β-胡萝卜素（β-carotene，简称βC）是维生素A（Vitamin A）的前体。它具有营养、着色的双重作用，是联合国粮农组织[Food and Agricultrure Organization(of the United Nations)，缩写：FAO]和世界卫生组织（World Health Organization, WHO）食品添加剂联合专家委员会认定的A类优秀有营养的食品添加剂（food additives）。全世界已有52个国家、地区批准使用，世界年需求量在1000吨以上。

1 概况

1．1名称

β-胡萝卜素（β-carotene），别名：叶红素，Phenoro, Carotaben, Solatene, C.I.Food Orange5, Provitamin A。
化学名：全反式-1,1'-(3,7,12,16-四甲基-1,3,5,7,9,11,13,15,17-十八碳九烯-1,18-二基)双[2,6,6-三甲基环已烯]

1．2结构式

1．3分子式与分子量

C₄₀H₅₆=536.88

1．4CAS Reg.No

[7235-40-7]

1．5理化性质

从苯-甲醇中结晶得到β-胡萝卜素为深紫红色六方棱柱结晶，从石油醚中得到的是红色正方形叶片晶体。熔点181-182℃。溶于二硫化碳、苯、氯仿，略溶于乙醚、石油醚、已烷及植物油，微溶于甲醇、乙醇。不溶于水、酸、碱。稀溶液显黄色。
本品对空气、热、光敏感，在溶液中格外敏感。在空气中易氧化变为无色、无活性的氧化产物。

维生A1的环结构与β-胡萝卜素的两个环结构相同，因此一份子β-胡萝卜素可以加水断裂为2分子的维生素A₁。

表1  有维生素活性的天然胡萝卜素

β-胡萝卜素有各种顺反不同异构体，例如：

全反式-β-胡萝卜素（all-trans-β-carotene）
    9-顺式-β-胡萝卜素（9-cis-β-carotene）
    13-顺式-β-胡萝卜素（13-cis-β-carotene）

人体摄入β-胡萝卜素后，在肠道内通过一个氧化酶催化加水分解反应，断裂为两个分子的维生素A1（全反式维生素A），不同的胡萝卜素转化为维生素A的有效率并不一致（见表1）。

β-胡萝卜素是共轭双键化合物，在紫外光谱中有3个吸收峰（455nm, 483nm, 40nm）。在分析测定中用A₄₅₅/A₃₄₀， A₄₅₅/A₄₈₃的比例来控制β-胡萝卜素的顺式异构体及类胡萝卜素。

β-胡萝卜素具有两边反向对称的化学结构，分子结构中包含两个β-紫罗酮环和四个异戊二烯[CH2=C(CH₃)-CH=CH₂]。

关于β-胡萝卜素的国际单位：

0.6μg的β-胡萝卜素相当于1国际单位（IU）的维生素A。或者是：维生素A 10 IU=β-胡萝卜素6μg=维生素A醇3μg。

2 β-胡萝卜素制备方法

2．1化学合成法

罗氏公司于1954年最先生产β-胡萝卜素，1972年BASF公司也开始生产，这两家公司都依靠一系列维生素A的前体物来制备。

2．1．1Roche法

以β-紫罗兰酮为起始原料，经C₁₄-醛、C₁₆-醛生成C₁₉-醛，与一分子乙炔缩合，生成中间体15,15'-脱二氢二羟基-β-胡萝卜素。再通过Lindlar催化剂部分氢化和酸催化除去2分子水，生成15,15'-顺-β-胡萝卜素-，最后异构化生成β-胡萝卜素，总收率28%。反应式如下：

2．1．2BASF法

利用Wittig试剂将2分子C₁₅季磷盐与一分子2，7-二甲基辛三烯二醛缩合，然后异构化即得β-胡萝卜素，收率超过80%。反应式如下：

2．1．3双维生素A缩合法

从维生素A醋酸酯（vitamin A acetate）开始，水解得维生素A醇，然后分别制成维生素A三苯基鏻盐化合物和维生素A醛，再以甲醇钠为缩合剂，经过Witting反应缩合成β-胡萝卜素。反应式如下：

合成维生素A的工厂采用本法，具有相对的优势。

2．1．4合成维生素A醋酸酯的母液氧化法

以维生素A醋酸酯的一次、二次结晶母液为原料，先与三苯基膦绩合，反应产物用非极性溶剂洗涤除去杂质，再经H₂O₂氧化、异构化等步骤，可得到β一胡萝卜素，收率约80％。用此法制备β一胡萝卜素可降低生产成本。

2．2生物提取

可以从含胡萝卜素较多的植物，如胡萝卜、沙棘、苜蓿等中提取。将上述富含β一胡萝卜素的植物榨汁，加热，收集沉淀物。沉淀物用乙醇、乙醚等溶剂提取，提取液蒸去溶剂即得到β一胡萝卜素。此外，从蚕中提取，收率不低。在桑蚕业发达地区废物利用，可以形成一定规模，有经济价值。

2．3采用发酵法生产

前苏联和东欧几个国家用三孢布拉霉菌发酵生产β一胡萝卜素，已达到工业化。

用三抱布拉霉菌（Blakeslea tripora）。它属于毛霉目，笄霉科布拉霉菌属的菌种，生长十分迅速，生物量高，培养48h每升发酵液可获50g以上的干菌体。产β一胡萝卜素的能力强，培养5~6天总胡萝卜素产量在1g/L以上，其中80%-90％是β一胡萝卜素。是实现工业化生产的好菌种。

β一胡萝卜素制备方法，还可以参考下列资料：
    [1] RU 2,032,667, 1995-04-10, SU Appl.4,936,225, 1991-05-16
    [2] RU 2,034,835, 1995-05-10, SU Appl.5,031,034, 1992-03-09
    [3]《海湖盐与化工》，1995,24(5),5~7

3 β一胡萝卜素的功用

3．lβ-胡萝卜素的传统功用

3．1．lβ一胡萝卜素可作为营养和着色两用的食品添加剂

β一胡萝卜素是联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂联合委员认可的无毒、有营养的食品添加剂。目前世界上已有52个国家和地区批准使用。

首先，β一胡萝卜素有良好的着色性能，着色范围是黄色、橙红，着色力强，色泽稳定均匀，能与K、Zn、Ca等元素并存而不变色，尤其适合与儿童食品配伍。

它还能用于药片糖衣着色，色泽、稳定性优于柠檬黄、胭脂红复色糖衣法。国内，β一胡萝卜素已作为着色剂列入中华人民共和国国家标准（食品添加剂使用卫生标准GB-2700-81）。

国际上，在口红、胭脂等化妆品中添加β-胡萝卜素，可使其色泽自然丰满，又能营养皮肤、保护皮肤。采用β-胡萝卜素的护肤品已上市并受到欢迎。在"一切重返大自然"的热潮中，随着化学合成色素的限制使用，天然β-胡萝卜素以其天然、安全、着色力强、色泽鲜艳等特点，作为食品、化妆品的添加剂将有着广阔的市场。

3．1．2 β-胡萝卜素可作为优良的食用保健品

β-胡萝卜素是维生素A的前体，进入人体被吸收后，可分解为2个分子的维生素A。因此，β一胡萝卜素可用于治疗各种维生素A缺乏所引起的疾病。如：夜盲症、干眼病、上皮细胞角化过度等病。同时，β一胡萝卜素能较多地储存于肝脏内，但不会出现过量维生素A摄入所致的毒副作用，因而被称为"无毒维生素A"。因此，在执行WHO的全球免疫计划时，β一胡萝卜素一定大有作为，市场看好。

3．1．2．1对视觉系统的保健

视网膜上的视杆细胞含有视紫质而具有暗视觉的功能。适量的β一胡萝卜素能促进视紫质达到正常含量，从而避免了缺少维生素A所致的暗视野适应迟钝，也避免暗视野之后出现强光对眼睛所造成的损害。同时，还可以预防夜盲症、干眼症、角膜溃疡症以及角膜软化症。

3．1．2．2对皮肤组织的保健作用

VA是维持一切上皮组织完整所必需的，而β-胡萝卜素能在人体内转化成VA。所以，摄入一定量的β-胡萝卜素，对维持正常的体表、消化道、呼吸道、生殖泌尿道、内分泌道上皮有重要意义，可避免皮肤多屑、角质化、表皮细胞硬鳞状、多角质血疹性皮肤干燥症等皮肤疾病。另外，β-胡萝卜素对细胞膜的稳定性也具有良好的作用。此外，β-胡萝卜素还可用于治疗由于日光暴晒引起的炎症"目光炎"。

3．1．2．3对生殖系统保健作用

对男子来说，VA能维持精子发生。精子所含的多种酶，例如：三磷酸腺青乳酸脱氢酶、谷草转氨酶的活性为VA所影响，因此，补充VA或β-胡萝卜素，精子浓度将上升，异常精子比例下降。同时，精子抗冻性提高。反之，供给不足，则会引起精子大量死亡。严重时，生殖上皮变性，生精停止，精细管管径变小，睾丸萎缩，直至丧失生殖能力。

3．1．2．4促进人体生长发育

VA能维持骨骼生长，尤其是维持成骨细胞的活性。所以，摄入β-胡萝卜素有助于骨骼的正常生长发育，并避免了由于维生素缺乏引起的颅骨与椎骨生长受限制所致的脑与脊髓的麻痹及神经功能衰退。另外，β-胡萝卜素还能增进食欲，改善睡眠。儿重缺乏VA和β-胡萝卜素时，体重将下降，内脏将萎缩，严重影响儿童生长发育。

3．1．2．5延缓衰老

β-胡萝卜素能提高红细胞的SOD，GSH-Px的活性。由于β-胡萝卜素含8个异戊二烯单体，因而有众多的共轭双键，共轭双键对过氧化自由基敏感。生理医学证明，过氧化自由基可加速人体衰老，人们形象地称之为身体的"垃圾"。而β-胡萝卜素中众多的共轭双键可以中和体内的过氧化自由基，从而使脂质过氧化链式反应发性率大为降低甚至中断，所以脂质过氧化产物MDA大为降低，生物分子交联度下降，心肌细胞中脂褐素减少，羟脯氨酸增加，这样便起到了延缓衰老的作用。

3．1．2．6抵抗不良环境

经常在暗室、强光、高温或深水环境工作的，以及放射线作业者，还有经常看电视的人，都应额外再补充VA或β-胡萝卜素，以抵抗不良环境。

3．1．3β-胡萝卜素可以作为禽畜饲料添加剂

鸡吃了富含β-胡萝卜素的饲料，产蛋率提高，且所产蛋蛋黄颜色深，这是因为鸡能把未水解为VA的过量β-胡萝卜素储备起来。β-胡萝卜素和其他一些维生素合用还可防止部分产蛋鸡换羽，从而提高鸡在换羽季节的产蛋率。

对公牛补充一定量的β-胡萝卜素，可以提高精子生成数量，提高精子活力。相反，供给不足时，将导致异常染色体比正常精液中的要高。

β-胡萝卜素对母牛也同样很重要，如果缺乏，将导致母牛的发情微弱，排卵迟缓，卵泡囊肿频发，受胎率低，早期妊娠流产，严重时，可导致繁殖障碍，胎盘发育停滞。

发挥VA和β-胡萝卜素的抗氧化特性，从而提高机体的免疫能力。动物在正常代谢过程中会产生一些高活性含氧分子，如自由基、过氧化氢等。而VA和β-胡萝卜素可调节细胞内自由基和过氧化氢的浓度，从而提高动物机体的免疫力。

3．2β-胡萝卜素新功用和研究动态

最新研究成果表明，β-胡萝卜素可以减少肺癌、胃癌、食道癌、膀胱癌、宫颈癌、口腔癌等癌症的发病率。

β-胡萝卜素对癌症的治疗还能起很好的辅助作用。

对心血管疾病也具有良好的预防效果，可降低这方面疾病的发生率。

此外，β-胡萝卜素还用于治疗红细胞生成性原卟啉病、蛔虫病、老年性白内障、多年末能根治的牛皮癣、手术后伤口长期不愈合等。

总之，有关上述内容报道很多，待今后在实践中进一步研究。

4 β-胡萝卜素国外药典收载情况

4．1《美国药典》收载概况

USP 22版（1990年出版）Ⅰ部156～157负收载β-胡萝卜素（原料）和β-胡萝卜素胶囊（制剂）
    USP24版/NF19版（2000年出版）Ⅰ部 216－217页收载β一胡萝卜素（原料）

检测项目有①熔点：176～182℃（分解）；②干燥失重；③炽灼残渣；④重金属；⑤不纯的有机挥发物；⑥含量。

β-湖萝卜素胶囊（制剂）

4．2《英国药典》收载概况

"British Pharmacopoeia"1998年版Vol. I 168豆168页收载β-胡萝卜素（原料）。

4．3《欧洲药典》收载概况

"European Pharmacopoeia"3版（1997年），465页收载β-胡萝卜素（原料）。

5 β-胡萝卜素的生产动态及市场动态

5．1β-胡萝卜素和国外生产厂家（或供应商）

1) Aerchem, Inc
    2) Allchem Industries, Inc.
    3) Anmar International Ltd.
    4) Atomergic Chemtals Corp.
    5) B & D Nutritional Ingredients Inc.
    6) Dnp International Co, Inc.
    7) The O. C. Lugo Co, Inc.
    8) Ria International
    9) Roche Vitamins Inc.
    10) Seltzer Chemicals, Inc.
    11) Takeda Vitamin & Food U.S.A. Inc.

以下为天然β-胡萝卜素的生产厂家（或供应商）：
    12) Ashland Clemical Company, Fine Ingredients Division.
    13) Fabrichem, Inc.
    14) Pharmline, Inc.
    15) H.Reisman Corp.
    16) 与11)项相同.

1992年《精细化工》（日文）报道：

表2  日本主要厂商β—胡萝卜素的产量             单位：t/年

5．2β一胡萝、素主要生产厂家状况

全世界现已建成或拟建的生产装置，总规模已超过500t/a。目前，世界上合成β-胡萝卜素的主要生产厂家有罗氏药厂、BASF公司、日本住友公司和日本三共公司等。

罗氏药厂在美国的新泽西州Nutly和瑞士的巴塞尔（Basel）建有生产β-胡萝卜素的工厂。而且早就着手在美国得克萨斯州Freeport建立新厂，计划生产β-胡萝卜素350t（含量为100％的β-胡萝卜素）。

近几年来，美国β-胡萝卜素的产量正以年均10％～15％速度增长。天然β-胡萝卜素比合成的β-胡萝卜素容易吸收，但价格较贵。

天然β-胡萝卜素的生产厂家主要是澳大利亚Betatene公司、美国的Nutrilieco公司、Henkel公司、Microbio Resources公司等。其中，Nutrilieco公司1993年产量近70t，1994年计划生产90t。

日本麒麟啤酒公司用重组大肠杆菌等菌株生产β-胡萝卜素，其产品已上市，据说与天然β-胡萝卜素完全相同。

美国夏威夷Cyanotecy公司有年产100吨螺旋藻的生产能力，产品中富含β-胡萝卜素。

5．3国内β-胡萝卜素生产概况

张素琴等（1989年）曾研究用分枝杆菌菌种Cr－l发酵产生β-胡萝卜素。在最适条件下发酵6天总色素量650mg/L，其中β-胡萝卜素占43．17％。

江苏省微生物研究所科技人员以淀粉为碳源培养三孢布拉霉菌产生β-胡萝卜素，发酵6天，总胡萝卜素产量1．4g／l，其中β一胡萝卜素1.1g/l。

1992年《医药月刊》报道，上海第六制药厂曾试制成功食品级原料，用作饲料添加剂和着色剂。此后，该厂又进一步研制成功医药级β-胡萝卜素，其纯度达到国外同类产品水平，完全符合《美国药典》第22版要求。并由上海延安制药厂制成软胶丸。
1996年《微生物学通报》，张建法等人报道了《丝状真菌SC-2产β-胡萝卜素的研究》，指出：利用改良的SMA培养基富集培养从植物的落花上分离筛选出的产β-胡萝卜素的菌株SC-2，该菌株在以棉觯籽饼粉为主要原料的培养基上生长良好。最高生物量达54mg干菌体／ml培养液。胡萝卜素含量l.85mg／g干菌体。HPLC测定β-胡萝卜素占总胡萝卜素的90.5％。

国内还从藻类提取β-胡萝卜素。

国内天然胡萝卜素产地准备建在内蒙古自治区阿拉善盟吉兰泰盐湖，设计年产天然β-胡萝卜素500kg，拥有盐藻养殖池12万平方米。

江西省贝他健康制品公司在β一胡萝卜素产品的开发中，采用先进的微型胶囊制剂技术，较好地解决了在开发利用中通常遇到的稳定性和高脂溶难吸收的两大难题，在国内率先生产出β-胡萝卜素固体产品；2％β-胡萝卜素微型胶囊干粉和凯乐亭胶囊营养片（每片2mg，有β-胡萝卜素，VC、VE等），已投放市场。

5．4 β一胡萝卜素的市场动态

美国食品与药品管理局（FDA）确认本品是安全的。批准应用于食品、药品和化妆品，并适用于婴幼儿食品的配方（GRSA，21CFR，Sect182, 5245; 184, 1245）。

β-胡萝卜素是一种抗氧化的微量营养要素（micronutrient），具有良好的预防"三C"即癌症（cancer）、心血管疾病（cardiovascular disease）和白内障（cataract）的作用。随着β一胡萝卜素预防疾病的功能逐渐被人们所认识，大部分工业化国家建议人们在日常生活中多摄取含有β-胡萝卜素的食品。由于β一胡萝卜素脂溶性大，体内分布广，作用持久，不会引起维生素A过多症，其本身在人体内也无毒副作用。

世界卫生组织（WHO）也将β-胡萝卜素、VE和VC推荐作为预防癌症的活性物质。

在《食品与发酵工业》中，杨文等发表了《发酵法胡萝卜素粉制剂研制及其稳定性的研究》。他们在发酵法生产胡萝卜素工艺的基础上，进一步研制出水溶性胡萝卜素粉制剂。该制品能均匀地分散在水相及油相中，其稳定性受光照程度、氧含量、温度及溶解相不同等因素的影响。将溶剂油皂化不仅能提高制品的纯度，而且大大增强了它的稳定性和水溶性。该制品呈橙红色至深红色，β-胡萝卜素含量为400～800μg/g。

表3  β-胡萝卜素美国纽约市场牌价      单位：美元/kg

从上表可以看出β-胡萝卜素的市场价较前5~6年已有上升。而在近1~2年间，其价格平稳。

表4  FLUKA厂出品的β-胡萝卜素试剂（含量≥97%）

6 合成类胡萝卜素（carotenoids）

到目前为止，有实际意义（已商品化）的合成类胡萝卜素，除β-胡萝卜素外还有5个。它们是：

特别是后两个，罗氏公司已进行工业化生产。canthaxanthin加于鸡饲料中，可使蛋黄以及蛋冠、嘴、腿呈消费者喜爱的橙红色。现在还知道它可以增强鸡的抗病能力，延长蛋的存放期和提高孵化率。虾青素用于水产养殖业（特别是大麻哈鱼）以增强肉的颜色。

这两种化合物可从β-胡萝卜素经氧化制得：

7 存在的主要问题

7．1生产规模较小

国内从20世纪80年代开始研究，但尚未形成工业化生产。今后应集中力量，在合成VA、VE的厂家中，形成较大规模的生产。

7．2品种少

在国外有胶囊制剂。原料含30％和22％β-胡萝卜素的植物油，含10％和1％β-胡萝卜素的粉末，100％天然品等。

8 建议

（1）合成β-胡萝卜素的途径较多。国内基本是以VA醋酸酯为起始原料，采用C20+C20这条捷径。但这条途径消耗大，原料成本高。因此，应进一步调研，选择一条最优的途径。

（2）在发展化学合成法的同时，还应充分利用我国的自然资源优势，积极开展各种生物法制备β一胡萝卜素的研究。

（3）依靠高校、科研机构、企业紧密协作，通过科技创新、管理创新来提高生产水平，从而降低成本，创造更大的经济效益和社会效益。

（4）重视五胡萝卜素及其制剂的市场信息调研。

（5）加大宣传力度，使β-胡萝卜素的作用更加深入人心。

期盼在大家的共同努力下，β-胡萝卜素工业兴旺发达。为增进我国人民健康而贡献力量。