天然蝦青素的生物保健功能及安全性

雨生紅球藻 · 發表于 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、真菌中發現的紅色類胡蘿卜素⋯。近年來已有研究表明，天然蝦青素有較強的抗氧化活性，具有清除自由基、保護血管、降低膽固醇、護膚、保護視力、保護神經系統、預防老年癡呆、緩解關節疼痛等多方面的營養保健作用。蝦青素作為人類的高級保健食品、藥品，和水產動物、蛋禽、家畜、寵物的飼料添加劑有著非常廣闊的市場。

1 蝦青素的理化性質及來源比較
1．1結構與性質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溶劑。其結構如圖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：水產品的廢棄物(蝦蟹等甲殼類)、紅發夫酵母 (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，兩者在結構、生理功能、應用效果等方面都存在顯著差異。結構方面，天然蝦青素主要是3S。3'S(左旋)構象，而人工合成的蝦青素為3種構型的混合物，且以 3R。3'S(右旋)為主。另外。人工合成的蝦青素在動物體內無法轉化為天然構型。在生理功能方面，天然蝦青素的穩定性和抗氧化活性明顯高于人工合成的蝦青素。在應用效果上，天然蝦青素的生物吸收效果及著色性也優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勢，它的抗氧化能力較強，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，它還可以穿過細胞膜和血腦屏障，直接與肌肉組織結合。因此它對眼和大腦的抗氧化保護優勢非常明顯。天然蝦青素的生物保健作用主要表現在以下幾方面：

2．1 眼和中樞神經系統的保護作用人類視網膜和中樞神經系統富含不飽和脂肪酸，因此，氧化產生的自由基很容易使其發生過氧化損傷。有研究表明，蝦青素可以通過血腦屏障和細胞膜，能有效地防止視網膜的氧化和感光細胞的損傷，以及對中樞神經系統尤其是對大腦起到保護作用，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綜合征等中樞神經系統損傷。

2．2防紫外線輻射眾所周知，紫外線輻射是導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 J。因此，蝦青素的強抗氧化性可能使它成為潛在的光保護劑，有效清除引起皮膚老化的自由基，保護細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，能顯著抑制化學物誘導的初期癌變，對暴露于致癌物質中的上皮細胞具有抗增殖作用和強化免疫功能的作用，而且這種效應存在劑量．效應關系。與對照組相比，高劑量組 (500mg／kg)的腫瘤發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。蝦青素還能誘導肝臟中的轉移酶，顯著抑制小鼠膀胱癌、大鼠口腔癌和結腸癌、胃癌，其作用效果要比β-胡蘿卜素更為明顯。另外，蝦青素還能預防黃曲霉毒素的致癌性，對減少黃曲霉毒素誘導的肝腫瘤細胞的數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制，認為它與細胞膜的穩定性和蛋白質基因表達有關，通過改變膜穩定性和基因表達數量來調節細胞間通訊，從而提高細胞間的平衡能力，維持細胞的正常功能。

2．4抗炎抗感染特性關節疼痛和關節炎通常是自由基導致的氧化損傷所致。蝦青素較強的抗氧化特性有助于抑制自由基，減少其對關節的氧化損害。。。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淋巴細胞的應答，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品 (astafactor)對人類健康的影響，并與其它26種著名的抗炎藥物進行比較，結果顯示：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。增強機體能量代謝當機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體的氧化損害作用。另外，口服蝦青素還可以強化需氧代謝，增加肌肉力量和肌肉耐受力，迅速緩解運動疲勞，減輕劇烈運動后產生的遲發性肌肉疼痛。

2．6增強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，能明顯促進脾細胞產生抗體的能力，增強T 細胞的作用，刺激體內免疫球蛋白的產生。蝦青素還能夠部分恢復年老小鼠的體液免疫系統，其中可使小鼠體內的IgM、IgA和IgG分別都增加至 10mol／L，表明在抗原入侵初期，它能增強特異性體液免疫反應¨。另外，蝦青素還可以增強小鼠釋放白細胞介素．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得多。由此認為，蝦青素有很強的誘導細胞分裂的活性，具有重要的免疫調節作用。

2．7預防心血管疾病動脈硬化及相關心血管疾病的臨床研究表明，低密度脂蛋白(LDL)的氧化是導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阻礙血流速度，人體患動脈硬化的風險就越大。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2周，能預防LDL的氧化。另外，有動物研究表明，蝦青素在體內具有顯著升高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，可用來預防動脈硬化、冠心病和缺血性腦損傷。

3蝦青素的作用機制蝦青素最重要的特性在于它的超強抗氧化性。正常情況下，體內的氧化反應受到良好的調節和控制。但當這種調節被破壞，機體內產生過多自由基時，就會發生過氧化反應，導致氨基酸的氧化、蛋白質的降解以及DNA的損傷等多種細胞損害，最終引起蛋白質變性，使機體免疫力降低，甚至破壞核酸的結構而引起代謝異常等。

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，構成α一羥基酮(見圖1)。這些結構都具有比較活潑的電子效應，使它非常容易與自由基反應，進而清除自由基，達到抗氧化作用和保護人體健康的目的。在雨生紅球藻活細胞內，蝦青素作為光保護劑和強抗氧化劑，能夠淬滅由強光和過度氧化產生的多種活性氧，防止活性氧對細胞的損傷。

4天然蝦青素的應用現狀

4．1作為人類的高級營養保健食品和藥品。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，國際上已經利用蝦青素開發人類的高級營養保健品、藥品和化妝品，其產品定位主要在調節免疫系統功能、防癌、保護視網膜免受紫外線輻射和光氧化損傷、抗炎、預防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品；Aquasearch公司也推出了有益關節和保護心腦血管的產品；夏威夷生物科技公司也正在開發治療心肌梗塞的藥物；日本也開發出兩種皮膚外用制劑，以及含有蝦青素的眼保護制劑和飲料。我國的天然蝦青素保健食品處于起步狀態，衛生部將在近期正式批準雨生紅球藻粉作為新資源食品。

4．2作為水產養殖業的飼料添加劑水產養殖業始終是蝦青素最大的市場。目前越來越多的證據證實，蝦青素還是水產動物必需的功能成分，對它們的正常生長和健康養殖、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魚卵受精，減少胚胎的死亡率，促進個體生長，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，可預防和治療馬的肌肉機能障礙、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，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8周后，經免疫功能測試并未發現有任何不良反應，表明蝦青素補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10.4 .18.0mg／g的雨生紅球藻粉的口服劑量下，雌、雄小鼠未發現死亡和異常現象。還有研究表明，以400μg／g 的劑量飼喂大鼠蝦青素41天，未發現任何有害作用。在Cyanotech公司的一項研究中，經口給予 SD大鼠含有反式．蝦青素待測物13周，經過詳細檢測動物的體重、皮膚顏色、眼等，以及血和尿樣分析，結果表明，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，結果顯示：孕兔的反應和胎兔的身體發育及畸形情況，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膳食蝦青素未發現任何不良反應，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，所以它發生維生素A中毒的危險非常低。基于已公布的數據，以及可以得到的動物毒性試驗的數據，可以推斷：成人每天服用5-12mg蝦青素是非常安全的。

6結語
天然蝦青素具有強烈的抗氧化活性，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節功效，由于這些獨特的性質使它具有較高的應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。而雨生紅球藻，作為自然界中生產天然蝦青素的最好的生物原料，已引起國內外相關領域的普遍關注，其培育和開發技術日臻完善。天然蝦青素的大量人體試驗和動物試驗已經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、加拿大食品監察局也已批準它作為鮭魚類的飼料添加劑。由于它有多種生物功效，在營養和醫藥中的應用具有廣闊的發展前景。