番茄红素是一种不饱和烯烃化合物，是成熟番茄中的主要色素，也是常见的类胡萝卜素之一。番茄红素不具有β-胡萝卜素的β-芷香酮环结构，故在体内不能转变为维生素A，不属于维生素A原。分子式为C40H56，有多种顺反异构体。
番茄红素是脂溶性物质，难溶于水、甲醇、乙醇，可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，易溶于氯仿、二硫化碳、苯等有机溶剂。番茄红素分子中有11个共轭双键和2个非共轭双键，故其稳定性很差，容易发生顺反异构反应和氧化降解。
影响番茄红素稳定性的因素包括氧、光、热、酸、金属离子、氧化剂和抗氧化剂等。
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