Lycopin

Lycopin ist ein lineares, acyclisches Polyen, das zur Gruppe der Carotine in der Klasse der Carotinoide gehört. Es hat 13 Doppelbindungen, davon liegen 11 konjugiert vor. Methylgruppen liegen an den Positionen 2, 6, 10, 14 sowie gespiegelt an 2', 6', 10' und 14' vor. Die vielen konjugierten Doppelbindungen verleihen Lycopin eine rubinrote Farbe. In Hexan beträgt das Absorptionsmaximum 472 nm. Wegen seines stark hydrophoben Charakters ist Lycopin in Wasser, Ethanol oder Methanol nahezu unlöslich, dagegen gut in Chloroform, Benzol, Hexan, Aceton oder in anderen organischen Lösungsmitteln.

Lycopin ist licht-, wärme-, sauerstoff- und säureempfindlich. Metallionen wie Cu(II) oder Fe(III) katalysieren seine Oxidation.

Zur zuverlässigen qualitativen und quantitativen Bestimmung des Lycopins kommt nach angmessener Probenvorbereitung die Kopplung der HPLC mit der Massenspektrometrie zur Anwendung.

Lycopin ist eines der am weitesten verbreiteten natürlichen roten Pigmente und wird ausschließlich von Pflanzen, Pilzen sowie Mikroorganismen synthetisiert. In Pflanzen absorbiert es mit anderen Carotinoiden Licht für die Photosynthese und schützt Chlorophyllmoleküle vor Oxidationsschäden durch Licht und Sauerstoff.

In grünem Gemüse oder in (grünen) Blättern wird die natürliche Farbe des Lycopins durch grüne Pigmente (z. B. Chlorophylle) maskiert. Wenn während der Reifung diese Chlorophyllmoleküle abgebaut werden, tragen Lycopin und die verbleibenden Carotinoide zu den leuchtenden Farben in Früchten (Orange, Tomate, Paprika, Erdbeere), aber auch vielen Blüten bei.

Lycopin wurde 1876 von Pierre-Marie Alexis Millardet in Tomaten als rotes Pigment entdeckt. Die Namensgebung erfolgte aufgrund des lateinischen Namens der Tomate (Lycopersicon esculentum) 190Lucini L, Pellizzoni M, Baffi C, Molinari GP. Rapid determination of lycopene and β-carotene in tomato by liquid chromatography/electrospray tandem mass spectrometry. J Sci Food Agric. 2012 Apr;92(6):1297-303. doi:10.1002/jsfa.4698. Epub 2011 Nov 14. PMID 22095779.3 durch C. A. Schunck.

Reife Tomaten haben in der Regel einen Lycopinanteil von ca. 3 bis 5 mg pro 100 g Frucht, der Lycopinanteil hängt allgemein von der Sorte und den Bedingungen des Reifeprozesses ab. Auch Wassermelonen können etwa diese Konzentration an Lycopin (bis zu 100 ppm) enthalten, was auch die Farbe ihres Fruchtfleisches ausmacht

Wesentlich mehr Lycopin enthalten Dosentomaten mit ca. 10 mg pro 100 Gramm, da sie meist erst in reifem Zustand geerntet werden. Konzentriertes Tomatenmark enthält sehr hohe Lycopinkonzentrationen (ca. 62 mg Lycopin pro 100 Gramm). Der Rote Gitterling (Clathrus ruber) verdankt seine rote Farbe ebenfalls Carotinoiden, an erster Stelle dem Lycopin.

Die Verfügbarkeit von Lycopin ist bei verarbeiteten und erhitzten Produkten (z. B. Tomatensaft) höher als bei rohen, da beim Erhitzen die pflanzlichen Zellstrukturen aufgebrochen werden und das Lycopin herausgelöst wird. Eine deutliche Resorptionssteigerung wird durch die Kombination mit Fett erreicht. Großtechnisch wird Lycopin mit organischen Lösungsmitteln (Hexan, Dichlormethan, Methanol) aus Tomatenkonzentraten extrahiert.

Bis auf wenige Ausnahmen liegt in Früchten und Gemüse das all-trans-Isomer (auch all-E-Isomer) am häufigsten vor (94–96 % in Tomaten), es ist auch thermodynamisch die stabilste Form. Dagegen dominiert in der Aprikose das cis-Isomer (7Z,9Z)-Lycopin mit 53 %, während das all-trans-Isomer zu 8 % vorhanden ist. In ausgereiften Tomaten wird Lycopin in Chromoplasten als nadelförmige Kristalle gespeichert oder tief eingebettet in der Membran.

Lycopin wird als rote Lebensmittelfarbe als Carotinoid deklariert (siehe auch Carotine (E 160a–160f)) und zur Koloration von Lebensmitteln verwendet. Es wird vor allem zur Färbung von Suppen und Soßen eingesetzt.

Carotinoide, insbesondere das Lycopin, zählen zu den wirksamsten natürlich vorkommenden Quenchern für Singulettsauerstoff ¹O₂. Dieser wird zum Beispiel durch photochemische Reaktionen bei der Lichtabsorption gebildet und ist hochreaktiv. In der Photosynthese spielen Carotine wie Lycopin daher eine wichtige Rolle als Pigment in Pflanzen, photosynthetische Bakterien, Pilze oder Algen. Sie schützen den Photosyntheseapparat vor starken Lichtschäden und sind ein Intermediat bei der Biosynthese wichtiger Carotinen und Xanthophylle.

Singulettsauerstoff kann verschiedene Aminosäuren in Proteinen, Nukleinsäuren sowie ungesättigte Fettsäuren oxidieren. Bei der Quenchingreaktion gehen die Carotinoide in einen angeregten Triplettzustand über (¹O₂ + ¹Car → ³O₂ + ³Car). Ihren Grundzustand erreichen die Carotinoide durch Abgabe von Wärme wieder (³Car → ¹Car + Wärme). Die Carotinoidmoleküle werden also bei dieser Reaktion nicht chemisch umgewandelt und stehen somit für weitere Quenchingprozesse zur Verfügung. Aus in-vitro-Messungen geht hervor, dass die Quenchingrate Lycopins besonders hoch ist (ca. doppelt so groß wie bei β-Carotin und 100-mal so groß wie bei α-Tocopherol). Diese im Labor gefundene antioxidative Wirkung bedeutet jedoch nicht automatisch eine gesundheitsfördernde Wirkung des Lycopin. Darüber hinaus fängt Lycopin, wie auch andere Carotinoide, schädliche freie Radikale (Stickstoffdioxid-, Thiyl-Sulphonylradikale oder auch ROS (z. B. O2+-)) ab und macht diese damit unschädlich.

Es gab Hinweise, dass der Konsum von Lycopin zu einem reduzierten Risiko führt, an Herz-Kreislauf-Erkrankung, Krebs (vor allem Prostatakrebs), Diabetes mellitus, Osteoporose und Unfruchtbarkeit zu leiden. Eine neuere, große Studie mit ca. 28.000 Probanden lässt jedoch vermuten, dass kein Zusammenhang zwischen Lycopin und Krebsrisiko besteht. Eine schützende Wirkung bei Belastungsasthma konnte nicht gezeigt werden.

Lycopin wird in grünen Pflanzen und Cyanobakterien gebildet, der dabei genutzte Stoffwechselweg verläuft ähnlich. Die Synthese startet mit Mevalonsäure, die zu Dimethylallylpyrophosphat umgesetzt wird. Diese kondensiert mit drei Molekülen von Isopentenylpyrophosphat zu Geranylgeranylpyrophosphat. Zwei Moleküle Geranylgeranylpyrophosphat werden dann verbunden zu Phytoen. Ausgehend von Phytoen wird dann über mehrere Zwischenstufen Lycopin gebildet. In Bakterien wird das all-trans-Lycopin durch ein einziges Enzym, der Phytoen-Desaturase (CRTI), hergestellt, dabei werden die Bindungen an den Positionen 7, 11, 11' und 7' dehydrogeniert. Cyanobakterien, grüne Algen und Pflanzen benötigen für die Biosynthese dagegen vier Enzyme, was man als den Poly-Cis-Stoffwechselweg bezeichnet. Hierbei unterläuft das Substrat mehrfache Dehydrogenierungen und Isomerisierungen, die durch zwei Desaturasen (Pflanzentyp Phytoendesaturase PDS und ζ-Carotindesaturase ZDS) sowie zwei Isomerasen (15-cis-ζ-Carotin-Isomerase Z-ISO und Carotin-cis-trans-Isomerase CRTISO) katalysiert werden.

Lycopin könnte dann weiter über β-Carotin zu verschiedenen Xanthophyllen prozessiert werden.