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天然虾青素的生物保健功能及安全性概述

发布日期:2016-04-20

天然虾青素的生物保健功能及安全性概述

   付佳(12)   综述     杨月欣(1) ,张立实(2)  审校

             (1,中国疾病预防控制中心营养与食品安全所,北京 100050

           2,四川大学华西分校卫生学院营养与食品卫生系,四川成都610044)

摘要:虾青素(又名超级维生素E)是一种从虾蟹外壳、牡蛎、鲑鱼及藻类、真菌中发现的红色类胡萝卜素,具有极强的抗氧化活性,它能够有效地清除体内的自由基和活性氧,在疾病预防和治疗中起着重要作用。本文就虾青素(超级维生素E)在光保护、抑制肿瘤、抗炎、缓解疲劳、增强免疫、预防心血管疾病等方面的功能作用,以及其使用安全性方面进行了概述,并简单介绍了雨生红球藻虾青素的应用现状。

关键词:虾青素;雨生红球藻;安全性;生物保健作用

中图分类号: R151.3Q562  文献标识码 A   文章编号: 1001-1226(2007)06-0382-05

        青素(Astaxanthin)又称“虾黄素、超级维生素E”,是一种从虾蟹外壳、牡蛎、鲑鱼及藻类、真菌中发现的红色类胡萝卜素。近年来已有研究表明,天然虾青素有较强的抗氧化活性,具有清除自由基、保护血管、降低胆固醇、护肤、保护视力、保护神经系统、预防老年痴呆、缓解关节疼痛等多方面的营养保健作用。虾青素(又名超级维生素E)作为人类的高级保健食品、药品,和水产动物、蛋禽、家畜的饲料添加剂有着非常广阔的市场。

 1 虾青素(超级维生素E)的理化性质及来源比较

11 结构与性质

        虾青素是类胡萝卜素的含氧衍生物,属于酮式类胡萝卜素,全称为33-二羟基-44-二酮基-β,β'-胡萝卜素,分子式为C40H52O4。虾青素难溶于水,易溶于氯仿、丙酮、苯和二硫化碳等有机溶剂。其结构如图1所示:

                           虾青素的分子结构

                                         1 虾青素分子结构

I2 不同来源虾青素的比较

目前,虾青素(又名超级维生素E)的生产主要有人工合成和从生物中获取两种方式。天然虾青素的来源主要有3种:水产品的废弃物(虾蟹等甲壳类)、红发夫酵母(Phaffia rhodozyma)和微藻(雨生红球藻)。人工合成虾青素比较困难,同天然虾青素相比,两者在结构、生理功能、应用效果等方面都存在显著差异。

结构方面,天然虾青素主要是3S3S(左旋)构象,而人工合成的虾青素为3种构型的混合物,且以3R3S(消旋)为主。另外,人工合成的虾青素在动物体内无法转化为天然构型。在生理功能方面,天然虾青素的稳定性和抗氧化活性明显高于人工合成的虾青素。在应用效果上,天然虾青素的生物吸收效果及着色性也优于人工合成的虾青素。

 2 天然虾青素的生物保健功能

与β-类胡萝卜素、玉米黄素等类胡萝卜素相比,天然虾青素有其独特的优势,它的抗氧化能力较强,是维生素E550倍,是β-类胡萝卜素等的l0倍,能更有效地阻止不饱和脂肪酸过氧化。另外,它还可以穿过细胞膜和血脑屏障,直接与肌肉组织结合。因此它对眼和大脑的抗氧化保护优势非常明显。天然虾青素的生物保健作用主要表现在以下几方面:

21 眼和中枢神经系统的保护作用

人类视网膜和中枢神经系统富含不饱和脂肪酸,因此,氧化产生的自由基很容易使其发生过氧化损伤。有研究表明,虾青素(超级维生素E)可以通过血脑屏障和细胞膜,能有效地防止视网膜的氧化和感光细胞的损伤,以及对中枢神经系统尤其是对大脑起到保护作用,从而有效治疗缺血-再灌注损伤、脊髓损伤、帕金森综合征、Alzheimer综合征等中枢神经系统损伤。

22 防紫外线辐射

众所周知,紫外线辐射是导致表皮光老化和皮肤癌的重要原因。研究表明,虾青素对谷氨酰胺转胺酶(transglutaminase)具有特殊作用,能够在皮肤受光照时消耗腐胺,口服虾青素对腐胺积累的抑制作用比口服维生素A更强。因此,虾青素(超级维生素E)的强抗氧化性可能使它成为潜在的光保护剂,有效清除引起皮肤老化的自由基,保护细胞膜和线粒体膜免受氧化损伤,用于阻止皮肤光老化。

23 抑制肿瘤

Tanaka等的研究表明,给实验大鼠和小鼠饲喂虾青素100500mgkg,能显著抑制化学物诱导的初期癌变,对暴露于致癌物质中的上皮细胞具有抗增殖作用和强化免疫功能的作用,而且这种效应存在剂量-效应关系。与对照组相比,高剂量组(500mgkg)的肿瘤发生率和肿瘤大小明显低于对照组和低剂量组。因此推测虾青素具有显著的抗癌特性。虾青素(又名超级维生素E)还能诱导肝脏中的转移酶,显著抑制小鼠膀胱癌、大鼠口腔癌和结肠癌、胃癌,其作用效果要比β-胡萝卜素更为明显。另外,虾青素(超级维生素E)还能预防黄曲霉毒素的致癌性,对减少黄曲霉毒素诱导的肝肿瘤细胞的数量和体积效果良好。

最近,科研人员提出了虾青素的抗癌机制,认为它与细胞膜的稳定性和蛋白质基因表达有关,通过改变膜稳定性和基因表达数量来调节细胞间通讯,从而提高细胞间的平衡能力,维持细胞的正常功能。

24 抗炎抗感染特性

关节疼痛和关节炎通常是自由基导致的氧化损伤所致。虾青素较强的抗氧化特性有助于抑制自由基,减少其对关节的氧化损害。已有研究表明,给小鼠饲喂富含虾青素的雨生红球藻粉,能够激活T淋巴细胞的应答,从而降低幽门螺杆菌对胃的附着和感染。Mara公司研究了红球藻虾青素产品(astafactor)对人类健康的影响,并与其它26种著名的抗炎药物进行比较 ,结果显示:服用虾青素(超级维生素E)患者的健康状况提高了85 ,虾青素与92%的抗炎药物有同等的效果或效果更佳。

25 缓解运动疲劳。增强机体能量代谢

当机体运动时肌肉会释放自由基,这些自由基若不被抗氧化剂及时处理,就会产生氧化压力,致使肌肉酸痛或肌肉组织的损伤。研究表明,虾青素(超级维生素E)可以作为一种抗氧化剂抑制自由基对机体的氧化损害作用。另外,口服虾青素还可以强化需氧代谢,增加肌肉力量和肌肉耐受力,迅速缓解运动疲劳,减轻剧烈运动后产生的迟发性肌肉疼痛。

26 增强免疫力

虾青素能显著影响动物的免疫功能,在有抗原存在时,能明显促进脾细胞产生抗体的能力,增强T细胞的作用,刺激体内免疫球蛋白的产生。虾青素还能够部分恢复年老小鼠的体液免疫系统,其中可使小鼠体内的IgMIgAIgG分别都增加至10molL,表明在抗原入侵初期,它能增强特异性体液免疫反应。另外,虾青素还可以增强小鼠释放白细胞介素-Iα和肿瘤坏死因子α的能力,其作用比β-胡萝卜素和角黄素强得多。由此认为,虾青素(超级维生素E)有很强的诱导细胞分裂的活性,具有重要的免疫调节作用,有利于预防各种类型的流行性感冒。

27 预防心血管疾病

动脉硬化及相关心血管疾病的临床研究表明,低密度脂蛋白(LDL)的氧化是导致动脉硬化的重要原因。人体中LDL浓度越高,加之血小板沉积使血管变细阻碍血流速度,人体患动脉硬化的风险就越大。而血液中高密度脂蛋白(HDL)则有相反的作用,它可以阻止动脉硬化的发生。在人体血液中,虾青素由极低密度脂蛋白(VLDL)LDLHDL携带。体外和临床试验证明每人口服36mgd虾青素,连续2周,能预防LDL的氧化。另外,有动物研究表明,虾青素在体内具有显著升高HDL和降LDL的功效,其中HDL可由原来的497±36mgdL增加至665±51mgdL,因此推测虾青素(超级维生素E)能减轻载脂蛋白的氧化,可用来预防动脉硬化、冠心病和缺血性脑损伤。

 3 虾青素(超级维生素E)的作用机制

虾青素最重要的特性在于它的超强抗氧化性。正常情况下,体内的氧化反应受到良好的调节和控制。但当这种调节被破坏,机体内产生过多自由基时,就会发生过氧化反应,导致氨基酸的氧化、蛋白质的降解以及DNA的损伤等多种细胞损害,最终引起蛋白质变性,使机体免疫力降低,甚至破坏核酸的结构而引起代谢异常等。

虾青素分子不仅同其他类胡萝卜素一样在分子中有共轭双键,而且在共轭双键链的末端还有不饱和酮基和羟基,构成α-羟基酮。这些结构都具有比较活泼的电子效应,使它非常容易与自由基反应,进而清除自由基,达到抗氧化作用和保护人体健康的目的。在雨生红球藻活细胞内,虾青素(超级维生素E)作为光保护剂和强抗氧化剂,能够淬灭由强光和过度氧化产生的多种活性氧,防止活性氧对细胞的损伤。

 4 天然虾青素的应用现状

41 作为人类的高级营养保健食品和药品

随着虾青素(超级维生素E)生物功能研究和药理药效试验的逐步深入,目前,国际上已经利用虾青素开发人类的高级营养保健品、药品和化妆品,其产品定位主要在调节免疫系统功能、防癌、保护视网膜免受紫外线辐射和光氧化损伤、抗炎、预防LDL的氧化损害等方面。其中,美国Cyanotech公司推出了缓解运动疲劳的虾青素产品;Aquasearch公司也推出了有益关节和保护心脑血管的产品;夏威夷生物科技公司也正在开发治疗心肌梗塞的药物;日本也开发出两种皮肤外用制剂,以及含有虾青素的眼保护制剂和饮料。

42 作为水产养殖业的饲料添加剂

水产养殖业始终是虾青素(超级维生素E)最大的市场。目前越来越多的证据证实,虾青素还是水产动物必需的功能成分,对它们的正常生长和健康养殖、提高存活率和繁殖率具有极为重要的作用。另外,虾青素还可作为天然激素促进鱼卵受精,减少胚胎的死亡率,促进个体生长,增加成熟速度和生殖力。

43 作为蛋禽和家畜的饲料添加剂

在家禽饲料中添加虾青素(超级维生素E),可使鸡蛋蛋黄色素含量增加。同时它也可以提高家禽的产蛋率。虾青素还具有活性免疫因子的作用,可提高动物的免疫力,降低传染病的发生。有研究表明,雨生红球藻粉中的酯化虾青素是一些药物配方中的首选成分,可预防和治疗马的肌肉机能障碍、奶牛的乳腺炎和幽门螺杆菌引起的胃肠道炎症。

 5 天然虾青素的安全性

人类日常食用的天然虾蟹、鱼类等水生动物中皆含有丰富的虾青素,虾青素对人类和水生动物是安全的。对虾青素的毒性和生物安全性也进行了大量动物试验和人体研究。

51 毒性研究

511 人体试验

已有研究表明,在2周的实验期内,将l3名健康成人分为高、中、低3个剂量组每天给予虾青素。最高剂量为144mgd,经检验,不仅无任何致病作用,而且随着虾青素剂量的增加,血清中LDL的氧化速率明显降低。Chews等的双盲安慰剂对照研究表明,受试者在服用虾青素6mgd连续8周后,经免疫功能测试并未发现有任何不良反应,表明虾青素(超级维生素E)补充剂对人体可能不会造成损害。

512 动物试验

Miki等报道,在虾青素含量高达l04-180mgg的雨生红球藻粉的口服剂量下,雌、雄小鼠未发现死亡和异常现象。还有研究表明,以400μgg的剂量饲喂大鼠虾青素 4l天,未发现任何有害作用。

Cyanotech公司的一项研究中,经口给予SD大鼠含有反式-虾青素待测物13周,经过详细检测动物的体重、皮肤颜色、眼等,以及血和尿样分析,结果表明,大鼠能耐受膳食水平为200gkg剂量范围的虾青素。

52 致突变试验和致畸试验

Ames试验中,受试物虾青素的浓度为00350毫克/平板,结果未显示任何致突变作用;分别给予小鼠50010002000mgkg剂量的虾青素,研究其致突变性,结果同样显示虾青素并未造成小鼠染色体的破坏和着丝点的断裂。另外,兔的胚胎毒性研究中,每天给予动物100400mgkg剂量的虾青素,分析其毒性,结果显示:孕兔的反应和胎兔的身体发育及畸形情况,对照组和实验组没有明显差异。

53 膳食安全摄入量

人体研究表明,单剂量摄取100mg膳食虾青素未发现任何不良反应,而且虾青素的吸收模式与其他类胡萝卜素相似,它容易被吸收且容易被各种脂蛋白运输。但是,虾青素不像其它类胡萝卜素如β-胡萝卜素,它没有维生素A原的活性,所以它发生维生素A中毒的危险非常低。

基于已公布的数据,以及可以得到的动物毒性试验的数据,可以推断:成人每天服用5mg虾青素(超级维生素E)是非常安全的。

 6 结语

天然虾青素具有强烈的抗氧化活性,被称为“超级维生素E”、“超级抗氧化剂”。大量研究证明天然虾青素在人体中具有潜在的生理调节功效,由于这些独特的性质使它具有较高的应用价值和巨大的市场潜力。近10年,人们纷纷把目光投向了虾青素的生产。而雨生红球藻,作为自然界中生产天然虾青素的最好的生物原料,已引起国内外相关领域的普遍关注,其培育和开发技术日臻完善。

天然虾青素的大量人体试验和动物试验已经证明它是一种非常安全的类胡萝卜素。在日本,天然虾青素也已用于食品和动物饲料,美国FDA、欧盟、加拿大食品监察局也已批准它作为鲑鱼类的饲料添加剂。由于它有多种生物功效,在营养和医药中的应用具有广阔的发展前景。

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