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蝦青素的應用前景

 

蝦青素的應用前景

 

Application prospects of astaxanthin

陳曉琳1,2 ,汲 霞1,2 ,鐘志梅1,2 ,李鵬程1

(1.中國科學院 海洋研究所 ,山東青島 266071 2.中國科學院 研究生院,北京 100039)

中圖分類號 :Q562 文 獻標識碼 :A 文 章編 號:10003096(2008)05008703

 

蝦青素 (astaxanthin)化學名稱為33-二羥基-44-二酮基-β,β’-胡蘿卜素,分子式為C40H52O4相對分子質量為59686,又名蝦黃質、蝦黃素或龍蝦殼色素,是一種酮式類胡蘿卜素。色澤為粉紅色,具脂溶性,不溶于水,易溶于氯仿、丙酮、苯和二硫化碳等有機溶劑。ASTA蝦青素的化學結構是由4個異戊二烯單位以共軛雙鍵型式聯結,兩端又有2個異戊烯單位組成六節 環結構,其化學結構見圖1。由于蝦青素的化學結構中含有一個長的共軛不飽和雙鍵系統,因此,很容易受光、熱、氧化物等的作用而破壞其結構。

 

蝦青素的分子結構

 

 

1 蝦青素的結構式

 

 

1 蝦青素的生物學功能及其應用

 

ASTA蝦青素早在2O世紀3O年代即從蝦、蟹殼中分離出來,但直到2O世紀8O年代中期才對其生物學 功能進行廣泛研究 。研究表明蝦青素具有許多重要的生物學功能及廣闊的應用前景。

 

11 蝦青素在水產動物中的應用

 

ASTA蝦青素廣泛存在于生物界中,特別是水生動物的蝦、蟹、魚和鳥類的羽毛中,起顯色作用。蝦青素呈艷麗的紅色,當其添加到水產動物的飼料中時,可使水產動物的體色變得鮮艷。通常在水產動物飼料中添加蝦青素以補充色素,可極大地提高產品的市場價值。蝦青素不僅可以作為水產養殖動物的著色劑,而且越來越多的證據證實,蝦青素對于水產動物的正常生長、健康養殖、提高存活率和繁殖率亦具有極為重要的作用。另外,在水產養殖用飼料中添加蝦青素還可以防止 水產加工品如虹鱒魚因脂質氧化而變質,并且為人類食物提供豐富的蝦青素來源。

 

1作為抗氧化劑

 

ASTA蝦青素是一種非維生素A源的類胡蘿卜素,在動物體內不能轉化為維生素A。但是,在蝦青素分子中,有很長的共軛雙鍵,并且有羥基和在共軛雙鍵鏈末端的不飽和酮,其中羥基和酮基又構成α-羥基酮,這些結構都具有比較活潑的電子效應,能向自由基提供電子或吸引自由基未配對電子,使其極易與自由基反應而清除自由基,從而起到抗氧化作用。動物實驗表明,蝦青素可以清除NO、硫化物、二硫化物等。蝦青素在清除自由基方面,其能力是β胡蘿卜素的1O倍以上,是維生素E100倍以上。 同時,蝦青素具有抑制或降低脂質過氧化的作用,能保護磷脂酰膽堿脂質免受氧化。因此,蝦青素可應用于醫藥產品,作為抗衰老的藥品和食品保健品。

 

13 作為防曬劑

 

ASTA蝦青素能有效清除體內由紫外線照射產生的自由基,降低由于光化學引起的傷害,因此,對紫外線引起的皮膚癌有很好的預防和治療效果。另外,將蝦青素與化妝品復配,可形成新的具有防曬功能的日用化妝品。

 

14 作為免疫制劑

 

近幾年的研究表明,蝦青素在促進抗體的產生、增強宿主的免疫功能方面有重要的生理功能。單線態氧對動物的免疫系統具有細胞毒作用,它催化產生的自由基可加速巨噬細胞細胞膜的降解,導致吞噬效率降低和功能紊亂。由于蝦青素具有清除單線態氧的功能,因此能顯著影響動物的免疫功能。實驗證明,在有抗原存在時,蝦青素能顯著促進脾細胞產生抗體,從而增強T細胞刺激下人體內血細胞免疫球蛋白的產生。Jyonouchi等通過實驗觀察發現,蝦青素能顯著促進胸 腺依賴抗原(TD-Ag)刺激時的抗體產生,分泌lgMIgG的細胞數增加。補充蝦青素還能夠部分恢復年老小鼠的體液免疫系統。因此,蝦青素具有重要的免疫調節作用,可作為免疫增強劑使用。

 

15 作為抗癌制劑

 

許多專家研究了天然類胡蘿卜素的生理生化功能,發現蝦青素具有很強的抗癌作用。它能抑制由黃曲霉素BI(AFB1)α-苯芘(BaP)、二乙基亞硝酸(DEN)α-硝基丙烷、N-丁 基-N (4-羥丁基)亞硝胺和環磷酰胺等引起的致突變作用。因此,蝦青素能有效地預防肝癌、口腔癌、大腸癌、膀胱癌和乳腺癌。利用蝦青素可開發出治療和預防腫瘤的藥物。

 

16 其他應用

 

ASTA蝦青素除了具有上述用途之外,還可用于預防動脈粥樣硬化及相關疾病,這也要歸因于蝦青素的抗氧化性能。蝦青素可以降低或抑制血液中低密度脂蛋白(LDL)的氧化,使得血管壁上的沉積物減少,從而減少了動脈粥樣硬化的發生。另外,蝦青素還可用于防治眼科疾病,近似于維生素A的特性。尤其對糖尿病眼病的發生率有明顯降低的效果,可作為治療糖尿病的輔助藥物。

 

2 蝦青素衍生物的應用

 

ASTA蝦青素可根據立體異構體、幾何異構體、酯化程度分為多種。如南極磷蝦中蝦青素的主要立體異構體為3R3R’,且被酯化;紅酵母中的蝦青素主要以酯化的3R3R’形式為主;血球藻 (Haematococcus pluvialis)中蝦青素的立體異構體主要是酯化的3S3S’形式,單酯約占80%,二酯約占15%,主要的脂肪酸有油酸、反油酸、蓖麻酸和花生酸等。

化學合成的蝦青素均為游離蝦青素,由于游離的蝦青素不穩定,因此天然蝦青素很少游離存在。除了與脂肪酸成酯外,天然蝦青素往往與蛋白質形成復合物,產生不同的顏色(如龍蝦中的藍色、綠色和黃色);也可溶 在油脂中,如雪藻(Chlamyclomonas nivalis)的紅色就是其細胞質脂類中積累蝦青素的結果。

除了天然存在的蝦青素酯外,亦有對蝦青素進行酯化修飾的報道 。Hawaii BiotechInc(HBI) 成功地合成了蝦青素二丁二酸酯二鈉鹽,這不僅提高了蝦青素在水中的溶解性(該鹽室溫下在水中的溶解度可以達到86 g/L),而且該衍生物比蝦青素表現出更強的清除超氧自由基的能力。該鹽在水 中好的溶解性有助于清除水相中的自由基。因此,該化合物可能對于降低人類動脈粥樣硬化和癌癥的發生起到重要的作用。除此之外,Jackson等利用蝦青素和賴氨酸為原料合成了蝦青素的二賴氨酸酯的四鹽酸鹽。該新化合物是目前為止所發現的在水中溶解度最大的蝦青素衍生物。其室溫下在水中的溶解度可達到1816gL,該化合物亦具有很強的自由基清除能力。因此,利用這些蝦青素衍生物在水中溶解度大的特點,可以應用于生物和化學上需要清除水相中自由基的方面。

蝦青素特殊的分子結構決定了很容易受光、熱、氧化物等的作用而破壞。

Chen等對蝦青素的β-環糊精包合物進行了研究。結果表明,當蝦青素和β-環糊精形成包合物時,蝦青素的水溶性、對光和熱的穩定性得到提高,為蝦青素進一步的應用奠定了科學基礎。

 

3 存在問題

 

由于蝦青素具有抗氧化、抗腫瘤和增強免疫力等許多重要的生理和生物學功能,因而在食品添加劑、水產養殖、化妝品、保健品和醫藥工業等方面具有廣闊的應用前景。目前美國的食品藥品管理局已批準人工合成反式結構的蝦青素用作水產養殖的添加劑。但是,現在市場上蝦青素的售價很高, 其人工合成品的單價達 2000~2500 美元/kg。因此研究和開發蝦青素具有重要的商業和經濟價值。

隨著水產養殖和食品醫藥等工業的發展,近年來國內外對蝦青素的需求量越來越大,但目前從水產品廢棄物中提取蝦青素普遍存在蝦青素含量低、提取費用高的缺點,不能滿足大規模商業化生產的需要。因此,建立切實可行的技術方案是關鍵,同時,尋找和開發新的資源與方法,如選育高產酵母菌、發酵培養紅球藻等,也將是未來要解決的問題。

雖然目前對蝦青素的生物學功能方面報道較多,但對蝦青素在動物體內殘留問題以及過量使用引起的毒性問題研究較少。因此對長期使用蝦青素的安全性研究也是有待于探索的課題 。

隨著蝦青素生物來源的不斷發現以及提取分離純化技術的進一步發展,ASTA蝦青素必將具有更為廣闊的應用前景。

 

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