番茄（Solanum lycopersicum L.）是全球性蔬菜作物，种植规模大，具有较高的营养价值，经济效益显著。据统计，2023年全球番茄总产量达1.9亿t[1]，我国是番茄产量最多的国家[2]。番茄含有丰富的营养素和植物化学物质，包括膳食纤维、番茄红素、酚类化合物、有机酸、矿物质和维生素，使其在农业生产和人类营养保障中发挥着关键作用[3]。除了作为新鲜农产品食用之外，番茄也可被加工生产各种产品，如糊状物、果汁、酱汁、果泥和番茄酱，从而拓宽其应用场景。番茄在加工过程中产生的残渣主要由种子、果皮和残渣果肉组成[4]，其含有丰富的蛋白质和脂质等营养物质以及生物活性物质。番茄生产和加工副产物的资源化利用为基于生物精炼工艺实现废弃物高值化转化提供了重要途径。通过该技术可获得天然着色剂、抗氧化成分、膳食纤维和番茄籽油，符合生物经济的基本原则，同时对提升人体健康水平具有重要意义[5]。本文综述番茄果肉与果皮中主要营养物质和功效成分的分布规律、生理功能及其潜在的作用机制，以期为番茄的膳食营养优化与功能性食品开发提供理论依据与研究思路。
1 番茄的营养及功能特性
番茄富含多种营养素，包括维生素、矿物质、纤维、蛋白质、必需氨基酸、单不饱和脂肪酸、类胡萝卜素和植物甾醇[6]。在成熟的番茄中，其干物质主要为糖（约50%）、有机酸（＞10%）、矿物质（8%）和果胶（约7%）等[7]。
1.1 维生素和矿物质
番茄富含维生素C、维生素E等，是维生素C含量最高的蔬菜之一。维生素C作为水溶性强效抗氧化剂和关键辅因子，不仅能高效清除体内自由基，减少氧化应激对细胞的损伤，还能促进胶原蛋白生物合成，是维持组织修复能力和结构完整性的必需物质，同时对增强免疫功能具有重要意义[8]。番茄中维生素C的生物活性与含量受其基因型、品种、果实成熟度及生长环境等多种因素影响。在新鲜番茄中，维生素C含量通常在80～163 mg/kg（鲜重）之间，且生物活性很高[9]。然而，维生素C的化学稳定性差，对光、热、氧气及金属离子极为敏感。在番茄的加工、贮藏及烹饪过程中，不当的处理极易导致维生素C大量降解，这是造成番茄制品与鲜果营养组成差异的重要原因。
番茄富含多种矿物质，主要包括钙、钾、钠、磷、镁、硫、氯和微量元素（铁、碘、锌、氟、铜、锰、钴、铬、镍、铝、砷、硼、铅、镉、氯、硒、硅）[6]。在新鲜番茄中，钾是含量最丰富的矿物质（237 mg/kg），其次是磷（24 mg/kg）、镁（11 mg/kg）和钠（5 mg/kg）。而在番茄加工物中矿物质含量更为丰富，其中钾元素在番茄废弃物中的含量达到2 238 mg/kg，其次是硫、镁、钠，分别为135、134、132 mg/kg[10]。
1.2 类胡萝卜素
类胡萝卜素是番茄中存在的一类主要营养物质及生物活性化合物。番茄中的类胡萝卜素主要分为胡萝卜素类与叶黄素类。胡萝卜素是非含氧分子，番茄中的胡萝卜素类包括番茄红素、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素等；叶黄素类包括β-隐黄质、叶黄素、玉米蛋白、新黄质和角黄质等。番茄果肉呈现的橙红色泽，部分归因于其含有的β-胡萝卜素。
番茄中含量最丰富的类胡萝卜素是番茄红素[11]。在番茄中，不同部位的番茄红素含量差异较大，在成熟果实中番茄红素的浓度为31.00～77.00 mg/kg，且具有较高的生物活性[12]。番茄红素是一种异戊二烯类化合物，为含有11 个共轭双键和2 个非共轭双键的直链烃，存在多种顺反式异构体[13]。番茄红素在番茄相关食品中含量较低，其主要以番茄红素软胶囊形式作为膳食补充剂食用，用于提高免疫力、抗衰老、降血脂等[14]。在食品工业中，番茄的加工处理方式，尤其是热加工（如蒸煮、浓缩）和机械处理（如打浆、均质），对番茄红素食用价值的提高起到了重要作用。这些过程能有效破坏番茄细胞的细胞壁和色素体膜结构，促使番茄红素大量溶出至油相或水相中。更为关键的是，热处理提供的能量能够驱动番茄红素发生异构化反应，使其从在植物体中占主导、生物利用度较低的全反式构型，部分转变为顺式构型（如5-顺式、9-顺式、13-顺式）[15]。这些顺式异构体在肠道混合微团中的溶解度更高，更易被肠上皮细胞吸收，从而使其整体生物利用度得到显著提升。
1.3 酚类化合物
酚类化合物，又称多酚类，作为人类膳食来源的关键组分，在番茄果实中含量为98.00～230.00 mg/kg[12]。番茄中主要含类黄酮和酚酸两种酚类化合物。芦丁（槲皮素-3-O-芸香糖苷）、柚皮素查尔酮和槲皮素是生番茄中的主要类黄酮。柚皮素、杨梅素、山奈酚及其糖苷也存在于番茄中，但浓度较低。绿原酸和咖啡酸等羟基肉桂酸和绿原酸衍生物，如5-咖啡酰奎宁酸、4-咖啡酰奎宁酸和3，4-二咖啡酰奎宁酸，是番茄中的主要酚酸物质。在果皮、果肉和种子中多酚的含量存在显著差异，其中番茄外皮和种子中的多酚含量是果肉中的2.2倍[16]。多酚还会通过多种方式影响淀粉消化率，番茄中类黄酮槲皮素（黄酮醇）和柚皮素（黄酮酮）可抑制唾液α-淀粉酶活性，抑制率分别为 82.1% 和26.8%[17]。在食物系统中，各营养素之间可以同时发生多种相互作用。例如，在面包面团中，咖啡酸、阿魏酸和没食子酸不仅可以与淀粉相互作用，还可以与面筋相互作用，由于面筋分子结构的变化，可能会影响面团的流变特性[18]。此外，番茄多酚和类胡萝卜素通常同时存在于食物中，可能对淀粉消化产生协同作用。酚类化合物同时具有抗氧化特性，有助于预防氧化应激相关疾病[19]。
1.4 氨基酸与脂肪酸
脂肪酸与氨基酸是维持人体健康必不可少的重要营养成分。相关研究表明，番茄种子的蛋白质中必需氨基酸比例约为 39.5%[20]。番茄中赖氨酸、组氨酸、天冬氨酸、谷氨酸和精氨酸等亲水性氨基酸以及丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸等疏水性氨基酸的比例分别约为41.6%和26.4%[21]。同时脂肪酸的组成与低亚麻酸大豆油相似[22]。据报道，番茄废弃物中不饱和脂肪酸含量最高，占77.04%，饱和脂肪酸占22.72%。此外，番茄中存在的主要脂肪酸是亚油酸，占总脂肪酸的51.91%，其次是油酸和棕榈酸，分别占18.50% 和 16.32%[23]。
1.5 配糖生物碱
配糖生物碱通常指茄科中的次级代谢产物。未成熟番茄富含α-番茄碱和脱氢番茄碱等配糖生物碱，其含量可达500 mg/kg ，而在成熟番茄中这些化合物含量较低，其含量约为5 mg/kg。成熟番茄富含的配糖生物碱为番茄皂苷A，其含量可达90～530 mg/kg[24]。
1.6 不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维
番茄皮中含有丰富的不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF），其作为植物性食物里一种不易被人体小肠消化吸收的关键成分，于大肠内发挥着润肠通便作用。其核心功能在于提升粪便体积，促进肠道蠕动，并降低便秘等相关疾病的风险[25]。番茄皮中的IDF为肠道微生物（如益生菌）提供了关键的物质基础和合适的生长环境，对于维持肠道微生态的多样性与平衡性具有重要的意义。人体微生态平衡是维持健康的重要基础，与降低炎症性肠病、结直肠癌等非传染性疾病的发病风险密切相关[26]。
番茄果肉里，主要富含的是可溶性膳食纤维（dietary fiber，DF）[27]，其可以有效地降低血浆里的总胆固醇、甘油三酯以及低密度脂蛋白胆固醇的浓度，同时还能减少与炎症相关的血浆标志物水平[28]。番茄中所含的可溶性膳食纤维因其独特的生理作用，在心血管疾病、2 型糖尿病、肥胖等与慢性炎症密切相关的疾病预防与辅助管理中，均表现出重要的保健作用。
1.7 番茄营养成分的协同增效与互补作用
番茄果肉、果皮和种子富含营养价值高、生物功效好的物质。番茄的营养价值并非由单一成分决定，而是取决于诸多物质的协同作用，其多种成分可发挥协同增效作用，是食品科学与营养学中全食物饮食理念的典型代表。从成分互补的角度看，果肉中的水溶性成分和果皮中的脂溶性成分形成了天然的协同体系。例如，维生素 C 与维生素 E 在抗氧化过程中存在协同作用。一方面，果肉中的维生素 C 作为强还原剂，能够将被氧化失活的维生素 E 还原为具有活性的形式，从而维持其抗氧化能力。另一方面，维生素 E 作为一种关键的脂溶性抗氧化剂，其核心功能是保护果皮中的番茄红素等脂溶性成分免受氧化破坏。两者协同作用，共同提升了整个体系的抗氧化效率。同时，果肉中的可溶性纤维和果皮中的不溶性纤维共同作用于消化道不同部位，在胃肠道不同部位发挥互补性的生理调节作用。可溶性纤维在小肠中发挥作用，调节营养物质的吸收，而不溶性纤维主要在大肠中促进肠道蠕动和菌群平衡。这种相互保护机制显著提高了番茄中各种抗氧化成分的稳定性和生物利用度。
在慢性病预防方面，这种协同效应表现得更为明显。番茄中的营养成分在消化过程中的相互促进也增强了其整体生物利用度。例如果肉中的天然脂质可以促进番茄红素的吸收，而膳食纤维可以延缓糖分的吸收，这些相互作用进一步提升了番茄的健康效益。在胃肠道生理层面，果肉中的可溶性膳食纤维与果皮中的不溶性膳食纤维形成了功能上的互补。可溶性纤维如果胶，在小肠内形成黏稠的凝胶状物质，延缓了胃排空和营养物（如葡萄糖、胆固醇）向肠壁扩散的速率，从而有助于餐后血糖的平稳和血脂的调节。而不溶性纤维则主要在大肠段发挥作用，它增加了粪便的体积和持水性，刺激结肠蠕动，加速粪便排出，减少了潜在有害物质与肠壁的接触时间。此外，不溶性纤维及其附着的多酚为肠道菌群提供了特定的发酵底物，其产生的短链脂肪酸不仅滋养结肠细胞，还能被吸收进入血液，发挥全身性的抗炎和代谢调节作用。番茄营养价值和功效总结见图1。
图1 番茄营养物质及功效成分
Fig.1 Nutrients and functional components of tomatoes
2 副产物利用与功能性成分提取技术
在番茄工业化加工过程中，通常会产生约占原料鲜重3%～5%的副产物[5]，主要包括果皮、种子以及含有少量残余果肉的番茄果渣。这类副产物的处理与处置是该行业面临的主要难题之一。然而，多项研究证实，番茄加工副产物富含多种具有营养与功能价值的成分，如膳食纤维、多酚类物质、类胡萝卜素（番茄红素与β-胡萝卜素等）、油脂及蛋白质[29]。因此，系统开发从番茄副产物中回收高附加值生物活性成分的技术，不仅为加工产业提供了一条可持续的资源化路径，也对消费者健康具有积极意义，同时有助于减轻环境负担，具备显著的经济、社会及生态效益。
2.1 热加工技术及非热加工技术
在传统的番茄加工副产物处理过程中，普遍采用的溶剂提取、热风干燥及简单化学水解等方法，在成分回收与综合利用方面存在明显局限性。溶剂提取技术虽为回收番茄红素和多酚等活性成分的主流方式，常用正己烷、丙酮等有机溶剂，但其提取效率有限，例如番茄红素的提取率通常不足50%，并且在此过程中溶剂消耗量大，后续回收步骤繁琐，不仅增加成本，还带来环境负担与产物安全风险[30]。热风干燥多用于番茄渣脱水，但60～80 ℃的干燥温度易造成番茄红素等热敏成分的氧化与异构化，使其抗氧化活性下降，同时干燥物料易板结，增加后续提取的溶剂渗透阻力[31]。而简单化学水解法，如利用强酸或强碱处理以回收纤维素与果胶，反应条件剧烈，不仅造成半纤维素大量降解，还伴随大量高浓度酸碱废水的产生，严重制约产物的功能性与过程绿色性[32]。总体来看，传统工艺在资源回收率、能耗控制、污染物减排以及功能成分保留等方面均面临严峻挑战，难以实现多组分的高效回收与高值化利用。
2.2 高压均质化（high pressure homogenization， HPH）技术
HPH技术通过在100～600 MPa的高压下使物料在阀隙间经历剧烈剪切、碰撞与空化作用，有效破坏细胞结构，可作为预处理或直接改性手段应用于番茄加工。例如，在番茄渣处理中，经80 MPa、10 次循环的HPH预处理后，纤维素提取率提升约9%，并形成具有高比表面积的针状纤维结构，可用于稳定Pickering乳液[32]；在番茄汁加工中，15 MPa的HPH处理可破碎细胞并释放纤维碎片，构建网络结构，使果汁黏度提高30%以上，改善口感[33]。与热加工的番茄副产物相比，HPH加工的番茄副产物中维生素C含量明显更高。
2.3 脉冲电场（ pulsed electric field， PEF ）技术
PEF技术通过施加20～50 kV/cm的短时高压脉冲，在湿态番茄加工副产物中诱导细胞电穿孔，从而促进胞内成分的释放，是一种高效的预处理方式。研究表明，以5 kV/cm、5 kJ/kg的PEF预处理工业番茄皮后，后续丙酮提取可使番茄红素得率提高18%，其抗氧化活性也相应提升18%以上[31-32]。
2.4 超声波辅助提取（ ultrasonic-assisted extraction，UAE ）技术
UAE技术利用20～100 kHz频率下产生的空化与剪切效应破坏细胞结构，强化传质过程，适用于番茄副产物中多种成分的同步提取。研究表明，在20 kHz、400 W条件下，UAE番茄皮中番茄红素的得率可达735.9 mg/g，较传统方法提升77%，时间缩短至20 min[34]；用于果胶提取时，37 kHz下仅处理15 min即获得34%～36%的得率，而传统方法需24 h[34-35]。
2.5 超临界流体萃取（supercritical fluid extraction，SFE-CO2）技术
SFE-CO2技术利用超临界状态下的二氧化碳（30～50 MPa，31～40 ℃）作为萃取介质，特别适合于番茄加工副产物中脂溶性成分的回收。该技术在提取番茄渣中的番茄红素时，可使（Z）-构型番茄红素含量提高至69%，显著优于传统己烷提取的45%，且产物无溶剂残留，生物可及性提升3.3倍[36]；用于番茄籽油提取时，能保留80%以上的不饱和脂肪酸，产品酸价低于0.5 mg KOH/g，品质优于压榨法[37]。SFE-CO2具有溶剂无毒、易回收、环境友好的优点，低温过程有助于保持成分活性——番茄红素的抗氧化活性，保留率超过90%，同时产物纯度高，一般无需进一步纯化[38-39]。
2.6 功能性成分提取与副产物利用技术的应用前景与挑战
尽管各类创新技术为番茄加工副产物的高值化利用开辟了高效路径，其工业化推广仍面临若干关键瓶颈。首先，技术协同有待优化，例如将脉冲电场与高压均质联合预处理番茄渣，在特定参数下可使番茄红素提取率较单一技术提升20%，展现出巨大潜力。其次，设备成本制约了部分技术的应用，超临界CO2萃取的投资额可达超声波辅助提取的5～8倍，必须通过规模化运行来降低单位成本[40]。
在产物应用方面，通过高压均质改性的纤维素可进一步用于食品包装膜，其水接触角高达93°～95°，阻隔性能优于传统塑料，为副产物增值提供了新方向[41]。未来需依据副产物的具体类型（如果皮、种子，湿态或干燥状态）定制针对性技术方案，系统推进工艺集成与流程优化，从而推动创新技术从实验室走向产业化，最终支撑番茄加工实现循环经济与可持续发展。番茄副产物利用以及功能性成分提取技术总结见图2。
图2 番茄副产物提取技术现状与挑战
Fig.2 Current status and challenges of tomato by-product extraction technology
3 结论与展望
番茄果实的营养特性主要体现在果肉与果皮成分的差异化分布及其协同作用。果肉富含水溶性维生素、矿物质及可溶性膳食纤维，在基础代谢与营养供给中具有关键作用；果皮富集番茄红素、酚类化合物及不溶性膳食纤维，在抗氧化与炎症调控方面表现突出。完整食用可形成成分协同效应，包括相互保护、功能增强及消化吸收过程中的促进作用，其综合健康效益优于单一成分补充。
在功能性成分提取方面，新兴物理技术（如超声、微波、脉冲电场等）相较传统方法能更高效回收番茄红素、多酚及膳食纤维，并减少热敏性物质降解。然而，工业化应用仍受设备投入、工艺集成及规模化稳定性等因素限制。未来研究应基于番茄基质特性，系统评估不同品种、成熟度及组织部位中活性成分的分布与相互作用，进而优化番茄副产物的绿色提取工艺。同时，从全果利用角度推动其在功能食品与营养配料中的应用，以促进相关研究成果向产业化转化。
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