光語帶妳認識微藻第六篇——蝦青素與其功效

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国产v亚洲v天堂a第六篇——蝦青素與其功效

單位:上海光語生物科技有限公司

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作者:俞建中(微信號:Scophy117

(本篇圖少,君莫嫌棄)

 

1.蝦青素簡介

蝦青素,英文名叫Astaxanthin,臺灣稱為蝦紅素,是類胡蘿蔔素的壹種,脂溶性,廣泛存在於微生物細胞內和水生動物體內。目前主要應用於食品色素、保健品、化妝品、魚蝦飼料等。

圖1.提取得到的蝦青素油(圖片引自網絡)

圖1.提取得到的蝦青素油(圖片引自網絡)

 

研究表明,除了我們熟知的鮭鱒魚類肌肉和蝦蟹類甲殼中含有蝦青素外,還有很多的微生物種類中含有,如藻類裏有雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)、新綠球藻(Neochloris?wimmeri)、綠球藻(Chlorococcum)、佐芬根小球藻(Chlorella zofingiensis,現已更名為色綠球藻Chromochloris)、柵藻(Scenedesmus)、腸滸苔(Enteromorpha intestinalis)、石蒓(Ulva lactuca)、鏈藻(Catenella repens,屬紅藻),以及血紅裸藻(Euglena sanguinea,早期資料稱含有血紅素,實為蝦青素),其他的微生物如農桿菌(Agrobacterium aurantiacum)、副球菌(Paracoccus carotinifaciens)、法夫酵母(Phaffia rhodozyma)和破囊壺菌(Thraustochytrium)等。

圖2.鮭鱒魚肌肉及蝦蟹外殼含有蝦青素(圖片引自網絡)

圖2.鮭鱒魚肌肉及蝦蟹外殼含有蝦青素(圖片引自網絡)

 

目前商業化的蝦青素產品主要來源於雨生紅球藻、法夫酵母和化學合成。依據化學中手性分子的說法,蝦青素其實有好幾種立體化學結構,如下圖所示的四種,名字很復雜,為了簡單起見,用個字母代號來表示他們的幾種類型:A=“3S,3’S”、B=“3R,3’R”,C=“3S,3’R”, D=“3R,3’S”。

圖3.蝦青素的四種化學結構式,by KD Nguyen (按本篇代號,從上往下依次為A、B、C和D型)

圖3.蝦青素的四種化學結構式,by KD Nguyen
(按本篇代號,從上往下依次為A、B、C和D型)

不同原料獲取的蝦青素的化學立體結構是有區別的:如雨生紅球藻中全是A型;法夫酵母中B型占98%以上,剩下是C和D型;化學合成的A和B型各占25%,剩下的是C和D型(也有文獻報道A:B:C:D=1:1:2:2),而三文魚肌肉中測到數據,80%左右是A,其他三種含量較低。盡管都是蝦青素,但攝入體內後就有可能因立體結構的不同,影響吸收利用及其生物學功效。另外壹個情況是,在生物體內,遊離的蝦青素很少,大部分是跟脂肪酸結合形成酯結構,而合成的蝦青素全部為遊離形式,因此推斷認為,酯化的蝦青素更容易被吸收利用。

 

2.蝦青素的抗氧化作用

抗氧化是蝦青素最顯著的功能

抗氧化是指的是壹種物質抑制氧化的能力,氧化性損傷是由自由基和活性氧造成的,生物體正常的有氧代謝就能產生活性很強的自由基和活性氧,在過量的情況下,就會跟蛋白、脂質和DNA等物質形成系列的反應,導致這些物質的損傷和破壞。

圖4. 不同抗氧化物質焠滅單線態氧的能力比較(從左往右依次為蝦青素,葉黃素、β-胡蘿蔔素和維生素E,by N. Shimidzu et al. 1996)

圖4. 不同抗氧化物質焠滅單線態氧的能力比較(從左往右依次為蝦青素,葉黃素、β-胡蘿蔔素和維生素E,by N. Shimidzu et al. 1996)

自由基和活性氧的氧化能力可以被內源或外源的抗氧化物質所抑制,如類胡蘿蔔素。蝦青素相比於他類胡蘿蔔素,如葉黃素、番茄紅素和α/β-胡蘿蔔素,具有更高的抗氧化能力。如圖顯示的是不同抗氧化物質猝滅單線態氧強度的比較,圖為不同抗氧化物質清除氧自由基的能力。同時動物體內實驗證明,給實驗大鼠餵養雨生紅球藻後,鼠的血漿及肝臟中各種抗氧化酶的活性均有大幅度提高。

 

圖5. 不同抗氧化物質清除氧自由基的能力比較(從左往右依次為維生素E、維生素C、碧蘿芷(松樹皮萃取物)、β-胡蘿蔔素、合成蝦青素和天然蝦青素,by D. Bagchi, 2001)

圖5. 不同抗氧化物質清除氧自由基的能力比較(從左往右依次為維生素E、維生素C、碧蘿芷(松樹皮萃取物)、β-胡蘿蔔素、合成蝦青素和天然蝦青素,by D. Bagchi, 2001)

 

(1)抑制脂過氧化

蝦青素的強抗氧化能力來源於其分子壹個獨特的結構(分子兩端的紫羅酮環帶有的羥基和酮基),該結構使得蝦青素的抗氧化能力是其他類胡蘿蔔素的數倍,如(數)十倍於玉米黃素、葉黃素、斑蝥黃素、β-胡蘿蔔素,百倍於維生素E。蝦青素分子在細胞膜中形成穿膜,因此可以通過整個分子的碳鏈將活性電子傳遞至細胞外(如圖)。因此具有抑制細胞膜上的脂過氧化、增強免疫系統功能和調節基因表達等功能,此功能已經在很多動物實驗中得到證實。

圖6. 蝦青素在細胞膜中形成穿膜(引自http://truttmd.com/)

圖6. 蝦青素在細胞膜中形成穿膜(引自http://truttmd.com/)

 

(2)消炎作用

雨生紅球藻中提取的蝦青素具有消除細菌感染引起的炎癥反應的作用,如幽門桿菌引起的胃炎,還能降低因炎癥引起的DHA氧化損傷,在肺炎、胃潰瘍、皮膚炎等病癥中也證明了其功效。

 

(3)視力健康

眼睛的黃斑變性認為與光誘導的氧化損傷有關,蝦青素能夠通過血視網膜屏障進入眼球,以其抗氧化能力對此病癥發生作用。另外更深入的研究發現,蝦青素對眼球疲勞引起的酸脹、視力模糊、雙影等癥狀均有效果。

 

(4)糖尿病

蝦青素能夠保護胰臟β-細胞,降低胰臟細胞中因高血糖引起的氧化水平,並提升血漿胰島素水平,恢復糖尿病導致的淋巴細胞機能障礙,通過抑制脂和蛋白氧化使得人臍靜脈內皮細胞具有抑制糖和糖蛋白導致的細胞毒作用,提高自發性糖尿病動物的胰島素敏感度,降低尿蛋白水平,預防糖尿病腎病等。

 

(5)心血管疾病預防

低密度膽固醇(LDL)被認為與動脈粥樣硬化的發生有關,而蝦青素能夠通過提升高密度膽固醇的含量而減低產生動脈粥樣硬化的風險,從而具有維護心血管的健康。同時氧化應激和炎癥反應是動脈粥樣硬化冠心病疾病的病例特征之壹,而蝦青素具有的抗氧化和消炎作用使其有可能成為治療該疾病的藥物原料。另外蝦青素還具有影響血壓,增加血液流動速度,還能抑制某些高膽固醇血脂造成的蛋白氧化。

 

(6)抗癌活性

活性氧如過氧化物、過氧化氫和自由羥基等在正常的有氧代謝中就會產生,而單線態氧由光化學反應催化而來,氫過氧自由基則產生於脂質過氧化。這些氧化物會通過氧化DNA而導致衰老和退化性疾病如癌癥和動脈硬化的發生。

抗氧化物可以通過抑制對細胞的氧化損傷而降低突變和癌變幾率。細胞間某個交聯蛋白的增加可以提升細胞間隙連接,從而降低癌細胞增殖,蝦青素較之斑蝥黃素和β-胡蘿蔔素具有明顯的抗癌活性,能夠明顯提升人體皮膚成纖維細胞的細胞間隙連接。另有研究證明蝦青素能夠抑制細胞死亡、癌細胞增殖、乳腺癌增生、皮膚瘤增生,抑制結腸癌細胞增生並促進其雕亡等等。

 

(7)免疫調節

免疫系統的細胞對自由基破壞非常敏感,而蝦青素可以對抗自由基以維護免疫細胞的防禦能力。在小鼠的實驗中,蝦青素與β-胡蘿蔔素相比具有更高的免疫調節功效;蝦青素具有提高年老動物抗體的產量和降低體液免疫應答的作用;在實驗室研究中發現,蝦青素具有促進人細胞產生免疫球蛋白的功能;在人體實驗中發現,長時期的攝入蝦青素後,可提升某些自然殺傷細胞的活性,T細胞和B細胞的數量提升,DNA損傷降低,C-反應蛋白顯著降低。

目前的研究中,已經在體內或體外得到驗證的蝦青素生物活性有,抗氧化、防紫外輻射、抗皮膚癌、消炎、抗胃癌、保肝、抗糖尿病、心血管保護、免疫應答、神經系統保護等(by RR Ambati?et al.,2014)

 

3.其他

以下是壹些問題,對於探討機理的研究來說,沒有發paper的價值,而對於我們現實中的應用確是意義重大。就老俞掌握的,已經公開出來的資料來說,現有的數據資料還不夠全面,可能是我們下壹階段需要做的工作(當然不排除個別機構已經做了相關的研究,而數據處於保密階段),如果有朋友看到相關的研究報告,煩請告知。

問題如下:

  1. 幾種不同結構的蝦青素之間,其抗氧化活性和其他生物活性差距有多少?
  2. 酯化蝦青素和遊離蝦青素相比,優勢在哪裏?例如被細胞吸收和利用的比例各有多少?
  3. 人體攝入量的問題,有見到過量攝入無法吸收而直接排除體外的情況,是否有能夠促進吸收的輔料物質或方法?
  4. 微膠囊等技術可以提升蝦青素的穩定性,但對吸收有否影響?
  5. 活性越強、保存越難,各種風吹草動產生的氧化物質都會對蝦青素活性產生影響,各種保存條件對蝦青素結構及活性的影響力度有多大?如溫度、光照、保存時間等?這塊有過研究,但是比較粗淺,動力學的數據不夠詳實。
  6. 最後壹個簡單的問題,蝦青素在200℃以上結構會被破壞,那煮熟(100℃以下溫度)蝦殼裏的蝦青素結構是否還完整,活性是否還保持?

參考文獻

(1)Mar. Drugs 2014, 12, 128-152; RR Ambati et al.

(2)http://trace.tennessee.edu/utk_chembiopubs/94; KD Nguyen.

(3)https://www.researchgate.net/publication/242219323; J Wilkinson & T Evans.

(4)The World’s Best Kept Health Secret: Natural Astaxanthin; 2ed, B Capelli & G Cysewski.

 

 

俞建中博士系列藻類科普文章鏈接:

光語帶妳認識微藻 第壹篇——什麽是微藻

光語帶妳認識微藻 第二篇——微藻的商業化開發和應用

光語帶妳認識微藻 第三篇——微藻培養簡介

光語帶妳認識微藻 第四篇——紫球藻

光語帶妳認識微藻 第五篇——雨生紅球藻

光語帶妳認識微藻 第六篇——蝦青素與其功效

光語帶妳認識微藻 第七篇——鹽藻與β-胡蘿蔔素

光語帶妳認識微藻 第八篇——地木耳、發菜和葛仙米

光語帶妳認識微藻 第九篇——微藻與不飽和脂肪酸

光語帶妳認識微藻 第十篇——裸藻(Euglena)

光語帶妳認識微藻 第十壹篇——螺旋藻(壹)

光語帶妳認識微藻 第十二篇—— 小球藻

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