天然虾青素只有哪种才具备超强抗癌、抗氧化等生物活性功效

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来源:虾青素品牌网 2019-07-17

看虾青素哪个牌子好,首先看起虾青素是不是天然的,是不是左旋的。只有左旋虾青素具备超强的抗癌、抗氧化等生物活性,右旋结构的虾青素的生物活性较低,而内消旋虾青素基本不具有生物活性。 

虾青素(Astaxanthin)是一种红色类胡萝卜素,广泛存在于虾、蟹、鱼以及某 些鸟类的羽毛中[ 1]。其纯品呈暗紫红色,在体内可与蛋白质结合而呈现青、 蓝、棕色等,加热使蛋白质变性后,虾青素被释放而呈现红色。虾青素具有着色功能,也能够增强机体的免疫力,促进抗体的产生,还具有抗氧、清除自由 基等方面的功能。因其高效的生物学活性,近年来已成为国内外研究人员和水产养殖、化妆品、医药、食品等众多行业的研究热点。

■虾青素的结构及性质

虾青素的化学名称为 3,3'-二羟基-4,4-二酮基-β,β'-胡萝卜素,分子式为 C40H52O4,属于氧化型的类胡萝卜素,以次生类胡萝卜素的形式存在于一些绿 藻和菌类中。同其他类胡萝卜素分子一样,虾青素的分子中存在着很长的共轭 双键,并且,其共轭双键链的末端还存在着不饱和的酮基和羟基,这构成了α- 羟基酮的结构,如图 0-1,这些结构极易与自由基发生反应并将自由基清除,具 有较活泼的电子效应,因此,与一般的类胡萝卜素相比,虾青素具有更强的抗 氧化作用。

图 0-1 虾青素的分子结构式

Fig.0-1 The structural formula of astaxanthin

虾青素分子可形成三种旋光异构体:左旋 (3S, 3´S)、内消旋 (3R, 3´S) 和右 旋 (3R, 3´R) 结构[2],如图 0-2。研究表明,只有左旋虾青素具备超强的抗癌、抗氧化等生物活性,右旋结构的虾青素的生物活性较低,而内消旋虾青素基本不具有生物活性[3]。

图 0-2 虾青素的三种异构体

Fig. 0-2 Three isomers of astaxanthin

不同来源的虾青素其结构不同:人工合成的虾青素是以上 3 种结构虾青素 的混合物(25%的左旋、25%的右旋,50%左右的内消旋),具有极低的生物活 性;酵母菌中(Phaffia rhodozyma)合成的虾青素是 100%右旋(3R, 3'R)的结 构,此种虾青素具有部分生物活性;雨生红球藻中合成的天然虾青素为左旋(3S, 3´S)结构,与鲑鱼等水产养殖生物体内的虾青素构型(以 3S, 3´S 型为主) 基本 相同,具有极强的生物学活性[4],此种来源的虾青素备受人类的保健食品、高 档化妆品、药品等领域的青睐,而前两种来源的虾青素主要用于物品和非食用 的动物等的着色上。

虾青素熔点为 216℃,不溶于水,微溶于乙醇、乙醚、丙酮等大多数的有 机溶剂,易溶于苯、二硫化碳、吡啶、三氯甲烷、二氯甲烷等有机溶剂中[5]。

虾青素对光、热、氧化剂等特别敏感,具有较高的不稳定性,对虾青素进 行保藏时,加入适量的抗氧化剂(如乙氧基喹啉、抗坏血酸、二丁基羟基甲苯等)可对其起到一定的保护作用[6]。

虾青素的来源 人工合成和生物提取是生产虾青素的两种主要方式

■人工合成 

人工化学合成虾青素的难度较高,价格昂贵,并且合成的虾青素在分子结构、生物学的功能、生物安全性能以及应用效果等方面与天然虾青素之间存在 着一定的差异性;另一方面,人工合成过程中会不可避免的产生污染,造成一 定的安全隐患,降低了虾青素的安全性能 [7,8]。随着产品的天然性越来越受到人 们的青睐,通过天然的生物资源提取虾青素已经成为当今的研究热点。

■天然虾青素生物提取

(1) 从水产品加工废物中提取 虾青素广泛存在于大多数的水生甲壳类动物中。目前,国内外的虾蟹加工业每年都会产生大量的废弃物,以这些废弃物为原料从中提取虾青素不仅可以 增加经济收益,还能够减弱废水的色度,以减少环境污染[9,10]。常用的方法是 先粉碎虾蟹壳,然后进行酸解或酶解处理,再进行提取(利用有机溶剂如石油 醚、丙酮等)。据分析,在提取的类胡萝卜总量中,虾青素占 90%以上。

但由于水产废弃物中较低的虾青素含量,相对偏高的提取费用,加上资源 的限制(易腐败,运输费用较高等),运用此法进行虾青素大规模生产的发展 前景不大。

(2) 发酵生产

●细菌合成虾青素没有利用价值

据报道 [ 11 , 12 ] , 姬杆菌 (Brevibacterium) , 乳 酸 分 支 杆 菌 (Mycobacterium Lacticola) , 黄 杆 菌 (Flavobacterium spp) , 海 洋 细 菌 (Agrobacterium aurantiactrm,Alcaligens sp.)等细菌可以合成虾青素,但它们合成虾青素的量均很低,基本上没有利用价值。

●真菌红法夫酵母的虾青素具有部分生物活性

1976 年,Phaff等人发现红法夫酵母中存在虾青素,由于酵母的繁殖速度快,生长周期较短,再加上酵母的营养价值较高,其本身就是一类良好的饲料 原料,从而引起了人们广泛的关注[13,14]。但野生的法夫酵母中总类胡萝卜素的 含量较低,在每克干酵母中,总类胡萝卜素的含量不超过500μg,而且酵母内虾 青素的积累受发酵时多种环境因素(如pH、温度、溶氧等)以及发酵培养基组 成成分的影响,为提高法夫酵母中虾青素的产量,需要向培养基中添加大量的 碳源和氮源,尤其是价格较高的有机氮源(如蛋白胨和酵母膏等),造成生产成 本增加,不利于商业化生产,加上酵母的细胞壁较厚,不经破壁处理很难被动 物所消化利用,所以,关于利用酵母菌生产虾青素,近几年主要集中于酵母菌 的诱变育种、酵母细胞壁的破碎等方面的研究[15,16]。

●微藻提取天然虾青素具有超强 的生物活性

研究[17,18]发现许多种类的藻类(如裸藻、雪藻、雨生红球藻等)中均含虾 青素,其中雨生红球藻中虾青素的积累速率显著高于其它绿藻,且在特定条件 下,雨生红球藻中虾青素的积累量可达细胞干重的4%[19],是目前所知天然虾青 素含量最高的生物。另外,雨生红球藻中虾青素的构型(3S, 3’S型)具有超强 的生物活性,并与水生动物体内所含的虾青素构型完全相同,而且雨生红球藻 中所含的各种成分(游离虾青素及其酯类)的配比(约5%的虾青素单体,70% 的单酯及25%的二酯)极其相似于水产动物自身的配比。而通过人工合成和利 用红法夫酵母等原料生产的虾青素均不具备这些优势 [20,21]。因此,利用雨生红 球藻生产虾青素具有广阔的发展前景

■参考文献

[1]明祥,赵建国.国内外虾青素的研究进展.粮食与饲料工业,2002,(1):26-28

[ 2 ] Andrewes A G, Borch G, Liaaen-Jensen S, et al. Animal carotenoids on the absolute configuration of astaxanthin and actinioerythrin. Acta Chemica Scandinavica, 1974, B28: 730-736

[3]蔡小连,杨安平,马志浩,等.从雨生红球藻中提取纯化天然左旋虾青素的研究进

展.亚太传统医药,2012,8(002):189-191

[4]陈峰,姜悦.微藻生物技术.北京:中国轻工业出版社,1999,55-59

[5]陈晓明,徐学明,金征宇.法夫酵母色素的组成与性质.无锡轻工大学学报,2001,

20(2):169-173

[6]晓丽,刘建国.虾青素的抗氧化性及其在营养和医药应用方面的研究.食品科学,

2006,27(1):258-262

[7]虾青素网站 http://www.astaxanthin.org/

[8]董庆霖,赵学明,马红武.生物技术生产虾青素研究的最新进展,生物加工过程,

2004, 2:18-24

[9]林晓,储小军,周蒂,等.虾青素的来源,功能及应用.环境与职业医学,2009,

25(6):615-616

[ 10 ] Grung M, Liaaen-Jensen S. Algal carotenoids 52; secondary carotenoids of algae 3; carotenoids in a natural bloom of <i> Euglena sanguinea</i>. Biochemical systematics and ecology, 1993, 21(8): 757-763

[11]晓燕,刘楠,周德庆.天然虾青素来源及分离的研究进展.食品与机械,2012,

(1): 264-267

[12]   Boussiba S, Carotenogenesis in the green alga Haemalococcus pluvialis: cellular physiology and stress response. Physiol. Plant, 2000, 108: 111-117

[13]   朱劲华,张成武,李朝军.2003.利用雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)生产天然虾青素的研究进展.天然产物研究与开发,2003,1s(3):268-272

[14]Liu Bei-Hui, Lee Yuan-Kun. Secondary carotenoids formation by the green alga Chloroco- ccum sp. Journal of Applied Phycology, 2000, 12: 301-307

[15]朱晓立,裘晖.虾青素的分布来源.湖南饲料,2008 (3): 35-37

[16]王普,裘娟萍,郑裕国,等.高产虾青素的红发夫酵母菌种的选育.微生物学通 报,2002,29(1):15-19

[17]明祥,赵建国.国内外虾青素的研究进展.粮食与饲料工业,2002 ,(1):26-28

[18]田小群,朱明军.高产虾青素红发夫酵母的诱变和筛选方法分析.武汉工业学院学 报, 2003,22(1):8-10

[19]倪辉,何国庆,吴光斌,等.酸法破壁条件对法夫酵母虾青素提取效果的影响.农 业工程学报,2005,21(3):176-180

[20]Misawa N., Shimada H. Metabolic engineering for the production of carotenoids in non- carotenogenic bacteria and yeasts. Journal of Biotechnology, 1998, 59: 169-181

[21]  Yokoyama A and Miki W. Composition and presumed biosynthetic pathway of carotenoids in the astxanthin-producing bacterium Agrobacterium aurandacum. FEMS Lett., 1995, 128: 139-144

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