番茄：从野生浆果到餐桌美味(原创科普)
作者：杨天林；Email: yang_tl@nxu.edu.cn
一、引言
番茄（学名：Solanum lycopersicum，英文名称：Tomato），又名西红柿、洋柿子。番茄是茄科一年生草本植物，它与土豆、辣椒、茄子等还是同一家族，是不是没有想到啊？生活中，很多人有时候把番茄的“番”字误写为“蕃”。
番茄的植株高度多在1～2米之间，叶片呈羽状，表面覆盖有细绒毛，每年六月初，簇拥而生的黄色小花很容易招来蝴蝶或蜜蜂，那一段时间，正是果实孕育而成的时候，番茄果实多汁，成熟后的果实以红色为主，也有黄色，其他颜色很少见。
图1 成熟的番茄
番茄植物有悠久历史，野生番茄是一种多年生的草本植物，它的茎和叶子均有刺，果实只比豌豆略大些，它们随被子植物的进化而起源并逐渐兴盛，直到今天，成为餐桌上的一道美味。这似乎并不令人奇怪，你只要一想到今日很多小巧的鸟类原来是恐龙的后代，就不难理解自然变化之神奇了，那时候的番茄含有毒素且味道酸涩，这与它们的生长环境不无关系，为了适应海拔高度、低温、干旱、盐碱、病虫等多重压力，野生番茄不得不进化出这些特殊性状。
二、番茄的源与流
仅仅从名称看，无论是番茄中的“番”还是西红柿中的“西”，都让人想到它们是一种来自远方的植物。
番茄的祖籍远在南美洲安第斯山地的秘鲁和厄瓜多尔一带，当人们意识到这种植物的时候，它默默生长在那里已经很久了。想必远古时期的人感到饥渴时曾经吃过它，只是野生浆果口感不怎么好，那里地形多变，人烟稀少，他们有更多的食物选择，慢慢的就把这些野生浆果遗忘在遥远的山沟沟里。因为口感不好，当地人甚至以为它们有毒，实际上，没有完全成熟的番茄果实确实有毒，正如同属茄科植物的颠茄和曼陀罗那样，人们还给野生番茄起了个很吓人的名字：“狼桃”，大家对这种叫做“狼桃”的野生果实敬而远之。在秘鲁出土的一处新石器时代的墓穴中，考古学家发现了古代印第安人的祖先将番茄作为食物的痕迹，到了印加帝国时期，食用野生番茄已经比较普遍。
大概在史前时期，野生番茄随着印第安人从安第斯山地迁徙到了南美洲的大部分地方，稍后不久，又向北迁徙到了中美洲和北美洲，在这个过程中，番茄开始从荒山野岭进入人类的种植园，并不断繁衍出新的品种。伴随着地理大发现的脚步，番茄一路颠颠簸簸地从美洲来到欧洲，这大概要算西班牙人的功劳，最初引种的番茄只是为了点缀一下自家院落的风景。对番茄遗传酶特征的分析表明，欧洲品种与墨西哥、危地马拉等地古老栽培品种的亲缘关系要比与安第斯山区野生物种的亲缘关系更加密切[1]。
传说17世纪，一位英国探险家云游安第斯山脉，第一次见到番茄，被它红宝石一样的色彩吸引，就带了一些回到英国送给了自己的意中人，将其称为love apple，在当时的旧大陆，这绝对算得上是稀世珍品，大概从那个时候开始，人们又给这些红色的果实赋予了爱情的内涵和美好寄托。
有一个法国人看到番茄如此诱人，便萌生了尝尝它到底是什么滋味的念头，说有一天他冒着中毒致死的危险，壮着胆子吃了一个，然后穿好衣服躺在床上等待“死神”降临，这个法国人算是另类探险家，他躺了几个小时还好好的，就起来又吃了几个，身体依旧安然无恙，一种穿越舌尖的酸甜味道让他兴奋不已，人们从此就知道番茄原来是一种美味的果实。传说未必就那么真实，不过我们似乎能感受到其背后隐藏着的那一段颇富浪漫色彩的历史。
图2 从昔日味道酸涩的野生浆果到如今外观靓丽的餐桌美味，番茄的进化其实经历了漫长时间
哥伦布发现美洲后，番茄途经欧洲传到中国，因其外形像柿子，又来自西方，这就是“西红柿”这一名称的由来。番茄传到中国的时间大约是17世纪初，相当于明朝末年，很长时间内，人们都把它当作观赏植物，一本叫做《群芳谱》的书中记录了这种景观植物：“番柿，一名六月柿，茎如蒿，高四五尺，叶如艾，花似榴，一枝结五实或三四实，一数二三十实。缚作架，最堪观。来自西番，故名。”直到18世纪末，番茄果实才进入了中国人的菜单。
而远在大洋彼岸的美国，直到19世纪，还有人担忧番茄的毒性，1860年，美国出版的一本叫做《戈迪夫人的书》中的一段文字可以作证：“唯一能让番茄消除毒素的办法是让其在沸水中煮至少三个小时”。后来，随着越来越多的中南美洲人北上，美国人才逐渐改变了对番茄的认知，如今，番茄成为美国最常见的食材，其重要性仅次于马铃薯。
直到今天，番茄是世界上最受欢迎的蔬果之一，每年8月，西班牙都要举行盛大的“番茄节”，那一天，人们互掷番茄，尽情狂欢，在庆祝丰收的同时也表达了对番茄的喜爱。味道鲜美、营养丰富和跨文化的适应性使番茄成为世界各地人们饮食中不可或缺的食材，不论是生吃、做菜、炖汤，还是做酱，番茄持续伴随着人类的生活。
图3 番茄曾登上了2017年《Science》杂志的封面
三、番茄的营养成分及功效
番茄的热量低、营养价值高，其中富含多种对人体有益的成分，特别是含有好几种维生素，包括维生素C（VC）、维生素K、维生素B9等[2-4]（图4）。其中，VC是维持机体正常生理功能的一种重要维生素，VC有比较强的抗氧化作用，是决定番茄和西瓜等品质优劣的重要营养成分，在人体内，VC参与了机体氧化、还原等复杂代谢过程，能够提升人体的抵抗力和免疫力[3]。丹麦生物化学家和生理学家达姆（Carl Peter Henrik Dam，1895～1976）发现维生素K具有防止新生婴儿出血、能减少生理期出血、促进血液正常凝固等作用，他的研究工作拓展了维生素K在临床方面的应用[3]，这一发现很快给临床医学带来了福音，很多以前由于缺乏维生素K引起的疾病此后能够得到治疗。由于对维生素K的研究和贡献，他和维生素K1与K2结构的发现者及维生素K3的合成者、美国生物化学家多伊西（Edward Adelbert Doisy，1893～1986）分享了1943年的诺贝尔生理学或医学奖。
图4 番茄中几种维生素的分子结构
我们也把维生素B9叫做叶酸或叶酸盐，维生素B9的分子结构由蝶啶环、对氨基苯甲酸和谷氨酸三部分组成，是一种水溶性维生素，在人体中参与DNA合成和细胞分裂等重要生理过程，其功能涵盖维持神经系统健康、预防出生缺陷以及支持免疫系统等多个方面[5]，它在体内可以还原为四氢叶酸（THFA），THFA是一种重要的辅酶，参与嘌呤、胸腺嘧啶的合成，一个重要功能是支持红细胞生成和胎儿神经管发育[5-7]。
对人体来说，天然食物中的叶酸没有活性，当食物中的叶酸进入人体后，需要变成有活性的形式才能被人体直接利用而发挥作用，这个过程中须依赖一种叫做“亚甲基四氢叶酸还原酶”（MTHFR）的关键酶，最终得到有活性的5-甲基四氢叶酸，5-甲基四氢叶酸才是人体可以利用的叶酸形态[8]（图5），此外，还必须确保摄入足够的维生素B2、B6和B12，它们也是叶酸代谢过程中缺一不可的辅助因子[8]。
图5 叶酸在人体内的代谢过程
番茄中还含有一定量的β-胡萝卜素和番茄红素，β-胡萝卜素是一种天然存在的类胡萝卜素，属于四萜类化合物，分子中含有多个双键，这种结构有助于身体免受自由基的伤害。β-胡萝卜素也是自然界中普遍存在的重要天然色素，它的存在令番茄拥有饱满的黄色或橘色，人体消化器官能够将β-胡萝卜素转化成维生素A[9-10] （图6），这是一种比较安全的补充维生素A的方式，其主要功效是维持眼睛和皮肤健康[6]。
图6 β-胡萝卜素在人体内代谢生成维生素A的途径
番茄红素是存在于植物性食物中的一种类胡萝卜素（图7），在一些成熟的植物果实中含量较高，如胡萝卜、番茄、西瓜、木瓜及番石榴等，番茄红素也是一种红色素，其对光和氧不稳定，遇铁容易变成褐色。番茄红素分子结构上有11个共轭双键和2个非共轭双键，是一种直链型碳氢化合物，番茄红素的特殊结构使其具有很强的消除自由基和抗氧化能力 [7]，它的存在可以有效延缓衰老，保持人体组织和器官健康，成熟后的番茄更有利于人体对番茄红素的吸收[3]，番茄中还含有人体必需的矿物质元素，如钾、镁、磷等，其中钾元素可以调节体内钠的平衡，意大利谚语“番茄红，医生闲。”形象地传达了番茄在健康方面的价值。在番茄成熟时期，其体内的转化酶逐步将蔗糖分解为葡萄糖和果糖，这意味着此后蔗糖含量的减少及葡萄糖与果糖含量的增加[11]。
图7 几种重要的类胡萝卜素（Carotene）与番茄红素的分子结构，你仔细辨认一下番茄红素与哪一种类胡萝卜素结构更像呢？
四、番茄碱的神奇变化
最近的研究发现，番茄未成熟时确实含有毒性很大的α-番茄碱，这种番茄碱是抵御害虫和食草动物的武器，随着果实成熟，一种叫做DML2的关键蛋白会启动DNA的去甲基化过程，这就如同打开了相应的分子开关，随之激活了一系列GAME基因，它们负责将有毒的α-番茄碱转化为无毒的七叶皂苷A[12]，α-番茄碱和七叶皂苷A的分子结构见图8，同时，植物激素乙烯和多个转录因子形成精密的反馈调节环路，为这个转化过程保驾护航。而且，这个解毒机制随番茄的驯化过程不断增强，主要表现在野生番茄果实较小，毒性较强，半驯化品种的毒性有一定程度的降低，现代品种的解毒机制完善，果实美味且安全[13]。所以，成熟的番茄可放心食用。
图8 α-番茄碱（左）和七叶皂苷A（右）的分子结构
研究发现，甾体类生物碱及其糖基化形式（Steroidal alkaloids and their glycosylated forms，SGAs）是广泛存在于茄科植物中一类特殊的代谢产物，对植物病原菌和草食动物具有防御作用[14]。迄今为止，在番茄中检测到近百种甾体类生物碱，其中α-番茄碱（α-Tomatine）是茄科植物的叶片、花蕾和果实中最主要的一种SGA[12]，高浓度的α-番茄碱具有强烈的苦味并使喉咙有明显的灼烧感，这些防御代谢物在一定的细胞浓度下，也能通过对细胞膜的破坏使植物产生自毒作用[15]。因此，选择苦味小、口感好、毒性小、SGAs含量低的果实是茄科植物育种的重要目标之一。
在番茄果实成熟过程中，α-番茄碱经过羟基化、乙酰化和糖基化等多种形式的修饰后，SGA可转变成无苦味和无毒的七叶皂苷（esculeosides）（图9），其中，该途径的第一步是将α-番茄碱羟基化为羟基番茄碱，由GAME31催化，该途径的最后一步是无苦味的七叶皂苷A（esculeoside A）的生成，是由最近发现的GAME5完成催化的，该基因随番茄成熟而增加[16]。从昔日的野生浆果到今天的餐桌美味，番茄的进化之路让我们看到了自然变化之神奇，这项研究也为人类改良作物提供了某种启示。
图9 番茄果实发育和成熟过程中SGA成分“代谢转变”的作用机制
五、作为一种食材
从植物学形态和外观结构看，番茄似乎应是水果，但人们在生活中更多地认为它是一种蔬菜，是厨房里常备的蔬菜之一，相对于其他蔬菜，番茄储存的时间更长一些，这似乎也意味着番茄中含有更多抗腐败的因子，很多人喜欢做一些番茄酱以备在冬季食用。
番茄是西餐美食中的常见食材，如搭配橄榄油和新鲜蔬菜的意大利比萨，包含奶酪、橄榄和时令蔬菜的沙拉，或与胡萝卜、洋葱搭配的法式蔬菜汤，其中都有番茄的身影。在中国，番茄也是日常生活中不可或缺的食材，如番茄炖牛腩、冰镇糖拌西红柿、西红柿炒鸡蛋就是中国最经典的菜肴。
图10 番茄很容易与其他食物搭配
番茄的鲜美味道来自于其中丰富的游离氨基酸，如L-谷氨酸和L-天门冬氨酸钠，番茄中的还原糖、有机酸和生物碱等对番茄的甜味、酸味、鲜味、咸味甚至苦味均有不同程度的贡献。
有人可能会问什么时间吃番茄最好，比较理想的时段是下午3～4点或晚餐后1h，这个时间段人体代谢旺盛，番茄的营养成分更容易被吸收，此时吃番茄既能辅助消化，又能避免有机酸刺激胃黏膜引发不适，所谓“时机选对事半功倍”其实是很重要的。
另一个是量的控制，番茄属于酸性食品，一般情况下每天摄入2个中等大小的番茄（大约200g）就可以了，这大约相当于一碗番茄汤的量。过量食用番茄可能会引发胃酸过多，一些肠胃对番茄敏感的人可以分两次食用，避免一次性摄入过多酸性物质。
研究表明，加热后番茄红素的释放率有明显增加，这意味着熟吃比生吃效果更好，烹调方法多种多样，比如西红柿土豆炖排骨、番茄菌菇汤就是不错的选择。
在品种的选择方面，大番茄的维生素C、钾含量更高，适合需控糖的人群，小番茄（也叫圣女果）的番茄红素、维生素A更丰富，含糖量略高，适合健康人群。
不过须注意以下几种情况：（1）不宜空腹吃，因为番茄中所含的酸性物质会使胃不舒服；（2）脾胃虚寒及月经期间的妇女不宜生吃；（3）不能吃没有成熟的青色番茄，因为其中含有毒的龙葵素（图11）和番茄碱；最后，在烹调时不能长时间高温加热，否则番茄红素随时间增加而逐渐分解，营养保健价值会因此下降。
图11 龙葵素的分子结构
六、结语
作为一种常见食材，我们经常会接触到番茄，在选择番茄时，我们应尽可能选择无农药化肥污染、无催熟剂处理、无基因改造的番茄，最好选择具有有机认证或者无公害认证的番茄，让这种有传奇色彩的红色果实为我们的生活带来更多的健康和安全。
图12 吃的放心才是硬道理
参考文献
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