类胡萝卜素是动植物王国中广泛存在的一类非常重要的天然色素，呈红色、黄色或橙色，主要由植物和微生物合成。自然界中，类胡萝卜素通过与蛋白质、核酸、多糖类及其它分子发生相互作用，发挥多种生理功能，主要包括着色、光合作用和光保护、稳定细胞膜、营养和保健功能等。番茄红素作为类胡萝卜素中的一员，主要存在于成熟的番茄及番茄制品中，番茄红素仅含碳、氢两种元素，由11个共轭双键和2个非共轭双键构成，其分子两端没有芷香环结构，因而不表现出维生素A的活性，但作为一种天然抗氧化剂，其在动物和人体内具有非常重要的生理功能，对预防多种癌症和血管疾病有显著效果，此外，番茄红素及其某些代谢产物还具有调节细胞隙间连接通讯的能力。番茄红素具有长的共轭双键结构，为高度不饱和碳氢化合物，受热、光、氧等因素的影响，很易发生降解和顺反异构化，动物和人体对番茄红素的吸收及代谢过程中，也存在异构化现象。本文主要通过实验及量子化学研究方法，对番茄红素的热降解和异构化、番茄红素异构体的分子结构与生物活性之间的关系，番茄红素在壳聚糖基质中的聚集现象以及番茄红素与环糊精形成的包结物进行了研究，主要结果摘要如下： 1．从番茄酱中分离得到番茄红素，采用高效液相色谱、红外光谱、紫外一可见吸收光谱和差示扫描量热法番茄红素试样进行了定性和定量表征，结果表明，本文所提取的番茄红素试样纯度在94％～96％之间，为进一步对番茄红素的性质研究奠定了基础。摘要 2.番茄红素的降解和异构化对其生理功能和营养价值有很大影响，在受热情况下，番茄红素很易发生从全反式向部分顺式异构体的转化及降解。本文对番茄红素在大豆油中受热引起的异构化和降解动力学进行了实验研究，为开发含番茄红素的功能食用油产品提供一定指导作用。结果表明，溶解在豆油中的番茄红素在热处理初期主要发生全反式异构体向顺式异构体的转变，而后期主要是热降解反应。番茄红素的热异构化和降解可以按一级反应动力学模型处理，在70、80、90，C下，异构化速率常数分别为l.74xlo‘3、4.96xlo一3和l.oZx10-2(min’’)，异构化表观活化能为93.Ikl/mol;后期的降解速率常数分别为3.63xlo一3、4.45xlo一和7.olxlo一(h一1)，降解表观活化能为34.3kJ/mol。 3.采用量子化学的密度泛涵理论(DFT)方法，在B3LYP/3一21G*理论水平对番茄红素不同异构体的几何结构参数、能量、分子轨道、电子跃迁光谱等进行计算，结合文献结果，对番茄红素的生物活性和异构化现象与分子结构的关系进行了分析。 计算结果表明，番茄红素分子两端的双键完全偏离共辘平面，分子中间的部分双键有轻微偏离共扼平面的情况，且异构化导致不同异构体的共辘双键偏离程度不同。发生顺式转变的双键位置键长的增加，电子云均有一定程度的伸展，导致化学键活性变化，番茄红素发生顺式转变的双键可能具有较高的反应活性。最高占据轨道能量(‘~o)与最低空轨道能量(‘LuMo)差值(△‘)大小反应了分子的化学活性，7一cis和11一cis异构体的△e较小，为动力学上最不稳定的异构体，反应活性最高。单点能的计算结果表明各异构体热力学相对稳定性的顺序如下:5，5’一eis>5一15>all一trans>9(15>13一eis>15一15>11一eis>7一eis，与动植物体内检测到的番茄红素主要为全反式和5一cis异构体一致。电子跃迁光谱计算表明，番茄红素顺式异构体的主吸收峰和顺式吸收峰主要由分子中的共辘双键体系产生，分子两端的非共辘双键对紫外区的吸收有一定贡献，但番茄红素的顺式峰强度很弱，全反式和5，5’一s由于分子具有高度的中心对称性，不表现出顺式吸收峰。 4.采用紫外一可见吸收光谱、透射电镜和激子理论模型对番茄红素与壳聚糖相互作用构筑的超分子聚集体进行了研究，并提出了相应的聚集体结构模型。番茄红素在四氢吠喃一水混合溶剂中自集成H一聚集体，其紫外一可见吸收光谱特征吸收峰蓝移至354lun，而壳聚糖与番茄红素形成复合物后，在1%醋酸水四川大学博士学位论文溶液中的特征吸收峰进一步蓝移至349nln，复合物薄膜的吸收光谱也表现出相似的变化。透射电镜观察到番茄红素在壳聚糖基质中形成花瓣型聚集体，且聚集体形貌和尺寸与番茄红素一壳聚糖质量配比有关，表明壳聚糖对番茄红素形成的聚集体结构有影响。通过实验得到的光谱数据，运用激子理论模型计算了番茄红素超分子聚集体的结构参数。 提出的结构模型认为具有向列型液晶结构的番茄红素超分子聚集体由H-型(占主要)和J一型两种聚集方式构筑。与番茄红素在含水有机溶剂中形成的聚集体相比，受壳聚糖高分子链的影响，复合物中番茄红素聚集体J一聚集比例减少，导致光谱进一步蓝移。 5.采用溶液法和研磨法分别制得番茄红素与尽环糊精的包结物，差示扫描量热法(DSC)和紫外一可见吸收光谱证实了包结物的形成。DSC图谱表明，包结物中番茄红素的熔融吸热峰(177℃)和分解放热峰(239℃)消失，表现出新的特征吸热峰(125℃)，说明形成的包结物中番茄红素稳定性提高。紫外一可见吸收光谱实验表明，相对于番茄红素在有机溶剂中的