虾青素与人类健康

中国农业大学硕、博士研究生课程考试课程论文报告课程编码：73062122课程名称：食品营养专题任课教师：景浩范志红开课学院：食品学院学生学号：SY20153060311学生姓名：段伟提交时间：2015年12月21日评阅意见（评阅教师需要撰写不少于50字的评阅意见，并在课程论文上做扣分标注）课程成绩阅卷人4040虾青素的营养和功能特性研究进展摘要：虾青素是属于类胡萝卜素，对人类健康具有很大的潜力和应用价值，本文综述了虾青素的来源，化学结构及性质，生物活性，并总结了虾青素对多种疾病预防的研究进展。关键词：虾青素，性质，生理功能AdvancesinnutritionalandfunctionalpropertiesofastaxanthinAbstract：Astaxanthinbelongstocarotenoid,hasgreatpotentialandapplicationvalueforhumanhealth.Thesource,chemicalstructureandpropertiesandbiologicalactivityofastaxanthin,werereviewedinthispaper.Moreover,theresearchprogressofvariousdiseasespreventionofastaxanthinwassummarized.Keyword:Astaxanthin,Properties,Biologicalactivity虾青素(Astaxanthin)是一种氧化型的类胡萝卜素，即类胡萝卜素的含氧衍生物，属于叶黄素家族，化学名称为3,3'—二羟基一4,4'—二酮基一卩，卩一胡萝卜素，分子式为C40H52O4［1］o虾青素在自然界中普遍存在，特别是在海洋环境中，赋予许多海洋动物肉身鲜艳的红色、粉红色，如鲑鱼，龙虾，对虾［2］。虾青素由微藻和浮游植物合成，浮游动物、甲壳类动物和鱼类通过食物链逐层积累虾青素［3］。虾青素应用广泛，作为一种食品着色剂，天然饲料添加剂应用于家禽和水产养殖，特别是作为养殖鲑鱼，鳟鱼和虾的饲料。虾青素特殊的化学结构赋予了其比其他类胡萝卜素更高的抗氧化活性，因此，虾青素在人类健康和营养具有相当大的潜力和前途［4］。很多文献总结了虾青素及酯的生物学活性，虾青素作为一种营养补充剂，保健品和药品在不断迅速发展。本文综述了虾青素的来源，化学结构及性质，生物活性，并总结了对多种疾病预防的研究进展。1.虾青素的自然分布虾青素的天然来源是藻类，酵母，鲑鱼，鳟鱼，磷虾，虾和小龙虾等。虾青素的微生物来源见表。商业虾青素主要通过红法夫酵母，雨生红球藻发酵和化学合成获得，雨生红球藻是天然虾青素的最佳来源［5］。虾青素的动物来源及含量如图所示。野生鲑鱼中，野生大麻哈鱼中的虾青素含量最高，可达26-38毫克/千克。大西洋鮭鱼中的虾青素含量为6〜8毫克/千克［6］。虾，蟹和鲑鱼可以作为食物来源的虾青素，野生鲑鱼是虾青素良好来源，每天摄取165克的鲑鱼就可以获得3.6毫克的虾青素，此剂量就可以达到有利于身体健康的目的［7］。来源虾青素在干重中含量(％)绿藻纲雨生红球藻3.8绿球藻0.2小球藻0.001石莼纲肠浒苔0.02银耳纲红发夫酵母0.5表1.虾青素的微生物来源Table1.Microorganismsourcesofastaxanthin.野生和饲养鮭鱼表2.野生和饲养(*)鮭鱼中虾青素含量(mg/kg)Table2.Astaxanthinlevels(mg/kgflesh)ofwildandfarmed(*)salmonids2.虾青素的化学结构及生物学性质虾青素是由两个末端环和多烯烃链相连组成⑻。该分子卩-羟基酮环的3,3'位置具有两个不对称碳原子，虾青素不仅同其他类胡萝卜素一样在分子中有很长的共轭双键，而且在共轭双键链的末端还有不饱和酮基和羟基，构成a-羟基酮，这些结构具有比较活泼的电子效应，极易与自由基发生反应并清除，因此，虾青素具有较一般类胡萝卜素更强的抗氧化性⑼。虾青素的羟基基团与脂肪酸反应形成单酯，而两个羟基集团都与脂肪酸结合形成双酯。自然界中，虾青素存在几何异构体，立体异构体，游离和酯化形式。立体异构体（3S,3'S）和（R,3'R）是自然界中最丰富的。雨生红球藻生物合成（3S,3'S）异构体，而法夫酵母合成（3R，3'R）异构体。化学合成的虾青素包括异构体（3S，3'S）（3R，3'S）和（3R，3'R）。在南极磷虾发现虾青素的主要异构体是酯化的（3R，3'R）形式，而在野生大西洋鮭鱼中虾青素以（3S,3'S）游离形式存在［io］。o图1.虾青素的化学结构Figure1.Thechemicalstructureofastaxanthin虾青素含有共轭双键，羟基和酮基，所有同时具有亲水和亲脂性能。这种类型的共轭双键具有强大的抗氧化活性，在各种各样的生物体，通过给电子和自由基反应转变为更为稳定的物质，并终止自由基链反应［ii］。此外，虾青素在细胞膜的作用位点优越（图2）。因为它可以横跨细胞膜内外，多烯烃链疏水基固定在细胞膜上，虾青素的末端环能清除自由基在细胞膜内外的部分，而卩-类胡萝卜素的作用位点只是细胞膜的磷脂双分子层之间，维生素C的作用位点在细胞膜表面，因此虾青素比其他抗氧化物质具有更好的生物活性12］。GHyccproteiaJlltiilbiaiLepiotemGHyccproteiaJlltiilbiaiLepiotem图2.虾青素在细胞膜中优越的作用位点Figure2.Superiorpositionofastaxanthininthecellmembrane许多早期的研究表明，类胡萝卜素先转化为维生素A才会有生物活性，所以专注于P-胡萝卜素的研究。后来的研究表明，一些类胡萝卜素没有维生素A的活性，但是它们的活性却是卩-胡萝卜素的数倍⑶。虾青素不具有维生素A的活性，但是因为它潜在的生物活性，包括抗氧化，抗癌，抗糖尿病，和抗炎活性，胃，肝，神经，心血管，眼和皮肤的保护作用等，明显比其他类胡萝卜素更具有利用价值［13］。3•虾青素的生理功能3.1抗氧化活性在维持生命体正常的生理代谢过程中,有氧代谢能够产生具有很高反应活性的氧化分子如自由基和活性氧。但是过量的氧化分子可能与细胞成分，如蛋白质，脂类，和脱氧核糖核酸，通过链式反应，导致蛋白质、脂质过氧化和脱氧核糖核酸损伤，这与很多疾病有关14］。这些由氧化应激导致的损伤反应可以被内源性抗氧化酶和外源性抗氧化剂抑制，如类胡萝卜素。给大鼠饲喂雨生红球藻后，大鼠血浆和肝脏中抗氧化酶，过氧化氢酶，超氧化物歧化酶、过氧化物酶和硫代巴比妥酸反应物质(TBARS)明显提高。从雨生红球藻中提取出的虾青素饲喂兔后，避免自由基损害的保护作用最强，其次是卩-胡萝卜素和叶黄素。虾青素的抗氧化活性是叶黄素，玉米黄质，角黄素，卩-胡萝卜素10倍以上，a-生育酚100倍［⑸。用虾青素作为兔的膳食补充剂饲喂后，其血清中的抗氧化酶活性明显增强，如超氧化物歧化酶和硫氧还蛋白还原酶，而对照组血清中的对氧磷酶受到抑制。3.2抗炎功效炎症反应的特点是释放炎症细胞因子如肿瘤坏死因子-(TNF-a),白细胞介素-1(IL-1®)、白细胞介素-6(IL-6)以及炎症介质，包括氮氧化物(NO)和前列腺素E2(PGE2),这些炎症因子和炎症介质是由诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧合酶(COX)合成的。这些炎症介质和细胞因子涉及许多人类疾病，包括类风湿关节炎，哮喘，动脉粥样硬化，致多器官损伤的内毒素。抗炎物质通过抑制细胞因子和介质的产生起到抗炎作用。据报道，无论是脂多糖诱导的RAW264.7细胞还是原代巨噬细胞中，虾青素能抑制核因子■kB活化，从而起到抑制炎症介质和细胞因子的表达或产生的作用，核因子-kB对于诱导型一氧化氮合酶是一个重要的转录因子。研究表明，在脂多糖刺激下的BV2小胶质细胞中，虾青素可通过抑制诱导型一氧化氮合酶和环氧合酶-2表达，发挥其抗炎作用。虾青素对一氧化氮产生的抑制作用对慢性抗发炎药物的研制，炎症性疾病如脓毒症、类风湿性关节炎，动脉粥样硬化，炎症性肠疾病，脑炎症性疾病具有重要意义［16］。3.3防止氧化肝损伤RaoA［17］从绿色微藻一雨生红球藻中提取虾青素单体和虾青素酯，灌喂四氯化碳（CC14）诱导的肝毒性大鼠，通过测量相关酶的抗氧化活性，研究它们对预防氧化肝损伤的作用。结果表明，在虾青素处理组中，大鼠血清中谷氨酸转氨酶（SGPT）、谷草转氨酶（SGOT）和碱性磷酸酶（ALP）水平分别下降了2、2.4和1.5倍，此外，对照组中肝的抗氧化酶，过氧化氢酶，谷胱甘肽，超氧化物歧化酶和脂质过氧化物水平下降了30%至50%，但是虾青素处理组中，这些酶的活性恢复到原来的136.95%至238.48%。对照组中总蛋白、白蛋白、胆红素含量降低，而虾青素酯处理组中恢复到正常水平。这些结果表明，虾青素和虾青素酯有较好的保肝和抗氧化活性，因此可用于医药和保健品的应用。最近，Curek等人［18］发现肝缺血再灌注损伤模型给与虾青素处理后，组织病理学细胞损伤评分显著减少，实质细胞的损伤，线粒体的肿胀，排列紊乱也恢复到正常。研究认为虾青素可以抑制蛋白质羰基的形成和黄嘌呤脱氢酶向黄嘌呤氧化酶的转化，从而起到保肝功能。预防心血管疾病类胡萝卜素被认为有治疗心血管疾病的功效，这是因为他们的抗氧化特性。类胡萝卜素通过抑制自由基诱导的7-酮基胆固醇而表现出显著的抗氧化活性类胡萝卜素的抑制作用排序是虾青素〉角黄素〉芦丁〉卩一胡萝卜素。这一发现对抑制动脉粥样化的形成有重要意义［19］。Iwamoto等［20］找到了在体外和体内，脂蛋白氧化时间和虾青素之间的剂量反应关系，表明虾青素可以抑制低密度脂蛋白氧化，提高脂联素、甘油三酯和高密度脂蛋白胆固醇含量，并可能因此可以预防动脉粥样硬化。此外，Miyawaki等［21］对健康成年男性志愿者的血液运输时间进行研究，来评估连续摄入虾青素6毫克/天为期10天后，对血液流变特性的影响，血液运输从52.8〜74.9s缩短到47.6〜74.2s,表明虾青素可以改善人类血液的流动性，从而起到防止心血管疾病的作用。抗癌抗氧化物通过抑制对细胞的氧化损伤起到减少诱变和致癌作用。在人类肿瘤中缺乏细胞与细胞间通过缝隙连接的建立的信息传递，其恢复往往会减少肿瘤细胞的增殖。这种信息传递机制的产生是由于连接蛋白43基因编码的连接蛋白43的增加导致的［22］。天然类胡萝卜素可以改善肿瘤细胞之间的信息传递，相比其他类胡萝卜素，虾青素具有显著的抗肿瘤活性，虾青素能增强小鼠胚胎成纤维细胞之间的信息交流。它也能抑制纤维肉瘤、乳腺和前列腺癌细胞和胚胎成纤维细胞的生长，化学诱导雄性/雌性大鼠和小鼠细胞死亡，细胞的增殖和乳腺肿瘤［23］。4.虾青素的安全剂量虾青素是安全的，没有副作用，它是脂溶性的，可以聚集在动物组织中。饲喂大鼠虾青素未发现明显的毒副反应，FDA的虾青素推荐剂量是4〜12毫克/天［24］。最近的一项临床研究表明，从雨生红球藻中提取虾青素，成人受试者服用虾青素均无不良影响（6毫克/天），用高剂量（40mg/每日）治疗4周，期间未发现任何毒副反应［25］。5总结虾青素对各种疾病包括癌症、抗炎、糖尿病、心血管、肝脏、以及皮肤病的都有潜在治疗功效，此外，虾青素的安全性使其成为一种极具价值的类胡萝卜素。然而，进一步的临床研究相对较少，虾青素的潜在价值仍有待挖掘。参考文献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.Dhankhar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