β-胡萝卜素
β-胡萝卜素（β-carotene），又名叶红素、胡萝卜色烯、维生素A原，属于类2-甲基-1，3-丁二烯化合物中类胡萝卜素中的一种，维生素A的前体。分子式为C40H56，分子量为536.88，紫红色或红色结晶粉末。
β-胡萝卜素可应用于着色剂、营养强化剂。广泛应用于橘汁等果汁饮料，一般用量为100～400mg/kg。也可用于朗姆冰糕、糖果、蛋黄酱、调味汁和干酪等。在口红、桃花粉等化妆品中添加β-胡萝卜素，可使其色泽自然丰满，又能营养皮肤。
如果日粮中β-胡萝卜素长期过量，机体会大量吸收并贮存于脂肪组织，使皮肤呈黄疸样，影响肝脏功能。大量长期摄入β-胡萝卜素是不经济，也是不现实的。
β-胡萝卜素的制备方法多样，可以从天然产物如维管植物、藻类中经提取、分离精制得到，亦可通过化学合成、分子修饰、生物合成或基因工程等手段获得。
发现历史
β-胡萝卜素，这个名字源于拉丁语中的胡萝卜。是由科学家H.Wackenroder于1831年从胡萝卜中将其结晶。1931年，卡雷尔（Karrer）探明了β-胡萝卜素的化学结构；1954年，Isler等完成了β-胡萝卜素的合成；1966年起，β-胡萝卜素开始应用于食品加工。
理化性质
物理性质
β-胡萝卜素为深红色至暗红色有光泽斜方六面体或结晶性粉末，有轻微异臭和异味。不溶于水、丙二醇、丙三醇、酸和碱。溶于二硫化碳、苯、三氯甲烷、己烷、及橄榄油等植物油，不溶于甲醇或乙醇。稀溶液呈橙黄至黄色，浓度增大时呈橙色。β-胡萝卜素的熔点为184℃（真空管），相对密度1.002020，UVλmax497、466nm（氯仿）。溶解性较α-胡萝卜素差，溶于二硫化碳、苯、氯仿，稍溶于乙醚、石油醚和油脂，难溶于醇，不溶于水、酸和碱。吸光度比值A455、×10/A345、≥15、A455/A483：1.14～1.18，溶解度1g/100ml澄清。
化学性质
β-胡萝卜素为可从空气中吸收氧得到非活性的无色氧化产物，真空加热分解为少量间二甲苯和2，6-二甲基萘，在石油醚中与碘化氢于冷却下反应得全反式，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，在乙醚中与四氧化锇和过氧化氢反应得视黄醛、1，1，3-三甲基2-（5-羰-3-甲基-1，3-1,4-戊二烯基）-2-环己烯和2，7-二甲基-2，4，6-辛三烯-1，8-乙二醛。β-胡萝卜素对光、热、氧不稳定，不耐酸，弱碱性时较稳定。不受维生素c等还原物质的影响，重金属尤其铁离子可促使其褪色。
应用领域
β-胡萝卜素广泛应用于食品工业、饲料工业、医药及化妆品工业上。
着色剂抗氧化剂
首先，β-胡萝卜素具有良好的着色性能，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、稳定性均优于柠檬黄、胭脂红复色糖衣法。其次，β-胡萝卜素具有营养保健作用，作为一种营养强化剂，广泛添加到食品当中。而且，β-胡萝卜素是一种优良的抗氧化剂，它与维生素e、维生素c有相互协同的作用，它们的组合被称为抗氧化剂的“铁三角”，具有很强的抗氧化作用。
化妆品
国际上，在口红、桃花粉等化妆品中添加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。
饲料
另外，β-胡萝卜素作为饲料添加剂添加到动物食品中具有一定的特异功能。如在用不含β-胡萝卜素饲料喂养的母牛时，经常观察到“无症状”的发热，以及延期排卵，卵泡囊肿，拖延和减少黄体的形成，严重时可导致繁殖障碍、胎盘停滞。所有的这些症状均可通过在饲料中添加β-胡萝卜素而加以纠正；吃了富含β-胡萝卜素饲料的产蛋鸡可提高产蛋率，且蛋黄颜色加深，这是因为鸡能把未水解为维生素a的过量β-胡萝卜素储备起来。基于β-胡萝卜素这些特殊生理功能，β-胡萝卜素广泛应用于食品工业、饲料工业、医药及化妆品工业上。
生理作用
β-胡萝卜素是维生素A的重要来源维生素A是合成糖蛋白的载体，糖蛋白是细胞的重要结构物质，对保证正常的生长和发育及抗感染具有重要的作用。β-胡萝卜素在体内酶的作用下可转变为维生素A，且在食物中含量最丰富，因而被认定是人体内维生素A的主要来源。在体内维生素A缺乏时，体内酶将β-胡萝卜素转化为维生素A，当体内维生素A增加到需求量时酶即停止转化，从而通过酶的自动控制来维持体内维A的的需要。
抗氧化作用
随年龄增长，人体内抗氧化酶作用下降，过多的氧自由基不能被及时清除而堆积在细胞内，使细胞膜、组织、酶以及基因受损，引起机体多种疾病的发生和衰老。而β-胡萝卜素分子具有多个共轭多烯双键的特殊结构，使它能与含氧自由基发生不可逆反应，达到清除自由基以及淬灭单线态氧的作用。
其他功能
β-胡萝卜素可以增强免疫力，提高人体免疫系统抵抗致癌物的能力；口服β-胡萝卜素可防止光敏感性红斑者的形成，并可降低皮肤对紫外光的敏感性；同时对心血管疾病、心肌细胞缺氧发生具有保护作用。
膳食摄入
存在于植物和动物中，能把食物染成黄色。β-胡萝卜素是通过微生物发酵工艺，利用玉蜀黍属和有机大豆油制成的。β-胡萝卜素的补充摄入量为每天3-15毫克。每日允许摄入量（ADI）为0-5mg/kg（适用于用作着色剂，但不适用于用作食品补充剂）。
哺乳期母亲
哺乳期母亲对维生素a的需求量增加，但没有关于增加β-胡萝卜素摄入量或哺乳期母亲大剂量补充的适应症的具体指南。西方饮食中β-胡萝卜素的典型摄入量为每天6至8毫克。β-胡萝卜素是人类初乳和成熟乳的正常成分，有助于新生儿的抗氧化防御。一项系统评价发现，在6个月以下的婴儿中，主要喂养母乳喂养的婴儿比喂养配方奶的婴儿血液中的类胡萝卜素浓度更高。一些证据表明，纯母乳喂养婴儿的β-胡萝卜素与婴儿运动发育之间存在相关性，但与整体精神运动表现无关。根据另一项研究，在资源匮乏的环境中，饮食不良的哺乳期母亲在怀孕期间和产后6个月内补充β-胡萝卜素减少了母亲的患病天数，但并没有降低婴儿发病率或死亡率。β-胡萝卜素的生物利用度取决于餐食的脂肪含量和给药形式，合成药物形式具有最佳的生物利用度。高剂量β-胡萝卜素补充剂导致母乳中β-胡萝卜素浓度缓慢增加，累积半衰期约为9天。停药后数周内水平缓慢下降至基线水平。一般来说，β-胡萝卜素的耐受性很好，尽管母亲过量摄入β-胡萝卜素会导致母乳喂养婴儿的皮肤出现无害、可逆的变色。在感染HIV的妇女中，高剂量的β-胡萝卜素加维生素a补充剂会增加HIV病毒排入母乳的速度，并增加母乳喂养婴儿的HIV感染率，尽管出生后前2年的死亡率没有增加。病毒脱落可能是β-胡萝卜素引起的亚临床乳腺炎增加的结果。母乳中的β-胡萝卜素浓度不受冷藏、冷冻或低温微波的影响。当牛奶通过管式喂养系统时，无论光照如何，浓度都会降低。
在一系列研究中，坦桑尼亚的HIV感染妇女在怀孕和哺乳期间接受了4种补充剂中的1种。各组接受多种维生素（硫胺素、维生素B2、吡哆醇、烟酸、羟钴胺素、维生素c、维生素e和叶酸）、多种维生素加维生素a和β-胡萝卜素、单独维生素A和β-胡萝卜素，或每天服用安慰剂。β-胡萝卜素剂量为30毫克。在24个月大时，补充多种维生素组的婴儿的生长参数明显优于其他组。一项研究发现，补充维生素A和β-胡萝卜素的母亲的婴儿比单独补充多种维生素或安慰剂的婴儿的HIV传播率更高。产后6个月后，接受维生素A加β-胡萝卜素的妇女比未接受维生素A加β-胡萝卜素的妇女更容易将HIV病毒排入母乳;不含维生素A和β-胡萝卜素的复合维生素不会增加病毒脱落。β-胡萝卜素似乎具有独立于维生素a的脱落作用。一种可能的解释来自另一项类似的研究，其中单独接受维生素A加β-胡萝卜素的人患严重亚临床乳腺炎的风险增加了45%，而接受多种维生素加维生素A和β-胡萝卜素的人患严重亚临床乳腺炎的风险增加了29%。
毒性
临床研究
概述
β-胡萝卜素对人体没有毒性。高胡萝卜素血症（血浆高β-胡萝卜素浓度）除可引起可逆性皮肤黄染外，未发现其他与之相关的毒性作用。长期口服β-胡萝卜素剂量达到30mg/d时对红细胞生成性原卟啉病患者没有毒性作用。由于向维生素a的代谢转化受维生素A含量的调节，不表现出维生素A的毒性。未有孕前或孕期内高β-胡萝卜素摄入水平有生殖毒性的报道。近期的两项大规模补充试验旨在验证吸烟者补充β-胡萝卜素可降低癌症的发生率这一假设，结果发现高补充剂量的β-胡萝卜素（20～30mg/d）可增加吸烟者和石棉接触者肺癌的发生率。
两项大规模研究（ATBC和CARET）结果表明，补充β-胡萝卜素（分别为20mg/d单独或与α-生育酚联合补充；30mg/d与视黄基棕榈酸联合补充）可增加吸烟者以及有高剂量石棉接触史者肺癌的发病率。而在另一项“美国医生健康研究”中，营养状况良好者补充β-胡萝卜素后，未发现补充β-胡萝卜素（50mg隔天补充）后的有利或不利作用，研究对象中有11%是当前吸烟者。另外，一项名为“心脏保护研究”的大规模研究中，每天补充20mgβ-胡萝卜素、60mg维生素e和250mg维生素c5年后，癌症的发生率与安慰剂对照组相比没有显著性差异。较小规模的研究（β-胡萝卜素的补充剂量各异，最高为300mg/d）未发现毒性作用。
特别重要的临床研究
ATBC防癌研究（1994，1996，1997）是一项随机、双盲、安慰剂对照的2×2因素试验，用来评价每天补充α-生育酚和β-胡萝卜素对预防肺癌的有效性。芬兰男性吸烟者（n=29133）每天补充50mgα-生育酚或20mgβ-胡萝卜素或50mgα-生育酚+20mgβ-胡萝卜素或安慰剂5～8年，平均随访6.1年后，单独补充α-生育酚组的肺癌发病率没有变化，但补充β-胡萝卜素者的肺癌发病率显著增加18%。α-生育酚和β-胡萝卜素对肺癌的发生没有交互作用。除肺癌外，其他癌症的发病率没有显著变化，但β-胡萝卜素组中有心肌梗死史者发生致死性冠状动脉粥样硬化性心脏病的危险性显著增加。
CARET研究（1996）是一项多中心、随机、双盲、安慰剂对照的一级预防研究，对肺癌高危人群（14254名重度吸烟的男性和女性以及4060名有高剂量石棉接触史的男性）补充β-胡萝卜素和视黄醇。研究目的是评价与安慰剂组相比，每天联合补充30mgβ-胡萝卜素+25000IU视黄醇（以视黄基棕榈酸的形式）对预期观察终点——肺癌发生率的影响。平均干预了4年之后，补充β-胡萝卜素者肺癌的发生率上升的趋势日益明显，因此提前2年结束了干预。此时，统计分析表明，与对照组相比，干预组发生肺癌的相对危险度显著增加28%。未观察到其他癌症的显著性差异。
美国医生健康研究（US-PHS）（1996）是一项随机、双盲、安慰剂对照的2×2因素研究，参与者为22071名男性医生（其中11%是当前吸烟者），旨在评价补充阿司匹林和/或β-胡萝卜素对心血管疾病和癌症的影响。隔天补充325mg阿司匹林或50mgβ-胡萝卜素或325mg阿司匹林+50mgβ-胡萝卜素或安慰剂6年后，停止补充阿司匹林，同时β-胡萝卜素再补充6年。平均随访12年后，统计分析发现补充β-胡萝卜素对所有癌症的发生率、某些类型癌症的发生率（包括肺癌）、心肌梗死、脑卒中、心血管病变引起的死亡、所有重要心血管疾病和总的死亡率都没有显著影响。该研究提示，当前吸烟者只占总研究人数的11%，本次试验难以发现对这部分人群的不利影响（而ATBC中100%的研究人群是吸烟者，CARET中的研究对象为近期戒烟的或当前的重度吸烟者以及有高剂量石棉接触史者）。在一项心脏保护研究合作小组（2002）进行的随机、安慰剂对照试验中，将20536名冠状动脉疾病、其他阻塞性动脉疾病和糖尿病患者分成两组，连续5年分别每天补充20mgβ-胡萝卜素+600mg维生素e+250mg维生素c或安慰剂。与对照组相比，治疗组的血浆总胆固醇、LDL-C和甘油三酯浓度少量（但有显著性）增加。但两组在总死亡率、血管或非血管疾病引起的死亡率没有显著性差异，在非致死性心肌梗死或冠状动脉粥样硬化性心脏病引起死亡、非致死性或致死性脑卒中、冠状动脉或非冠状动脉的血管疾病以及癌症的发生率或非癌症原因的住院率也都没有显著差异。
动物实验
概述
在标准化的毒理学动物实验研究中，未观察到高剂量的β-胡萝卜素补充剂有毒副作用。这些实验包括急性毒性[大鼠中的剂量高达5000mg/（千克d）]、慢性毒性/致癌性[大小鼠的终身剂量高达1000mg/（kg·d），小猎犬2年的剂量高达250mg/（kg·d）]以及致畸性和生殖毒性[大鼠连续3代或孕期7～16d的剂量高达1000mg/（kg·d）；兔孕期7～19d剂量高达400mg/（kg·d）]。
特别重要的动物实验
绝大多数标准化的毒理学动物实验研究表明补充高剂量的β-胡萝卜素没有毒副作用。有研究（Wang等人，1999）发现补充β-胡萝卜素与雪貂肺部鳞状化生的形成有关。Wang等人（1999）用雪貂作为模型来评价香烟烟雾病和β-胡萝卜素补充剂对肺部组织病理和生化的单独或联合作用。连续6个月分别给予4组雄性（每组6个）膳食β-胡萝卜素补充剂[2.4mg/（千克d）]、香烟烟雾、β-胡萝卜素+香烟烟雾和空白。组织病理学发现所有补充β-胡萝卜素的动物表现出肺部组织细胞增殖和鳞状化生的增加。这种作用在同时暴露于香烟烟雾的动物中进一步加强。单独暴露于香烟烟雾者并不表现出这些变化。但组织病理学上的终点——鳞状化生可能并不与癌症的发生直接有关（Lotan，1999）。另外这些结果与人群研究结果并不一致，人群研究表明β-胡萝卜素补充剂对吸烟者和石棉行业工人的非典型痰液和化生没有影响（McLarty等人，1995；vanPoppel等，1997）。
致癌性与致畸性
β-胡萝卜素在啮齿动物实验中没有致癌性。但β-胡萝卜素补充剂[2.4mg/（千克d），有/无暴露于香烟烟雾病]与雪貂肺部鳞状细胞的化生有关。在体外及体内高剂量β-胡萝卜素没有致畸性。
制备方式
化学合成和生物合成
化学合成法是指采用有机化工原料，通过化学反应合成β-胡萝卜素的一种方法。自1953年β-胡萝卜素的工业化合成生产开始，其产业不断得到发展。工业生产上常以维生素a为原料，将其转化成视黄醛和甲基维梯希试剂，再经缩合而成β-胡萝卜素；或以β-紫罗兰酮为原料，构造多聚烯链。但是，采用化学合成法人工合成β-胡萝卜素几乎完全是反式，反式－己二烯二酸异构体形式，不具备许多天然β胡萝卜素的生理功能。
生物合成法即用微生物发酵法生产β-胡萝卜素，从品质、技术、资源和成本等因素考虑均优于化学合成法。微生物合成β-胡萝卜素的研究主要集中在褐腐菌（三孢布拉氏霉菌）和红酵母方面。
化学修饰法
类胡萝卜素的分子修饰也称作分子改造。即类胡萝卜素之间的相互转化。β-胡萝卜素可以通过对叶黄素酯的改造得到。其工艺包括以下两步:由叶黄素酯异构化为玉米黄质:转化流程:叶黄素酯+氢氧化钾的醇溶液→高压反应釜（一定温度、氮气保护）→产物。由玉米黄素经还原转化为β-胡萝卜素：全反式，反式－己二烯二酸玉米黄素经还原反应，脱羟基得全反式β-胡萝卜素。
基因工程法
随着转基因技术的迅速发展，利用基因工程菌生产类胡萝卜素成为研究的热点。近年来，对其主要合成途径的研究取得了重大进展，已从分子水平阐释其生物合成途径，关键酶基因先后得到分离，并已初步实现通过遗传工程技术改变植物和微生物中β-胡萝卜素的组成和含量。
安全事宜
1、使用注意事项：本品易被氧化，应密闭置于冷处保存。2、使用范围及使用量：（1）GB2760—2011《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》规定的使用范围及使用量参见753页。（2）实际使用参考：①实际应用中，用于奶油、膨化食品，最大使用量0.2g/kg；用于特种油脂，200mg/kg。使用时可配成30%β-胡萝卜素的植物油悬浊液或乳浊液。②以甲基纤维素等作为保护胶质制成胶粒化制剂，广泛应用于橘汁等果汁饮料，一般用量为100～400mg/kg。③也可用于冰淇淋、糖果、蛋黄酱、调味汁和干酪等。（3）本品还可作为营养强化剂使用，详见营养强化剂同名品种。
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