天然蝦青素的生物保健功能及安全性

雨生紅球藻 · 發(fā)表于 2010-6-2 09:55:24

蝦青素(astaxanthin)又稱“蝦黃素”．是一種從蝦蟹外殼、牡蠣、鮭魚及藻類、真菌中發(fā)現(xiàn)的紅色類胡蘿卜素⋯。近年來已有研究表明，天然蝦青素有較強(qiáng)的抗氧化活性，具有清除自由基、保護(hù)血管、降低膽固醇、護(hù)膚、保護(hù)視力、保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)、預(yù)防老年癡呆、緩解關(guān)節(jié)疼痛等多方面的營養(yǎng)保健作用。蝦青素作為人類的高級保健食品、藥品，和水產(chǎn)動物、蛋禽、家畜、寵物的飼料添加劑有著非常廣闊的市場。

1 蝦青素的理化性質(zhì)及來源比較
1．1結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 蝦青素是類胡蘿卜素的含氧衍生物，屬于酮式類胡蘿卜素，全稱為3，3 一二羥基一4，4 一二酮基一8，8 ．胡蘿卜素，分子式為c H O 。蝦青素難溶于水，易溶于氯仿、丙酮、苯和二硫化碳等有機(jī)溶劑。其結(jié)構(gòu) 如圖1所示：

1．2不同來源蝦青素的比較目前，蝦青素的生產(chǎn)主要有人工合成和從生物中獲取兩種方式。天然蝦青素的來源主要有3種：水產(chǎn)品的廢棄物(蝦蟹等甲殼類)、紅發(fā)夫酵母 (Phaffia rhodozyma)和微藻(雨生紅球藻)。人工合成蝦青素同天然蝦青素相比，兩者在結(jié)構(gòu)、生理功能、應(yīng)用效果等方面都存在顯著差異。結(jié)構(gòu)方面，天然蝦青素主要是3S。3'S(左旋)構(gòu) 象，而人工合成的蝦青素為3種構(gòu)型的混合物，且以 3R。3'S(右旋)為主。另外。人工合成的蝦青素在動物體內(nèi)無法轉(zhuǎn)化為天然構(gòu)型。在生理功能方面，天然蝦青素的穩(wěn)定性和抗氧化活性明顯高于人工合成的蝦青素。在應(yīng)用效果上，天然蝦青素的生物吸收效果及著色性也優(yōu)于人工合成的蝦青素。

2天然蝦青素的生物保健功能與8一類胡蘿卜素、玉米黃素等類胡蘿卜素相比，天然蝦青素有其獨特的優(yōu)勢，它的抗氧化能力較強(qiáng)，是維生素E的550倍，是β-類胡蘿卜素等的l0倍，能更有效地阻止不飽和脂肪酸過氧化。另外，它還可以穿過細(xì)胞膜和血腦屏障，直接與肌肉組織結(jié) 合。因此它對眼和大腦的抗氧化保護(hù)優(yōu)勢非常明顯。天然蝦青素的生物保健作用主要表現(xiàn)在以下幾方面：

2．1 眼和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的保護(hù)作用人類視網(wǎng)膜和中樞神經(jīng)系統(tǒng)富含不飽和脂肪酸，因此，氧化產(chǎn)生的自由基很容易使其發(fā)生過氧化損傷。有研究表明，蝦青素可以通過血腦屏障和細(xì)胞膜，能有效地防止視網(wǎng)膜的氧化和感光細(xì)胞的損傷，以及對中樞神經(jīng)系統(tǒng)尤其是對大腦起到保護(hù)作用，從而有效治療缺血．再灌注損傷、脊髓損傷、帕金森綜合征、AI heimer綜合征等中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷。

2．2防紫外線輻射眾所周知，紫外線輻射是導(dǎo)致表皮光老化和皮膚癌的重要原因。研究表明，蝦青素對谷氨酰胺轉(zhuǎn) 胺酶(transglutaminase)具有特殊作用，能夠在皮膚受光照時消耗腐胺，口服蝦青素對腐胺積累的抑制作用比口服維生素A更強(qiáng) J。因此，蝦青素的強(qiáng)抗氧化性可能使它成為潛在的光保護(hù)劑，有效清除引起皮膚老化的自由基，保護(hù)細(xì)胞膜和線粒體膜免受氧化損傷，用于阻止皮膚光老化。

2．3抑制腫瘤 Tanaka等的研究表明，給實驗大鼠和小鼠飼喂蝦青素100～500mg／kg，能顯著抑制化學(xué)物誘導(dǎo)的初期癌變，對暴露于致癌物質(zhì)中的上皮細(xì)胞具有抗增殖作用和強(qiáng)化免疫功能的作用，而且這種效應(yīng)存在劑量．效應(yīng)關(guān)系。與對照組相比，高劑量組 (500mg／kg)的腫瘤發(fā)生率和腫瘤大小明顯低于對照組和低劑量組。因此推測蝦青素具有顯著的抗癌特性。蝦青素還能誘導(dǎo)肝臟中的轉(zhuǎn)移酶，顯著抑制小鼠膀胱癌、大鼠口腔癌和結(jié)腸癌、胃癌，其作用效果要比β-胡蘿卜素更為明顯。另外，蝦青素還能預(yù) 防黃曲霉毒素的致癌性，對減少黃曲霉毒素誘導(dǎo)的肝腫瘤細(xì)胞的數(shù)量和體積效果良好圳。最近，科研人員提出了蝦青素的抗癌機(jī)制，認(rèn)為它與細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和蛋白質(zhì)基因表達(dá)有關(guān)，通過改變膜穩(wěn)定性和基因表達(dá)數(shù)量來調(diào)節(jié)細(xì)胞間通訊，從而提高細(xì)胞間的平衡能力，維持細(xì)胞的正常功能。

2．4抗炎抗感染特性關(guān)節(jié)疼痛和關(guān)節(jié)炎通常是自由基導(dǎo)致的氧化損傷所致。蝦青素較強(qiáng)的抗氧化特性有助于抑制自由基，減少其對關(guān)節(jié)的氧化損害。。。已有研究表明，給小鼠飼喂富含蝦青素的雨生紅球藻粉，能夠激活 T淋巴細(xì)胞的應(yīng)答，從而降低幽門螺桿菌對胃的附著和感染。Mara公司研究了紅球藻蝦青素產(chǎn)品 (astafactor)對人類健康的影響，并與其它26種著名的抗炎藥物進(jìn)行比較，結(jié)果顯示：服用蝦青素患者的健康狀況提高了85％，蝦青素與92％的抗炎藥物有同等的效果或效果更佳。

2．5緩解運動疲勞。增強(qiáng)機(jī)體能量代謝當(dāng)機(jī)體運動時肌肉會釋放自由基，這些自由基若不被抗氧化劑及時處理，就會產(chǎn)生氧化壓力，致使肌肉酸痛或肌肉組織的損傷。研究表明，蝦青素可以作為一種抗氧化劑抑制自由基對機(jī)體的氧化損害作用。另外，口服蝦青素還可以強(qiáng)化需氧代謝，增加肌肉力量和肌肉耐受力，迅速緩解運動疲勞，減輕劇烈運動后產(chǎn)生的遲發(fā)性肌肉疼痛。

2．6增強(qiáng)免疫力蝦青素能顯著影響動物的免疫功能，在有抗原存在時，能明顯促進(jìn)脾細(xì)胞產(chǎn)生抗體的能力，增強(qiáng)T 細(xì)胞的作用，刺激體內(nèi)免疫球蛋白的產(chǎn)生。蝦青素還能夠部分恢復(fù)年老小鼠的體液免疫系統(tǒng)，其中可使小鼠體內(nèi)的IgM、IgA和IgG分別都增加至 10mol／L，表明在抗原入侵初期，它能增強(qiáng)特異性體液免疫反應(yīng)¨。另外，蝦青素還可以增強(qiáng)小鼠釋放白細(xì)胞介素．1a和腫瘤壞死因子a的能力，其作用比 β-胡蘿卜素和角黃素強(qiáng)得多。由此認(rèn)為，蝦青素有很強(qiáng)的誘導(dǎo)細(xì)胞分裂的活性，具有重要的免疫調(diào)節(jié) 作用。

2．7預(yù)防心血管疾病動脈硬化及相關(guān)心血管疾病的臨床研究表明，低密度脂蛋白(LDL)的氧化是導(dǎo)致動脈硬化的重要原因。人體中LDL濃度越高，加之血小板沉積使血管變細(xì)阻礙血流速度，人體患動脈硬化的風(fēng)險就越大。而血液中高密度脂蛋白(HDL)則有相反的作用，它可以阻止動脈硬化的發(fā)生。在人體血液中，蝦青素由極低密度脂蛋白(VLDL)、LDL和HDL攜帶。體外和臨床試驗證明每人口服3．6mg／d蝦青素，連續(xù)2周，能預(yù)防LDL的氧化。另外，有動物研究表明，蝦青素在體內(nèi)具有顯著升高HDL和降LDL的功效，其中HDL可由原來的49．7±3．6mg／dL增加至 66．5±5．1mg／dL，因此推測蝦青素能減輕載脂蛋白的氧化，可用來預(yù)防動脈硬化、冠心病和缺血性腦損傷。

3蝦青素的作用機(jī)制蝦青素最重要的特性在于它的超強(qiáng)抗氧化性。正常情況下，體內(nèi)的氧化反應(yīng)受到良好的調(diào)節(jié)和控制。但當(dāng)這種調(diào)節(jié)被破壞，機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生過多自由基時，就會發(fā)生過氧化反應(yīng)，導(dǎo)致氨基酸的氧化、蛋白質(zhì)的降解以及DNA的損傷等多種細(xì)胞損害，最終引起蛋白質(zhì)變性，使機(jī)體免疫力降低，甚至破壞核酸的結(jié)構(gòu)而引起代謝異常等。

蝦青素分子不僅同其他類胡蘿卜素一樣在分子中有共軛雙鍵，而且在共軛雙鍵鏈的末端還有不飽和酮基和羥基，構(gòu)成α一羥基酮(見圖1)。這些結(jié)構(gòu) 都具有比較活潑的電子效應(yīng)，使它非常容易與自由基反應(yīng)，進(jìn)而清除自由基，達(dá)到抗氧化作用和保護(hù)人體健康的目的。在雨生紅球藻活細(xì)胞內(nèi)，蝦青素作為光保護(hù)劑和強(qiáng)抗氧化劑，能夠淬滅由強(qiáng)光和過度氧化產(chǎn)生的多種活性氧，防止活性氧對細(xì)胞的損傷。

4天然蝦青素的應(yīng)用現(xiàn)狀

4．1作為人類的高級營養(yǎng)保健食品和藥品。隨著蝦青素生物功能研究和藥理藥效試驗的逐步深入，目前，國際上已經(jīng)利用蝦青素開發(fā)人類的高級營養(yǎng)保健品、藥品和化妝品，其產(chǎn)品定位主要在調(diào) 節(jié)免疫系統(tǒng)功能、防癌、保護(hù)視網(wǎng)膜免受紫外線輻射和光氧化損傷、抗炎、預(yù)防LOL的氧化損害等方面。其中，美國Cyanotech公司推出了緩解運動疲勞的蝦青素產(chǎn)品；Aquasearch公司也推出了有益關(guān)節(jié)和保護(hù)心腦血管的產(chǎn)品；夏威夷生物科技公司也正在開發(fā)治療心肌梗塞的藥物；日本也開發(fā)出兩種皮膚外用制劑，以及含有蝦青素的眼保護(hù)制劑和飲料。我國的天然蝦青素保健食品處于起步狀態(tài)，衛(wèi)生部將在近期正式批準(zhǔn)雨生紅球藻粉作為新資源食品。

4．2作為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的飼料添加劑水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)始終是蝦青素最大的市場。目前越來越多的證據(jù)證實，蝦青素還是水產(chǎn)動物必需的功能成分，對它們的正常生長和健康養(yǎng)殖、提高存活率和繁殖率具有極為重要的作用。另外，蝦青素還可作為天然激素促進(jìn)魚卵受精，減少胚胎的死亡率，促進(jìn)個體生長，增加成熟速度和生殖力。

4．3作為蛋禽和家畜的飼料添加劑在家禽飼料中添加蝦青素，可使雞蛋蛋黃色素含量增加。同時它也可以提高家禽的產(chǎn)蛋率。蝦青素還具有活性免疫因子的作用，可提高動物的免疫力，降低傳染病的發(fā)生。有研究表明，雨生紅球藻粉中的酯化蝦青素是一些藥物配方中的首選成分，可預(yù)防和治療馬的肌肉機(jī)能障礙、奶牛的乳腺炎和幽門螺桿菌引起的胃腸道炎癥。

5天然蝦青素的安全性人類日常食用的天然蝦蟹、魚類等水生動物中皆含有豐富的蝦青素，蝦青素對人類和水生動物是安全的。對蝦青素的毒性和生物安全性也進(jìn)行了大量動物試驗和人體研究。

5．1毒性研究

5．1．1人體試驗已有研究表明，在2周的實驗期內(nèi)，將13名健康成人分為高、中、低3個劑量組每天給予蝦青素。最高劑量為14．4mg／d，經(jīng)檢驗，不僅無任何致病作用，而且隨著蝦青素劑量的增加，血清中LDL的氧化速率明顯降低。Chews等的雙盲安慰劑對照研究表明，受試者在服用蝦青索6mg／d連續(xù)8周后，經(jīng)免疫功能測試并未發(fā)現(xiàn)有任何不良反應(yīng)，表明蝦青素補(bǔ)充劑對人體可能不會造成損害。

5．1．2動物試驗
Miki等 “報道，在蝦青素含量高達(dá)10.4 .18.0mg／g的雨生紅球藻粉的口服劑量下，雌、雄小鼠未發(fā)現(xiàn)死亡和異常現(xiàn)象。還有研究表明，以400μg／g 的劑量飼喂大鼠蝦青素41天，未發(fā)現(xiàn)任何有害作用。在Cyanotech公司的一項研究中，經(jīng)口給予 SD大鼠含有反式．蝦青素待測物13周，經(jīng)過詳細(xì)檢測動物的體重、皮膚顏色、眼等，以及血和尿樣分析，結(jié)果表明，大鼠能耐受膳食水平為200g／kg劑量范圍的蝦青素。

5．2致突變試驗和致畸試驗 Ames試驗中，受試物蝦青素的濃度為0．03— 5．0毫克/平板，結(jié)果未顯示任何致突變作用；分別給予小鼠500、1000、2000mg／kg劑量的蝦青素，研究其致突變性，結(jié)果同樣顯示蝦青素并未造成小鼠染色體的破壞和著絲點的斷裂。另外，兔的胚胎毒性研究中，每天給予動物100—400mg／kg劑量的蝦青素，分析其毒性，結(jié)果顯示：孕兔的反應(yīng)和胎兔的身體發(fā)育及畸形情況，對照組和實驗組沒有明顯差異。

5．3膳食安全攝入量
人體研究表明，單劑量攝取100mg膳食蝦青素未發(fā)現(xiàn)任何不良反應(yīng)，而且蝦青素的吸收模式與其他類胡蘿卜素相似，它容易被吸收且容易被各種脂蛋白運輸。但是，蝦青素不像其它類胡蘿卜素如β-胡蘿卜素，它沒有維生素A原的活性，所以它發(fā)生維生素A中毒的危險非常低。基于已公布的數(shù)據(jù)，以及可以得到的動物毒性試驗的數(shù)據(jù)，可以推斷：成人每天服用5-12mg蝦青素是非常安全的。

6結(jié)語
天然蝦青素具有強(qiáng)烈的抗氧化活性，被稱為“超級維生素E”、“超級抗氧化劑”。大量研究證明天然蝦青素在人體中具有潛在的生理調(diào)節(jié)功效，由于這些獨特的性質(zhì)使它具有較高的應(yīng)用價值和巨大的市場潛力。近10年，人們紛紛把目光投向了蝦青素的生產(chǎn)。而雨生紅球藻，作為自然界中生產(chǎn)天然蝦青素的最好的生物原料，已引起國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的普遍關(guān)注，其培育和開發(fā)技術(shù)日臻完善。天然蝦青素的大量人體試驗和動物試驗已經(jīng)證明它是一種非常安全的類胡蘿卜素。在日本，天然蝦青素也已用于食品和動物飼料，美國FDA、歐盟、加拿大食品監(jiān)察局也已批準(zhǔn)它作為鮭魚類的飼料添加劑。由于它有多種生物功效，在營養(yǎng)和醫(yī)藥中的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。