浏览过的商品

虾青素的抗氧化性及其在营养和医药应用方面的研究

发布日期:2016-04-20

张晓丽1.2,刘建国1.*

 (1.中国科学院海洋研究所海洋生物技术研究与发展中心,山东 青岛26607, 2.中国科学院研究生院,北京100039)

     要:虾青素(又名超级维生素E)是类胡萝卜素的含氧衍生物,具有极强的抗氧化活性,能够有效地清除体内的活性氧,在疾病预防和治疗中起着重要作用。本文就虾青素的抗氧化性及其在防癌、抗炎、光保护、增强免疫、延缓衰老等健康和营养方而的作用进行了概括论述,比较了人工合成的虾青素和各种天然虾青素在功能、生物效价和安全性等方面的差异,说明雨生红球藻虾青素在营养和保健品中具有不可替代的应用价值,最后对天然虾青素(超级维生素E)在营养和医药中的应用前景进行了展望。

:虾青素;雨生红球藻;抗氧化;活性氧

虾青素(Astaxanthin)(又名超级维生素E),是类胡萝卜素的含氧衍生物,能有效地淬灭活性氧,具有较高营养和药用价值。二十世纪三十年代虾青素就从虾、蟹的壳中分离出来,其生理功能到八十年代才引起广泛的重视。此后许多学者通过动物和临床实验证明虾青素有抑制肿瘤发生、增强免疫功能、预防心血管疾病等多方面的生理功能,具有广阔的应用前景。

  雨生红球藻是自然界中虾青素含量最丰富的生物,其虾青素含量可达干重的3. 0% ,甚至更高,被誉为天然虾青素的“浓缩品”。而且雨生红球藻虾青素无论在功能还是安全性等方面都具有其它来源的虾青素无法比拟的优势。因此雨生红球藻被认为是天然虾青素最好的生物来源。

  国内外学者对天然虾青素的抗氧化性及其在人体中的潜在作用进行了大量的研究。本文结合近年来国内外该领域的研究进展,综合论述了虾青素在食品和医药方面的研究和应用现状,进一步阐明作者的某些看法和对以后工作的展望,为虾青素(超级维生素E)在营养和医药方面的应用研究提供一定的建议和理论依据。

虾青素(超级维生素E)的抗氧化作用

11 结构、性质及分布

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3 3’–二羚基–4 4 –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虾青素的结构

             Fig.1  The structure of astaxanthin

12 抗氧化作用

  生物氧化反应是生物体内每个细胞的基本生理生化过程,在维持正常新陈代谢上非常重要。生物氧化过程将产生氧自由基和H2O2等活性氧,但过量的活性氧就会导致氧化损伤。活性氧具有高度不稳定性,会导致氨基酸的氧化、蛋白质的降解和DNA的损伤等多种细胞伤害。氧自由基还会攻击细胞膜上的不饱和脂肪酸,氧化的脂肪酸能通过链式反应产生更多的脂肪酸自由基。过多自由基的存在打破了生物体内自由基和抗氧化剂的平衡,成为导致风湿性关节炎、心脏病、帕金森综合症、多种癌症和体克的重要因素。

  通常,膳食中的抗氧化剂对很多种疾病的预防都有所帮助,类胡萝卜素及其衍生物就是有效的生物抗氧化剂,它们能通过长链的共扼烯烃结构将单线态氧的活跃能吸收,从而阻止单线态氧对其它分子或组织造成氧化伤害;也能阻断由不饱和脂肪酸降解而引发的自由基连锁反应,从而降低或防止自由基的生成。

虾青素(又名超级维生素E)是一种链断裂型抗氧化剂,具有极强的抗氧化作用。Lee等比较了共扼双键数不同的叶黄素、玉米黄质、番茄红素、异玉米黄素和虾青素5种类胡萝卜素及其衍生物在豆油光氧化作用中淬灭口活性氧的作用,发现此作用随共扼双键的增加而增加,并以虾青素的作用为最强。 Miki以含亚铁离子的血红素蛋白作为自由基产生者,亚油酸为接受者,用硫代巴比妥酸法检测各受试类胡萝卜素及其衍生物和α-生育酚(VE)清除自由基的半数效应剂量ED50(见表1)。研究发现清除自由基的能力虾青素最强,并且认为类胡萝卜素及其衍生物中'羚基和酮基的存在与数目对清除自由基的作用非常重要。以大鼠红细胞膜和肝线粒体进行的实验同样得到了类似的结论。虾青素的抗氧化性能较α-生育酚强百倍以上,因此有“超级VE”之称。刘子贻等在研究中比较了虾壳中提取的虾青素和α-生育酚对防止小鼠肝匀浆产生过氧化作用的结果表明,虾青素的抗氧化作用较α-生育酚强千倍以上。虾青素(超级维生素E)也能有效地防止磷脂和其它脂类的过氧化。

             虾青素清除自由基的ED50值

虾青素(超级维生素E)与健康   

2.1 防治癌症

  Nishino通过对天然类胡萝卜素及其衍生物抗癌作用的研究,发现虾青素具有较强的抗癌作用。Cradelet等人研究了虾青素等类胡萝卜素对黄曲霉素B1(AFB1)引发的肝致癌作用的影响:给大鼠饲喂β-胡萝卜素、番茄红素(300mg/kg)以及过量的VA,腹腔注射AFB1,同时也注射3-甲基胆葱(6 ×20mg/kg bw),结果发现虾青素、β-胡萝卜素及3-甲基胆葱在降低肝癌病灶的数目和大小方面效果显著,而番茄红素和过量的VA则无效。这是因为虾青素等对体内的AFB诱导的DNA的单链断裂有降低的作用,减少AFB1和肝DNA及血浆白蛋白的结合,同时促进体外AFB1代谢为另一种毒性较弱的黄曲霉毒素M1。给由二乙基亚硝胺(DEN)或α-硝基丙烷引发肺肿瘤的大鼠饲喂34w的虾青素,可显著降低肺肿瘤病灶的大小与数目。

  用虾青素饲喂实验大鼠和小鼠,能够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癌细胞增殖和强化免疫功能的作用,而且存在着剂量效应。给小鼠饲喂致癌剂同时补充虾青素较对照组的各种口腔癌的发生率要低得多,虾青素组的结肠癌的发生率也显著降低(p < 0. 01)。膳食中补充虾青素能抑制乳房瘤的增长,其抑制率超过50%,从而极大地降低了乳房癌的发病率,这种功能较β-胡萝卜素和角黄素都要强。前列腺增大主要是由5-α- 还原酶引起的,虾青素能够有效地抑制该酶的活性,因此补充虾青素被视为防止前列腺增生和前列腺癌的有效途径。虾青素(超级维生素E)的抗癌活性与其诱导细胞间隙连接通讯(Cell gap junction communication)密切相关,细胞间隙连接通讯对细胞的正常增殖分化及组织自身稳定起着重要调节作用。目前,细胞间隙连接通讯功能的抑制或破坏被认为是促癌变阶段的重要机制。

22 增强免疫作用

  Jyonouchi等研究了虾青素和类胡萝卜素对小鼠淋巴细胞体外组织培养系统的免疫调节效应,结果表明类胡萝卜素及其衍生物的免疫调节作用与有无VA活性无关,虾青素表现出更强的作用。体外实验表明,虾青素可显著促进小鼠脾细胞对胸腺依赖抗原(TD-Ag)反应中抗体的产生,提高依赖于T专一抗原的体液免疫反应。人体血细胞的体外研究中也发现虾青素和类胡萝卜素均显著促进TD-Ag刺激时的抗体产生,分泌IgGIgM的细胞数增加。1991Jyonouchi等使用来自成年志愿者和足月新生婴儿(脐带血)的血液样品,研究虾青素对由外周血液单核细胞在体外产生免疫球蛋白的影响,该研究结果显示了虾青素(又名超级维生素E)能提高人体免疫球蛋白的产生,有利于预防各种类型的流行性感冒。

23 光保护作用

  一旦暴露于强光尤其是紫外光下,细胞膜和组织就会产生单线态氧、自由基和光氧化的伤害。自然界中类胡萝卜素在抵御紫外光氧化中起着重要作用,经受阳光直射的组织中能够检测到类胡萝卜素的存在。与β-胡萝卜素和叶黄素相比,虾青素能更有效地防止脂类的紫外光氧化。眼睛和皮肤的紫外光伤害已引起了广泛的重视,因此虾青素(又名超级维生素E)的紫外保护特性对于维护眼睛和皮肤的健康起着重要作用。

  引起视觉伤害甚至失明的主要疾病为年龄相关视黄斑退化(AMD)和老年白内障,这两种疾病都与眼睛内部光氧化过程有关。流行病学的研究表明,氧化作用增加了AMD的危险性。膳食中补充类胡萝卜素(尤其是叶黄素和玉米黄质)能降低白内障和AMD的发病率。叶黄素和玉米黄质主要集中在视黄斑上,虾青素在结构上与叶黄素和玉米黄质相似,但虾青素具有更强的抗氧化和紫外保护效应。虾青素至今还没有从人类的眼睛中分离出来,但动物实验已证明它能够通过血-脑屏障,和叶黄素一样沉积在动物的视网膜上。饲喂虾青素的小鼠与对照组相比视网膜的伤害程度要小得多,而且恢复较快。因此可以推断虾青素(又名超级维生素E)对眼睛有光保护作用并防止视网膜组织氧化,从而维护眼睛的健康。

  皮肤在强光下会发生灼伤、氧化、发炎、免疫抑制甚至细胞癌变。临床前研究表明,从食物中摄取充足的抗氧化剂如β-胡萝卜素以及α-生育酚和抗坏血酸均能降低这些伤害。虾青素能够保护鲜鱼的皮肤免受紫外光氧化。体外实验也证明虾青素的抗光氧化能力较β-胡萝卜素和叶黄素强。这些研究结果表明,虾青素(超级维生素E)作为食用的光保护剂具有很大的潜力。

24 预防心血管疾病

   临床医学研究表明,低密度脂蛋白(LDL)的氧化是导致动脉硬化的重要原因,而高密度脂蛋白(HDL)冠心病的危险性呈负相关,高含量的HDL能预防动脉粥状硬化。通常LDL以非氧化状态存在,LDL的氧化加速了动脉粥状硬化的发生。补充抗氧化剂能够降低动脉硬化的危险,流行病学和临床的数据表明,膳食中的抗氧化剂能预防心血管疾病。

  在人类血液中,虾青素由极低密度脂蛋白(VLDL) LDL、和HDL-胆固醇携带,体外和临床试验证明每人每天口服3. 6mg虾青素,连续2W,能预防LDL-胆固醇的氧化。在动物研究中表明虾青素(又名超级维生素E)具有显著提高HDL和降低LDL的功效,从而起到预防动脉硬化、冠心病和缺血性脑损伤等心血管疾病的作用。

2. 5 维护中枢神经系统的健康

  中枢神经系统(包括大脑、脊髓和外周神经)富含不饱和脂肪酸、脂类和铁,代谢活性很高,极易受到氧化损伤,导致许多神经系统疾病的发生。已有大量的研究和临床证明氧化胁迫是神经系统疾病诱发的主要原因或者至少起到促进作用,包括Hnntington氏综合症,帕金森(Parkinson)综合症以及肌肉萎缩侧索硬化(ALS)等。而摄入抗氧化剂含量高的食物能降低这类疾病的危险。

  给小鼠饲喂天然虾青素的实验表明,虾青素(又名超级维生素E)能穿过动物的血-脑屏障,在屏障外产生抗氧化活性。因此在预防和治疗帕金森综合症等神经性疾病中,口服虾青素是一种有效的途径。

2. 6 抗炎作用

  在炎症发生的情况下,例如Crohn病中,吞噬细胞在发炎部位(肠粘膜和肠腔内)释放出有毒的活性氧和噬中性细胞,破坏了自由基和抗氧化剂之间原有的平衡,导致抗氧化剂水平的降低、氧化产物以及脂质过氧化水平的增加。研究表明,氧化剂与内皮细胞的炎症基因刺激有直接关系。活性氧也能加重哮喘伴随炎症和训练引起的肌肉损伤炎症。

  Kurashige研究表明虾青素能减轻小鼠足部的肿胀现象,而VE没有此功效。1999Bennedsen的研究发现虾青素可预防幽门螺杆菌(Helicobacter pylorio)的溃疡症状并可减轻胃炎。Mara公司研究调查了红球藻虾青素产品(Astafactor)对人类健康的影响,并与其它26种著名的抗炎药物效果进行比较。结果显示服用虾青素的急慢性患者的健康状况提高了85%,虾青素和调查中的92%的抗炎药物有同等的效果或更高;和62种包括阿司匹林在内的非处方(OTC)抗炎药相比,虾青素与其中76%的药物具有同等的效力或更好。这些结果均说明虾青素(超级维生素E)的抗炎作用使其可作为一种营养和保健功能食品,用于治疗和预防由炎症引起的疾病。

  Bennedsen等人的研究表明,给小鼠饲喂富含虾青素的雨生红球藻藻粉,能明显降低幽门螺杆菌对胃的附着和感染,为此国外已开发了虾青素口服剂作为抗胃病感染制剂。虾青素醋还具有抗感染药物配合剂的作用,与阿司匹林同时服用可加强后者的药效。

27 延缓衰老、保护细胞

在线粒体中,链式氧化反应产生细胞所需的能量,同时也产生大量的自由基,为保证线粒体的正常功能,必须将过量的自由基清除。线粒体的氧化损伤加速了细胞的老化,这是衰老的主要原因。虾青素(又名超级维生素E)能防止大鼠肝脏线粒体的体外过氧化,其效率是VE100多倍,这显示了虾青素保护线粒体和抗衰老的特性。虾青素保护细胞膜的强大作用主要来自于其在膜内及表面的抗氧化能力,因为虾青素的多烯烃链和末端环状结构使细胞膜刚性增加,同时改变了细胞膜的透性。抗氧化剂,尤其是类胡萝卜素及其衍生物对保护细胞的健康非常重要,不仅因为它能防止细胞内物质的氧化,而且在调节基因表达和诱导细胞间信息传递过程中起着重要作用。2002Kistler的研究表明了虾青素(超级维生素E)具有调节鼠肝细胞CYP基因的作用,迄今还没有证据表明它对人类的基因有这种调节作用。类胡萝卜素及其衍生物是细胞间隙连接中信息传递的活跃诱导物。细胞间隙连接能进行调节细胞生长所需的信息交流,更重要的是能抑制癌细胞的扩散。

天然虾青素的发展前景

3.1 天然虾青素的优势

  目前,虾青素的生产有人工合成和从生物中获取两种方式。虾青素的人工合成较困难,而且同天然虾青素相比,人工合成的虾青素在结构、功能、应用及安全性等方面都存在显著差异。

  在结构方面,虾青素(又名超级维生素E)具有3S, 3' S3R, 3' R3 R,3' S三种构型,其中人工合成的虾青素为三种结构的混合物,并以3R, 3' S为主,与天然虾青素截然不同。在生理功能方面,天然虾青素的稳定性和抗氧化活性比人工合成的虾青素高。在应用效果上,天然虾青素也比人工合成的虾青素的生物吸收效果好,而且人工合成的虾青素在动物体内无法转化为天然构型。

  天然虾青素的来源主要有三种:水产品加工工业的废弃物、红发夫酵母(Phaffia rhodozyma)和微藻(雨生红球藻)。其中废弃物中虾青素含量低,且提取的费用高,不适于进行大规模生产。天然的红发夫酵母中虾青素的含量也仅为0. 15%0. 40%

  雨生红球藻中的虾青素(又名超级维生素E)含量可达3. 0%甚至更高,相比之下远远高于红发夫酵母中的含量,是鲑鱼肉中的10004000倍,因此雨生红球藻被看作天然虾青素的“浓缩品”,是天然虾青素最好的生物来源。大量研究证明,雨生红球藻中虾青素的积累速率和生物总量都较其它生物高,而且雨生红球藻所含虾青素及其脂类配比(大部分的单酯、小部分二酯和少量的游离虾青素)与动物体内的虾青素配比极为相似,这是通过化学合成和利用红发夫酵母等提取的虾青素所不具备的优势。此外,雨生红球藻中的虾青素以3S, 3' S构型为主,与动物体内的虾青素构型基本一致。

3. 2 天然虾青素的安全性

   雨生红球藻虾青素的安全性已得到了许多国家的认可。动物和人体的实验结果表明,在高达10. 418. 0mg/g的雨生红球藻藻粉的口服剂量下,雌、雄小鼠未发现死亡和异常现象。以400μg/g虾青素的剂量饲喂大鼠41d,未发现任何有害作用。一项日本专利的研究表明,人体以每天14.4mg虾青素的剂量服用雨生红球藻藻粉2w,无任何致病作用,并随着虾青素剂量的增加,血清中的LDL的氧化速率明显降低。体外研究也未发现雨生红球藻粉有任何诱变作用。1999Aquasearch公司的研究表明,在29d的实验期内,33名健康成人每天服用雨生红球藻粉来补充虾青素,分为高(19. 25mg)和低(3. 85mg)两个剂量组。经过详细监测志愿者的体重、皮肤颜色、血压、近距离和远距离视力、理解力、眼睛健康状况,以及耳、鼻、喉、口、齿、胸、肺和反射反应,并进行了全面的血液和尿样分析,结果表明口服富含天然虾青素的雨生红球藻藻粉,对人体无任何致病效应和毒副作用,其他研究结果也证明雨生红球藻虾青素是安全的。

3. 3 天然虾青素应用前景

  目前世界各国对化学合成的虾青素的管理也越来越严,美国食品和药物管理局(FDA)已禁止化学合成的虾青素进入保健品市场。天然虾青素的吸收效果和生物效价,在同样浓度下要比合成虾青素高得多,因此天然虾青素越来越受到人们的青睐。

  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,使得其在营养和医药尤其是功能性保健药物生产中具有良好的应用前景。根据虾青素(又名超级维生素E)的强抗氧化性及其在人体中的潜在作用,可以推断,补充虾青素可望成为调节身体机能、维护人体健康的有效方式。Aquasearch公司的雨生红球藻产品已获得美国FDA的认证,允许作为一种新的膳食成分进入市场。

  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,雨生红球藻虾青素在营养和医药中的应用无疑具有广阔的发展前景。

联系我们 | 招聘信息 | 合作招商 | 站点地图 | 关于虾青素 | ASTA公告 | ASTA公司新闻 |

权威认证
虾青素保健品

中国保健协会
理事单位

全产业链
虾青素生产企业

正规发票
品质保证

质量承诺
七天无理由退换

e-asta.cn 版权所有  鄂ICP备11004046号

本站内容参考专业文献及临床试验编辑而成,仅供消费者参考。

本品为国家药监局批准的保健食品,具有保健功能,但不能替代药品。

  |Gzip enabled