质。例如，缺乏β-胡萝卜素的母牛可能出现发热、排卵延迟及繁殖障碍，补充后症状显著改善；蛋鸡摄入后产蛋率提升，蛋黄颜色加深，因鸡体能储备未水解为维生素a的过量β-胡萝卜素。
生理作用β-胡萝卜素是维生素A的主要膳食来源。维生素A作为糖蛋白合成载体，对细胞结构、生长发育及抗感染至关重要。体内酶依据维生素A水平调节β-胡萝卜素的转化，从而精准维持维生素A稳态。
抗氧化作用随年龄增长，人体抗氧化能力下降，自由基累积导致细胞损伤与衰老。β-胡萝卜素分子中的多共轭双键结构可有效清除自由基并淬灭单线态氧，发挥抗氧化功能。
其他功能β-胡萝卜素可增强免疫力，降低紫外线敏感度，对心血管疾病与心肌缺氧具保护作用。
膳食摄入β-胡萝卜素天然存在于动植物中，呈黄色。通过微生物发酵工艺从玉蜀黍属和有机大豆油制得。日常建议摄入量为3–15毫克/天，作为着色剂的ADI值为0–5mg/kg。
哺乳期母亲哺乳期母亲对维生素a需求增加，但无特定β-胡萝卜素增量指南。西方饮食日均摄入6–8毫克。β-胡萝卜素是母乳天然成分，助益新生儿抗氧化防御。纯母乳喂养婴儿血液类胡萝卜素浓度更高，可能与运动发育相关。资源匮乏地区母亲补充β-胡萝卜素可减少自身患病天数。生物利用度受膳食脂肪与剂型影响，合成剂型最佳。高剂量补充使母乳β-胡萝卜素浓度缓慢上升，半衰期约9天。过量摄入可能导致婴儿皮肤可逆性变色。HIV感染母亲补充高剂量β-胡萝卜素与维生素A可能增加病毒母乳排出与婴儿感染风险，或与亚临床乳腺炎相关。母乳中β-胡萝卜素浓度不受冷藏、冷冻或低温微波影响，但经管饲系统会下降。
在坦桑尼亚HIV感染母亲研究中，补充多种维生素（含硫胺素、维生素B2、吡哆醇、烟酸、羟钴胺素、维生素c、维生素e与叶酸）的婴儿生长参数更优。补充维生素A与β-胡萝卜素可能增加HIV传播风险，并提升病毒母乳排出率，β-胡萝卜素或独立促进病毒脱落。可能机制为补充后亚临床乳腺炎风险增加。
毒性临床研究概述β-胡萝卜素对人体无直接毒性。高胡萝卜素血症（血浆高浓度）仅导致可逆性皮肤黄染。长期日服30mg对红细胞生成性原卟啉病患者无毒性。因其向维生素a转化受调节，不引发维生素A中毒。无生殖毒性报告。但两项大规模试验显示，补充高剂量β-胡萝卜素（20–30mg/d）增加吸烟者与石棉接触者肺癌发生率。
ATBC与CARET研究表明，补充β-胡萝卜素（20mg/d单独或与维生素E联用；30mg/d与视黄醇联用）提升吸烟者及石棉接触者肺癌风险。而美国医生健康研究中，隔日补充50mg对营养良好人群无显著影响。“心脏保护研究”中每日补充20mgβ-胡萝卜素+维生素E+维生素C五年，癌症发生率无显著性差异。小规模研究（最高300mg/d）未显示毒性。
特别重要的临床研究ATBC防癌研究（1994–1997）为随机双盲试验，评估α-生育酚与β-胡萝卜素对肺癌的预防效果。芬兰男性吸烟者（n=29133）每日补充50mgα-生育酚或20mgβ-胡萝卜素或联用或安慰剂5–8年。平均随访6.1年后，β-胡萝卜素组肺癌发病率显著增加18%。有心肌梗死史者致死性冠状动脉粥样硬化性心脏病风险上升。
CARET研究（1996）针对肺癌高危人群（吸烟者及石棉接触者），每日补充30mgβ-胡萝卜素+25000IU视黄醇。平均干预4年后，干预组肺癌风险增加28%，试验提前终止。
美国医生健康研究（1996）中22071名男性医生（11%吸烟者）隔日补充50mgβ-胡萝卜素12年，未发现对癌症、心血管疾病或死亡率的显著影响。“心脏保护研究”（2002）中20536名患者每日补充20mgβ-胡萝卜素+维生素E+维生素C5年，血浆脂质小幅上升，但死亡率与疾病发生率无显著性差异。
动物实验概述标准化毒理学研究未显示高剂量β-胡萝卜素对动物有毒副作用，包括急性毒性[大鼠5000mg/(千克·d)]、慢性毒性/致癌性[大小鼠1000mg/(kg·d)，小猎犬250mg/(kg·d)]及生殖毒性[大鼠1000mg/(kg·d)，兔400mg/(kg·d)]。
特别重要的动物实验多数标准化研究支持β-胡萝卜素的安全性。但Wang等（1999）发现补充β-胡萝卜素[2.4mg/(kg·d)]与雪貂肺部鳞状化生相关，且香烟烟雾病加剧此效应。该结果与人群研究不一致，后者未发现β-胡萝卜素对痰液化生的影响。
致癌性与致畸性β-胡萝卜素在啮齿动物中无致癌性，但雪貂实验显示与肺部鳞状细胞化生相关。体外与体内试验均未发现致畸性。
制备方式化学合成和生物合成化学合成法以有机化工原料通过反应合成β-胡萝卜素，工业上常以维生素a或β-紫罗兰酮为原料。但合成产物主要为全反式，反式－己二烯二酸异构体，缺乏天然构型的生理功能。
生物合成法（微生物发酵）利用褐腐菌或红酵母生产，在品质、成本与可持续性上优于化学合成。
化学修饰法类胡萝卜素分子修饰可实现相互转化。β-胡萝卜素可通过叶黄素酯异构化为玉米黄质，再经还原脱羟基得到。工艺涉及氢氧化钾醇解与高压反应釜处理（氮气保护）。
基因工程法转基因技术助力基因工程菌生产类胡萝卜素。关键酶基因的分离与修饰已实现植物与微生物中β-胡萝卜素含量的调控。
安全事宜1、注意事项：需避光、密封、冷藏保存以防氧化。2、使用范围及用量：（1）GB2760—2011《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》规定见753页。（2）实际应用：①用于奶油、膨化食品时最大用量0.2g/kg；特种油脂中200mg/kg。常配成30%植物油悬浊液使用。②以甲基纤维素胶化后用于果汁饮料，用量100–400mg/kg。③亦用于冰淇淋、糖果、蛋黄酱、调味汁与干酪。（3）作为营养强化剂时用量参见相关标准。
参考资料 >
Beta-Carotene.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.2025-03-12
明目、抗氧化 来看看β-胡萝卜素对身体的重要作用.中国经济网.2025-03-12
7235-40-7.chemsrc.2025-03-14
β-胡萝卜素与抗癌.维普期刊专业版.2025-03-12
标签： 胡萝卜素的应用案例 胡萝卜素检测方法 胡萝卜素溶解度
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