胡萝卜素想必是大家听到得比较多的一个词，而且说到胡萝卜素，每个人都会联想到胡萝卜。没错儿，胡萝卜素最早是从胡萝卜中发现并因此命名的，但是如果认为只有胡萝卜里才有胡萝卜素的话，那就错了。另外一个问题是，我们通常说的胡萝卜素和β-胡萝卜素是不是一回事呢？
其实，胡萝卜素是一个很大很大的家族。我们先来看看对这个大家族认识的历史。
谁最早发现和认识了β-胡萝卜素？
自然界中各种植物包括蔬菜、水果中的红黄绿紫等等绚烂夺目的颜色，以及形成这些颜色的色彩物质，一直都深深吸引着科学家们的目光。前面我们提到的胡萝卜，有着令人着迷的、晶莹剔透的红黄色，对其中色素物质的探索一直是科学家们孜孜不倦的研究领域，直到今天。
对天然色素物质最早的研究始于19世纪初，1817年发表的第一篇论文是关于红甜椒中色素物质的分析，然后研究了藏红花（1818年）、胭脂树的花和叶（1825年）；1831年，德国化学家H.W.F.Wackenroder从胡萝卜中分离获得了一种结晶状态的橘黄色色素物质，并以胡萝卜的拉丁文名catota将其命名为carotene（胡萝卜素）。随后的研究发现，胡萝卜素并不是一种物质，而是包括很多相近的物质，而且它们与后来从秋天的黄叶中提取的物质（我们现在知道叫叶黄素）也不相同。尽管对这些物质的结构还不了解，但在进入19世纪时，就已经认识到这些物质的种类和命名，包括β-胡萝卜素。直到1907年，德国慕尼黑大学的化学家R.M.Willstatter教授和同事W.Mieg弄清了β-胡萝卜素的化学分子式为C40H56，这项发现也是使其获得1915年诺贝尔化学奖的部分工作。而β-胡萝卜素的化学结构则于1930～1931年间被瑞士苏黎士大学的P.Karrer教授阐明，他同时发现，β-胡萝卜素在体内可以转变为维生素A。在所有维生素和维生素前体物中，β-胡萝卜素和维生素A的结构最早被揭示，这些工作使Karrer获得了1937年的诺贝尔化学奖。
截至1934年，有20种胡萝卜素及类似物的结构得以确认；1938年，这个数字达到60。由于这些物质都与胡萝卜素或者与β-胡萝卜素有着相同或者非常相似的分子组成、化学结构和理化特性，1911年，俄罗斯色谱专家、植物化学家Mikhail Tswett就给这一大类物质起了一个名字——carotenoids，我们现在将它翻译为“类胡萝卜素”。至此，你应该明白β-胡萝卜素和类胡萝卜素的区别了吧！简单地说，β-胡萝卜素是类胡萝卜素大家族中的一员。
类胡萝卜素家族还有哪些成员？
按照目前的科学定义，类胡萝卜素是一组脂溶性的、不含氮元素的、完全或者主要由碳和氢两种元素组成的多烯色素化合物，其分子由一条长的碳链构成，碳链上则含有许多共轭双键的异戊二烯单位。分子中的这些双键可吸收可见光，对不同可见光成分的吸收，使它们各自呈现不同的颜色。双键数目的差别使得类胡萝卜素的颜色可以从无色（共轭双键数目不足）到亮黄色、橘红色、鲜红色，再到深红色，甚至紫色或者深蓝色。类胡萝卜素可分为两大类：完全由碳和氢两种元素组成的，称为胡萝卜素，包括α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素和番茄红素等，对这一类成员，我们可以理解为β-胡萝卜素和它的一些兄弟；另一类是分子组成中含有氧元素的，这些类胡萝卜素也被称为叶黄素类，如叶黄素、玉米黄质、β-隐黄质、角黄素、虾青素等，对这些成员，我们可以理解为是β-胡萝卜素的堂兄弟。
类胡萝卜素广泛存在于自然界。红色和黄色的蔬菜以及水果中含有大量的类胡萝卜素，比如菠萝、柑橘、西红柿、红辣椒、芒果、南瓜等灿烂的红、黄色，就是类胡萝卜素的贡献。不但红黄色果蔬富含类胡萝卜素，绿色蔬菜和其他植物中也都含有比较多的类胡萝卜素，只是由于这些类胡萝卜素被包埋于叶绿体中，且与蛋白质相结合，因此看不到类胡萝卜素或黄或红的颜色。某些条件下，类胡萝卜素与蛋白质脱离，就会显露出自身的颜色，比如秋天的树叶由绿变黄、变红，其中都有这样的变化。藻类是类胡萝卜素的丰富来源，现在开发利用比较多的螺旋藻就含有很丰富的β-胡萝卜素。类胡萝卜素也可见于细菌、酵母、霉菌中。很多鸟的羽毛五颜六色，其中也有类胡萝卜素的作用，像金丝雀、火烈鸟、公鸡等。相信你肯定注意过烹调海虾或河虾时颜色的变化吧，半透明中泛着淡淡暗青色的虾，进入沸水后立即变成红色，这就是原本与蛋白结合的虾青素游离出来，显现出本来的红色。其他一些水产品如蟹、大马哈鱼以及一些甲壳类昆虫等，都含有某种类胡萝卜素。当然，动植物体内含类胡萝卜素的浓度高低不一，有的比较低，有的则相当高。目前从自然界中分离出来并被确定身份的类胡萝卜素约100多种。人类和其他哺乳动物的体内都不能合成类胡萝卜素，需要从食物中获得。在自然界这么多种的类胡萝卜素中，能够通过食物吃进身体的类胡萝卜素只有其中约40余种，而我们体内可通过常规检测发现的也就是20种左右。实际上，目前我们的膳食、血液和组织中存在量较大且易检测到的类胡萝卜素主要有6种：β-胡萝卜素、α-胡萝卜素、β-隐黄质、叶黄素、玉米黄质和番茄红素。
β-胡萝卜素为何在家族中特别显眼？
类胡萝卜素家族成员这么多，为什么我们只对β-胡萝卜素最关注、讨论得最多呢？对这个问题，可以找到如下几条理由：第一，β-胡萝卜素在我们的食物中分布最广，含量最丰富，特别是在蔬菜、水果中最突出，几乎所有的蔬果，或多或少都含有β-胡萝卜素。第二，β-胡萝卜素被认识得最早，对它的研究也最透彻。前面已经谈过，对整个类胡萝卜素家族的认识就是从β-胡萝卜素开始的。当然，这个原因也和它的分布广泛密不可分。第三，也是最为重要的一点，β-胡萝卜素在我们的体内可以转变为维生素A，是一种维生素A前体物质。虽然，能在身体内转变为维生素A的类胡萝卜素还有α-胡萝卜素和β-隐黄质，但相比之下，α-胡萝卜素和β-隐黄质在食物中的含量比β-胡萝卜素少很多，而含量和β-胡萝卜素不相上下的叶黄素却没有维生素A的营养作用。由此可见，β-胡萝卜素是类胡萝卜素家族中非常突出的成员，营养意义很大。在我国，膳食模式一般是以植物性食物为主，动物性食物相对较少，尤其是农村居民，几乎70%以上的维生素A是来自于β-胡萝卜素的贡献。除了维生素A的作用外，β-胡萝卜素还有其他促进健康的作用。
β-胡萝卜素有什么能耐和作用？
前面说过，β-胡萝卜素和其他的兄弟、堂兄弟等都是动植物体内的天然色素物质。由于是天然色素物质，又是天然食物成分，所以在食品生产加工中用它们来为其他食物增色，岂不是既安全又健康？天然蛋黄的颜色基本上来自于β-胡萝卜素等类胡萝卜素成分，因此在鸡饲料中添加β-胡萝卜素能够增加蛋黄的颜色。现在，很多奶油蛋糕中也使用β-胡萝卜素作为黄色的染料。当然，用作色素并不是β-胡萝卜素的真本事，它的真本事主要有两个方面：一是维生素A营养作用（这个内容暂且不表，将在后文中专门讨论），二是抗氧化和预防慢性疾病风险。
通过研究，科学家提出，在人体的代谢过程中，会产生一些过氧化的自由基产物，这些产物携带着一个被激活的氧原子，具有很强的能量和攻击性，就像一个带着爆炸物的“破坏分子”，会对很多重要的人体组织发起攻击。机体组织一旦受到攻击，就会产生一定的损害；当攻击太多、损害太快，来不及修复时，就会使损害效应累积起来，发生疾病。目前，认为肿瘤、心血管疾病、糖尿病等慢性疾病的发生，都有氧化损伤方面的原因，所以降低体内氧化攻击就成为目前预防疾病发生的重要措施。前面谈到，β-胡萝卜素和其类胡萝卜素兄弟和堂兄弟，分子结构中都有许多共轭双键，这些双键吸收可见光中的部分光谱，从而使它们各自反射出不同的颜色。当然，这些双键并不仅仅能够吸收光谱能量，当它们进入体内，就可以依靠其强大的吸收能量的能力，将体内的有害自由基产物清除，就像携带高强度吸能板的防爆警察，将携带爆炸物的破坏分子扑灭，从而发挥疾病预防的作用。
大范围的人群调查表明，对富含β-胡萝卜素的蔬果消费量大的人，患肺癌的风险就比较低。补充β-胡萝卜素，可有效预防阳光紫外线对皮肤的伤害。这种抗氧化损害的作用，不仅仅来自β-胡萝卜素，类胡萝卜素的所有成员在这个方面都有比较明显的作用，且各具不同的优势，比如番茄红素预防前列腺癌，叶黄素降低血脂和预防心血管疾病，叶黄素预防视网膜黄斑变性等。
β-胡萝卜素能代替维生素A吗？
β-胡萝卜素具有维生素A的活性，但不是维生素A，发挥这种活性的前提是，β-胡萝卜素必须在体内转变成维生素A。让我们先从分子结构上看看β-胡萝卜素与维生素A的区别，就容易理解它与维生素A的关系了。维生素A也被称为视黄醇，从分子结构上看，β-胡萝卜素就像被连在一起的两个视黄醇分子，或者说，将两个视黄醇的尾巴栓在一起就形成一个β-胡萝卜素分子。所以很容易理解，如果将β-胡萝卜素从中间一刀两断，就可以得到两个视黄醇，也就是两个维生素A分子。因此，从表面看，吃进去一个β-胡萝卜素分子，身体似乎就能获得两个分子的维生素A，即1微克β-胡萝卜素就等于2微克维生素A。
但实际上，我们膳食中的β-胡萝卜素并不能完全被吸收，不但不能百分之百吸收，而且吸收效率会比较低。另外一个问题是，β-胡萝卜素分子在我们体内能被一刀两断的比例也非常低，更多的转化是被刀砍偏，只能得到一个维生素A分子。因此，综合的结果，我们从膳食中获得的β-胡萝卜素，不能被1∶2的比例转化为维生素A，实际的转化比例要低得多。当然，我们需要了解这个比例，因为只有知道了这个比例，才能知道每天需要用多少β-胡萝卜素才可能代替维生素A。世界卫生组织的相关专家委员会依据之前的研究资料，于1962年提出按6∶1的比例来估计膳食中β-胡萝卜素的维生素A价值，也就是说，膳食中6微克β-胡萝卜素相当于膳食中有1微克维生素A，也就是1微克的视黄醇当量。这些年来，我们一直按照这个比例来估计维生素A的摄入水平，直到目前我国的膳食维生素A推荐量，也仍然是以这个比例为基础。但近些年，美国等国的科学家根据更新的一些研究资料认为，β-胡萝卜素在体内转化为维生素A的效率可能还没有这么高，或者说人和人之间差别太大，用6∶1估计膳食β-胡萝卜素的维生素A贡献量，很可能容易造成维生素A摄入不足。最近，他们已经建议将这个比例调整为12∶1。但是，不管怎样，β-胡萝卜素毕竟是维生素A的一个间接来源，考虑到维生素A营养的重要性，在我们日常的膳食安排中，必须考虑有一部分维生素A要直接来自于动物性食品，比如动物内脏，特别是肝脏，还有肉、蛋、奶、水产品等，一半的维生素A最好由动物性食物来满足。
除了β-胡萝卜素外，还有两个成员具有维生素A营养作用，那就是其兄弟α-胡萝卜素和堂兄弟β-隐黄质。当然，从分子结构上看，它们的分子中只有一个视黄醇分子，不像β-胡萝卜素那样有两个视黄醇分子，因此，它们的转化活性至少要折掉一半。再加上它们在一般食物中含量偏低，所以维生素A作用相对比较低。
虽然目前在估计β-胡萝卜素的维生素A营养价值方面还多少存在一些不确定性，但是考虑到β-胡萝卜素的预防疾病的作用，而且几乎没有过量中毒的隐患，因此，日常饮食中应该尽量多吃一些富含β-胡萝卜素的蔬菜、水果。
哪些食物是β-胡萝卜素的最佳来源？
各种新鲜的红、黄、绿色蔬菜和水果是β-胡萝卜素的丰富来源。最为突出的有胡萝卜（每100克中含β-胡萝卜素8.3毫克）、红心甜薯（8.5毫克）、波菜（5.6毫克）、水芹（5.3毫克）、羽衣甘蓝（9.2毫克）、绿芥菜（6.3毫克）、南瓜（4.2毫克）、莴苣叶（4.4毫克）、莴苣（3.5毫克）、苋菜叶（3.5毫克）、芫荽（3.4毫克）、菊苣（3.4毫克）、细香葱（2.6毫克）、大白菜绿叶（2.6毫克）、哈蜜瓜（2.0毫克）、红甜椒（1.6毫克）、韭菜（1.0毫克）、杏（1.0毫克）等。其他蔬菜、水果含量则在每100克0.1～1.0毫克之间。需要注意的是，西红柿、西瓜、草莓、橘子等颜色显眼的红黄色蔬菜、水果中，β-胡萝卜素含量并不高，而是富含其他类胡萝卜素成分，或者其他的非类胡萝卜素色素，如西红柿、西瓜中的番茄红素，柑橘中的β-隐黄质，辣椒中的辣椒红素等。蛋黄、牛奶也含有少量的β-胡萝卜素，它们来自畜禽饲料。母乳中含有一定量的β-胡萝卜素，对婴儿营养也有重要意义。
螺旋藻也是天然β-胡萝卜素的丰富来源，近年来对其关注也越来越多。许多螺旋藻保健品宣称其β-胡萝卜素含量是胡萝卜的5～10倍，但事实上难以进行这样简单的对比。目前文献报道的螺旋藻中，β-胡萝卜素含量数据有很大差异，原因是螺旋藻品种、种植条件和后期加工工艺造成的差别。日本学者在1986年的文献中报道，80℃喷雾干燥的螺旋藻干粉中，类胡萝卜素的总含量高达648毫克/100克，其中β-胡萝卜素占15%（约97毫克/100克），远高于脱水胡萝卜（类胡萝卜素总量81毫克/100克，β-胡萝卜素51毫克/100克）。而200℃喷雾干燥的螺旋藻干粉中，类胡萝卜素的总量只有6毫克/100克，β-胡萝卜素几乎全部被破坏。由于螺旋藻的消费一般都是被干燥成粉，所以冷冻干燥是保存其中胡萝卜素的很重要的措施。
这里就涉及到影响食物中胡萝卜素存留的问题。实际上，前面我们谈到分子结构的特点，决定了整个类胡萝卜素家族都非常容易被氧气、阳光和高温所破坏。螺旋藻有这个问题，其他食物也有这个问题，比如将红心红薯加工成干粉后，其中的类胡萝卜素大多会被破坏。此外，由于类胡萝卜素是脂溶性物质，所以用油烹调蔬菜能促进类胡萝卜素的吸收，但加热也会造成一定程度的营养损失。
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