蝦青素與人類(lèi)健康

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩、博士研究生課程考試課程論文報(bào)告課程編碼：73062122課程名稱(chēng)：食品營(yíng)養(yǎng)專(zhuān)題任課教師：景浩范志紅開(kāi)課學(xué)院：食品學(xué)院學(xué)生學(xué)號(hào)：SY20153060311學(xué)生姓名：段偉提交時(shí)間：2015年12月21日評(píng)閱意見(jiàn)（評(píng)閱教師需要撰寫(xiě)不少于50字的評(píng)閱意見(jiàn)，并在課程論文上做扣分標(biāo)注）課程成績(jī)閱卷人4040蝦青素的營(yíng)養(yǎng)和功能特性研究進(jìn)展摘要：蝦青素是屬于類(lèi)胡蘿卜素，對(duì)人類(lèi)健康具有很大的潛力和應(yīng)用價(jià)值，本文綜述了蝦青素的來(lái)源，化學(xué)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，生物活性，并總結(jié)了蝦青素對(duì)多種疾病預(yù)防的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：蝦青素，性質(zhì)，生理功能AdvancesinnutritionalandfunctionalpropertiesofastaxanthinAbstract：Astaxanthinbelongstocarotenoid,hasgreatpotentialandapplicationvalueforhumanhealth.Thesource,chemicalstructureandpropertiesandbiologicalactivityofastaxanthin,werereviewedinthispaper.Moreover,theresearchprogressofvariousdiseasespreventionofastaxanthinwassummarized.Keyword:Astaxanthin,Properties,Biologicalactivity蝦青素(Astaxanthin)是一種氧化型的類(lèi)胡蘿卜素，即類(lèi)胡蘿卜素的含氧衍生物，屬于葉黃素家族，化學(xué)名稱(chēng)為3,3'—二羥基一4,4'—二酮基一卩，卩一胡蘿卜素，分子式為C40H52O4［1］o蝦青素在自然界中普遍存在，特別是在海洋環(huán)境中，賦予許多海洋動(dòng)物肉身鮮艷的紅色、粉紅色，如鮭魚(yú)，龍蝦，對(duì)蝦［2］。蝦青素由微藻和浮游植物合成，浮游動(dòng)物、甲殼類(lèi)動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)通過(guò)食物鏈逐層積累蝦青素［3］。蝦青素應(yīng)用廣泛，作為一種食品著色劑，天然飼料添加劑應(yīng)用于家禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖，特別是作為養(yǎng)殖鮭魚(yú)，鱒魚(yú)和蝦的飼料。蝦青素特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)賦予了其比其他類(lèi)胡蘿卜素更高的抗氧化活性，因此，蝦青素在人類(lèi)健康和營(yíng)養(yǎng)具有相當(dāng)大的潛力和前途［4］。很多文獻(xiàn)總結(jié)了蝦青素及酯的生物學(xué)活性，蝦青素作為一種營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑，保健品和藥品在不斷迅速發(fā)展。本文綜述了蝦青素的來(lái)源，化學(xué)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，生物活性，并總結(jié)了對(duì)多種疾病預(yù)防的研究進(jìn)展。1.蝦青素的自然分布蝦青素的天然來(lái)源是藻類(lèi)，酵母，鮭魚(yú)，鱒魚(yú)，磷蝦，蝦和小龍蝦等。蝦青素的微生物來(lái)源見(jiàn)表。商業(yè)蝦青素主要通過(guò)紅法夫酵母，雨生紅球藻發(fā)酵和化學(xué)合成獲得，雨生紅球藻是天然蝦青素的最佳來(lái)源［5］。蝦青素的動(dòng)物來(lái)源及含量如圖所示。野生鮭魚(yú)中，野生大麻哈魚(yú)中的蝦青素含量最高，可達(dá)26-38毫克/千克。大西洋鮭魚(yú)中的蝦青素含量為6?8毫克/千克［6］。蝦，蟹和鮭魚(yú)可以作為食物來(lái)源的蝦青素，野生鮭魚(yú)是蝦青素良好來(lái)源，每天攝取165克的鮭魚(yú)就可以獲得3.6毫克的蝦青素，此劑量就可以達(dá)到有利于身體健康的目的［7］。來(lái)源蝦青素在干重中含量(％)綠藻綱雨生紅球藻3.8綠球藻0.2小球藻0.001石莼綱腸滸苔0.02銀耳綱紅發(fā)夫酵母0.5表1.蝦青素的微生物來(lái)源Table1.Microorganismsourcesofastaxanthin.野生和飼養(yǎng)鮭魚(yú)表2.野生和飼養(yǎng)(*)鮭魚(yú)中蝦青素含量(mg/kg)Table2.Astaxanthinlevels(mg/kgflesh)ofwildandfarmed(*)salmonids2.蝦青素的化學(xué)結(jié)構(gòu)及生物學(xué)性質(zhì)蝦青素是由兩個(gè)末端環(huán)和多烯烴鏈相連組成⑻。該分子卩-羥基酮環(huán)的3,3'位置具有兩個(gè)不對(duì)稱(chēng)碳原子，蝦青素不僅同其他類(lèi)胡蘿卜素一樣在分子中有很長(zhǎng)的共軛雙鍵，而且在共軛雙鍵鏈的末端還有不飽和酮基和羥基，構(gòu)成a-羥基酮，這些結(jié)構(gòu)具有比較活潑的電子效應(yīng)，極易與自由基發(fā)生反應(yīng)并清除，因此，蝦青素具有較一般類(lèi)胡蘿卜素更強(qiáng)的抗氧化性⑼。蝦青素的羥基基團(tuán)與脂肪酸反應(yīng)形成單酯，而兩個(gè)羥基集團(tuán)都與脂肪酸結(jié)合形成雙酯。自然界中，蝦青素存在幾何異構(gòu)體，立體異構(gòu)體，游離和酯化形式。立體異構(gòu)體（3S,3'S）和（R,3'R）是自然界中最豐富的。雨生紅球藻生物合成（3S,3'S）異構(gòu)體，而法夫酵母合成（3R，3'R）異構(gòu)體?；瘜W(xué)合成的蝦青素包括異構(gòu)體（3S，3'S）（3R，3'S）和（3R，3'R）。在南極磷蝦發(fā)現(xiàn)蝦青素的主要異構(gòu)體是酯化的（3R，3'R）形式，而在野生大西洋鮭魚(yú)中蝦青素以（3S,3'S）游離形式存在［io］。o圖1.蝦青素的化學(xué)結(jié)構(gòu)Figure1.Thechemicalstructureofastaxanthin蝦青素含有共軛雙鍵，羥基和酮基，所有同時(shí)具有親水和親脂性能。這種類(lèi)型的共軛雙鍵具有強(qiáng)大的抗氧化活性，在各種各樣的生物體，通過(guò)給電子和自由基反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮榉€(wěn)定的物質(zhì)，并終止自由基鏈反應(yīng)［ii］。此外，蝦青素在細(xì)胞膜的作用位點(diǎn)優(yōu)越（圖2）。因?yàn)樗梢詸M跨細(xì)胞膜內(nèi)外，多烯烴鏈?zhǔn)杷潭ㄔ诩?xì)胞膜上，蝦青素的末端環(huán)能清除自由基在細(xì)胞膜內(nèi)外的部分，而卩-類(lèi)胡蘿卜素的作用位點(diǎn)只是細(xì)胞膜的磷脂雙分子層之間，維生素C的作用位點(diǎn)在細(xì)胞膜表面，因此蝦青素比其他抗氧化物質(zhì)具有更好的生物活性12］。GHyccproteiaJlltiilbiaiLepiotemGHyccproteiaJlltiilbiaiLepiotem圖2.蝦青素在細(xì)胞膜中優(yōu)越的作用位點(diǎn)Figure2.Superiorpositionofastaxanthininthecellmembrane許多早期的研究表明，類(lèi)胡蘿卜素先轉(zhuǎn)化為維生素A才會(huì)有生物活性，所以專(zhuān)注于P-胡蘿卜素的研究。后來(lái)的研究表明，一些類(lèi)胡蘿卜素沒(méi)有維生素A的活性，但是它們的活性卻是卩-胡蘿卜素的數(shù)倍⑶。蝦青素不具有維生素A的活性，但是因?yàn)樗鼭撛诘纳锘钚?，包括抗氧化，抗癌，抗糖尿病，和抗炎活性，胃，肝，神?jīng)，心血管，眼和皮膚的保護(hù)作用等，明顯比其他類(lèi)胡蘿卜素更具有利用價(jià)值［13］。3?蝦青素的生理功能3.1抗氧化活性在維持生命體正常的生理代謝過(guò)程中,有氧代謝能夠產(chǎn)生具有很高反應(yīng)活性的氧化分子如自由基和活性氧。但是過(guò)量的氧化分子可能與細(xì)胞成分，如蛋白質(zhì)，脂類(lèi)，和脫氧核糖核酸，通過(guò)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)、脂質(zhì)過(guò)氧化和脫氧核糖核酸損傷，這與很多疾病有關(guān)14］。這些由氧化應(yīng)激導(dǎo)致的損傷反應(yīng)可以被內(nèi)源性抗氧化酶和外源性抗氧化劑抑制，如類(lèi)胡蘿卜素。給大鼠飼喂雨生紅球藻后，大鼠血漿和肝臟中抗氧化酶，過(guò)氧化氫酶，超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶和硫代巴比妥酸反應(yīng)物質(zhì)(TBARS)明顯提高。從雨生紅球藻中提取出的蝦青素飼喂兔后，避免自由基損害的保護(hù)作用最強(qiáng)，其次是卩-胡蘿卜素和葉黃素。蝦青素的抗氧化活性是葉黃素，玉米黃質(zhì)，角黃素，卩-胡蘿卜素10倍以上，a-生育酚100倍［⑸。用蝦青素作為兔的膳食補(bǔ)充劑飼喂后，其血清中的抗氧化酶活性明顯增強(qiáng)，如超氧化物歧化酶和硫氧還蛋白還原酶，而對(duì)照組血清中的對(duì)氧磷酶受到抑制。3.2抗炎功效炎癥反應(yīng)的特點(diǎn)是釋放炎癥細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子-(TNF-a),白細(xì)胞介素-1(IL-1?)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)以及炎癥介質(zhì)，包括氮氧化物(NO)和前列腺素E2(PGE2),這些炎癥因子和炎癥介質(zhì)是由誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和環(huán)氧合酶(COX)合成的。這些炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子涉及許多人類(lèi)疾病，包括類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎，哮喘，動(dòng)脈粥樣硬化，致多器官損傷的內(nèi)毒素。抗炎物質(zhì)通過(guò)抑制細(xì)胞因子和介質(zhì)的產(chǎn)生起到抗炎作用。據(jù)報(bào)道，無(wú)論是脂多糖誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞還是原代巨噬細(xì)胞中，蝦青素能抑制核因子■kB活化，從而起到抑制炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子的表達(dá)或產(chǎn)生的作用，核因子-kB對(duì)于誘導(dǎo)型一氧化氮合酶是一個(gè)重要的轉(zhuǎn)錄因子。研究表明，在脂多糖刺激下的BV2小膠質(zhì)細(xì)胞中，蝦青素可通過(guò)抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和環(huán)氧合酶-2表達(dá)，發(fā)揮其抗炎作用。蝦青素對(duì)一氧化氮產(chǎn)生的抑制作用對(duì)慢性抗發(fā)炎藥物的研制，炎癥性疾病如膿毒癥、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，動(dòng)脈粥樣硬化，炎癥性腸疾病，腦炎癥性疾病具有重要意義［16］。3.3防止氧化肝損傷RaoA［17］從綠色微藻一雨生紅球藻中提取蝦青素單體和蝦青素酯，灌喂四氯化碳（CC14）誘導(dǎo)的肝毒性大鼠，通過(guò)測(cè)量相關(guān)酶的抗氧化活性，研究它們對(duì)預(yù)防氧化肝損傷的作用。結(jié)果表明，在蝦青素處理組中，大鼠血清中谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶（SGPT）、谷草轉(zhuǎn)氨酶（SGOT）和堿性磷酸酶（ALP）水平分別下降了2、2.4和1.5倍，此外，對(duì)照組中肝的抗氧化酶，過(guò)氧化氫酶，谷胱甘肽，超氧化物歧化酶和脂質(zhì)過(guò)氧化物水平下降了30%至50%，但是蝦青素處理組中，這些酶的活性恢復(fù)到原來(lái)的136.95%至238.48%。對(duì)照組中總蛋白、白蛋白、膽紅素含量降低，而蝦青素酯處理組中恢復(fù)到正常水平。這些結(jié)果表明，蝦青素和蝦青素酯有較好的保肝和抗氧化活性，因此可用于醫(yī)藥和保健品的應(yīng)用。最近，Curek等人［18］發(fā)現(xiàn)肝缺血再灌注損傷模型給與蝦青素處理后，組織病理學(xué)細(xì)胞損傷評(píng)分顯著減少，實(shí)質(zhì)細(xì)胞的損傷，線粒體的腫脹，排列紊亂也恢復(fù)到正常。研究認(rèn)為蝦青素可以抑制蛋白質(zhì)羰基的形成和黃嘌呤脫氫酶向黃嘌呤氧化酶的轉(zhuǎn)化，從而起到保肝功能。預(yù)防心血管疾病類(lèi)胡蘿卜素被認(rèn)為有治療心血管疾病的功效，這是因?yàn)樗麄兊目寡趸匦?。?lèi)胡蘿卜素通過(guò)抑制自由基誘導(dǎo)的7-酮基膽固醇而表現(xiàn)出顯著的抗氧化活性類(lèi)胡蘿卜素的抑制作用排序是蝦青素〉角黃素〉蘆丁〉卩一胡蘿卜素。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)抑制動(dòng)脈粥樣化的形成有重要意義［19］。Iwamoto等［20］找到了在體外和體內(nèi)，脂蛋白氧化時(shí)間和蝦青素之間的劑量反應(yīng)關(guān)系，表明蝦青素可以抑制低密度脂蛋白氧化，提高脂聯(lián)素、甘油三酯和高密度脂蛋白膽固醇含量，并可能因此可以預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化。此外，Miyawaki等［21］對(duì)健康成年男性志愿者的血液運(yùn)輸時(shí)間進(jìn)行研究，來(lái)評(píng)估連續(xù)攝入蝦青素6毫克/天為期10天后，對(duì)血液流變特性的影響，血液運(yùn)輸從52.8?74.9s縮短到47.6?74.2s,表明蝦青素可以改善人類(lèi)血液的流動(dòng)性，從而起到防止心血管疾病的作用。抗癌抗氧化物通過(guò)抑制對(duì)細(xì)胞的氧化損傷起到減少誘變和致癌作用。在人類(lèi)腫瘤中缺乏細(xì)胞與細(xì)胞間通過(guò)縫隙連接的建立的信息傳遞，其恢復(fù)往往會(huì)減少腫瘤細(xì)胞的增殖。這種信息傳遞機(jī)制的產(chǎn)生是由于連接蛋白43基因編碼的連接蛋白43的增加導(dǎo)致的［22］。天然類(lèi)胡蘿卜素可以改善腫瘤細(xì)胞之間的信息傳遞，相比其他類(lèi)胡蘿卜素，蝦青素具有顯著的抗腫瘤活性，蝦青素能增強(qiáng)小鼠胚胎成纖維細(xì)胞之間的信息交流。它也能抑制纖維肉瘤、乳腺和前列腺癌細(xì)胞和胚胎成纖維細(xì)胞的生長(zhǎng)，化學(xué)誘導(dǎo)雄性/雌性大鼠和小鼠細(xì)胞死亡，細(xì)胞的增殖和乳腺腫瘤［23］。4.蝦青素的安全劑量蝦青素是安全的，沒(méi)有副作用，它是脂溶性的，可以聚集在動(dòng)物組織中。飼喂大鼠蝦青素未發(fā)現(xiàn)明顯的毒副反應(yīng)，F(xiàn)DA的蝦青素推薦劑量是4?12毫克/天［24］。最近的一項(xiàng)臨床研究表明，從雨生紅球藻中提取蝦青素，成人受試者服用蝦青素均無(wú)不良影響（6毫克/天），用高劑量（40mg/每日）治療4周，期間未發(fā)現(xiàn)任何毒副反應(yīng)［25］。5總結(jié)蝦青素對(duì)各種疾病包括癌癥、抗炎、糖尿病、心血管、肝臟、以及皮膚病的都有潛在治療功效，此外，蝦青素的安全性使其成為一種極具價(jià)值的類(lèi)胡蘿卜素。然而，進(jìn)一步的臨床研究相對(duì)較少，蝦青素的潛在價(jià)值仍有待挖掘。參考文獻(xiàn)RangaA,BaskaranV,SaradaR,RavishankarGA.Invivobioavailabilityandantioxidantactivityofcarotenoidsfrommicroalgalbiomass[J].FoodRes.Int,2013(54):711~717.YangY,KimB,LeeJY.Astaxanthinstructure,metabolism,andhealthbenefits[J].Nutr.FoodSci,2013(1003):1~11.DhankharJ,KadianSS,SharmaA.Astaxanthin:Apotentialcarotenoid[J].Int.J.Pharm.Sci.Res,2012(13):1246~1259.YuanJP,PengJ,YinK,WangJH.Potentialhealthpromotingeffectsofastaxanthin:Ahigh-valuecarotenoidmostlyfrommicroalgae[J].Mol.Nutr.FoodRes,2011(55)150~165.RaoA,RaghunathReddyRL,BaskaranV,etal.Characterizationofmicroalgalcarotenoidsbymassspectrometryandtheirbioavailabilityandantioxidantpropertieselucidatedinratmodel[J].Agric.FoodChem,2010(58):8553~8559.RaoA,SaradaR,BaskaranV,RavishankarGA.IdentificationofcarotenoidsfromgreenalgaHaematococcuspluvialisbyHPLCandLC-MS(APCI)andtheirantioxidantproperties.Microbiol.Biotechnol,2009(19):1333~1341.WangJ,HanD,SommerfeldMR.,LuC,HuQ.EffectofinitialbiomassdensityongrowthandastaxanthinproductionofHaematococcuspluvialisinanoutdoorphotobioreactor[J].Appl.Phycol.2013(25):253~260.⑻李兆華，劉鵬.蝦青素的功能及應(yīng)用進(jìn)展[J].食品與藥品,2005,7(9):17?20.HusseinG,SankawaU,GotoH,etal.Astaxanthin,acarotenoidwithpotentialinhumanhealthandnutrition[J].Nat.Pro,2006(69):443?449.NaguibYMA.Antioxidantactivitiesofastaxanthinandrelatedcarotenoids[J].J.Agric.FoodChem,2000(48):1150?1154.王菊芳，吳振強(qiáng)，梁世中.蝦青素的生理功能及其應(yīng)用[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2010,26(2):66?69.YamashitaE.Astaxanthinasamedicalfood[J].Funct.FoodsHealthDis，2013(3):254?258.DhankharJ，KadianSS，SharmaA.Astaxanthin:Apotentialcarotenoid[J].Int.J.Pharm.Sci.Res，2012(3):1246?1259.AmbatiRR，PhangSM，etal.Sources，Extraction，Stability，BiologicalActivitiesandItsCommercialApplications[J].Mar.Drugs,2014(12):128?152.ParkJS，ChyunJH，KimYK，etal.Astaxanthindecreasedoxidativestressandinflammationandenhancedimmuneresponseinhumans[J].Nutr.Metab.2010(12):1?9.stNishidaY，YamashitaE，MikiW.Resultspresentedatthe21annualMeetingonCarotenoidResearchheldatOsaka，JapanonSeptember6&7，2007.SeonJL，KyungB，KwangSL.AstaxanthinInhibitsNitricOxideProductionandInflammatoryGeneExpressionbySuppressingIkBKinase-dependenNF-kBActivation[J].MoleculesandCellsMol.Cells，2013，16(1):97?105.RaoA，SaradaA，ShylajaMD，etal.Evaluationofhepatoprotectiveandantioxidantactivityofastaxanthinandastaxanthinestersfrommicroalga-Haematococcuspluvialis[J].FoodSciTechnol2015，52(10):6703?6710.CurekGD，CortA，YucelG，DemirN，etal.Effectofastaxanthinonhepatocellularinjuryfollowingischemiareperfusion[J].Toxicology，2010(267):147?153.PalozzaP,BaroneE,MancusoC,PicciN.Theprotectiveroleofcarotenoidsagainst7-keto-cholesterolformationinsolution[J].Mol.Cell.Biochem,2008(309):61~68.IwamotoT,HosodaK,HiranoR,KurataH,etal.Inhibitionoflow-densitylipoproteinoxidationbyastaxanthin[J].Atheroscler.Thromb,2000(7):216222.MiyawakiH,TakahashiJ,TsukaharaH,TakeharaI.Effectsofastax