淺談蝦青素的生理功能及其應(yīng)用研究

◎ 張凱淇，于 澤，劉曉倩，劉桐彤，王琳雅，臧渤煦

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理工系，河北 滄州 061100）

迄今為止已發(fā)現(xiàn)600多種天然的類胡蘿卜素（Carotenoids）[1]，其中氧化性類胡蘿卜素—蝦青素（Astaxanthin）極具保健功效，其化學(xué)名稱為3，3′-二羥基-4，4′-二酮基-β，化學(xué)式為C40H52O4，呈艷麗紅色狀。蝦青素又名蝦黃素，廣泛存在于自然界，尤其在水生植物中含量豐富，少量酵母菌和微生物也在體內(nèi)合成[2-3]。蝦青素的功效已被大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，具有很強(qiáng)的抗氧化性，被認(rèn)定為唯一能穿透血腦屏障的類胡蘿卜素，能有效削弱紫外線對(duì)眼睛視網(wǎng)膜和皮膚的損傷[4]。因此，把天然活性物質(zhì)蝦青素應(yīng)用到膳食營養(yǎng)品中，能有效改善人類的健康問題。本文重點(diǎn)介紹蝦青素的起源、結(jié)構(gòu)、功能、吸收和代謝等方面的科學(xué)知識(shí)，并結(jié)合必要的資料及文獻(xiàn)作品，助力于未來蝦青素的開發(fā)和利用。

1 蝦青素的結(jié)構(gòu)特性、來源及存在形態(tài)

1.1 蝦青素的結(jié)構(gòu)特征

蝦青素的化學(xué)結(jié)構(gòu)中包含有很長的共軛不飽和雙鍵，4個(gè)異戊二烯通過共軛雙鍵的方式連接于分子中央，并且兩端存在兩個(gè)α-羥基酮六元環(huán)式結(jié)構(gòu)[5]。蝦青素分子間存在兩個(gè)手性碳原子，每個(gè)碳原子會(huì)產(chǎn)生兩種構(gòu)象，從而會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的3種光學(xué)異構(gòu)體，蝦青素分子中羥基碳鏈的不對(duì)稱性和多個(gè)共軛長鏈的結(jié)構(gòu)使其容易發(fā)生順反異構(gòu)，形成多種旋光異構(gòu)體[6]。順式結(jié)構(gòu)中雙鍵附近的氫原子之間的空間位阻較大，不利于蝦青素的穩(wěn)定存在，因此在自然界中廣泛存在的是全反式蝦青素（All-trans-astaxanthin），甲基結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，其存在不會(huì)對(duì)空間位置造成威脅[7]。但全反式的蝦青素對(duì)光、熱、氧氣等外界因素較敏感，易受紫外線照射的影響而發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)，從而形成多種順式構(gòu)型異構(gòu)體，造成蝦青素生物活性（如抗氧化性能）的降低[8-9]。全反式蝦青素是目前最為穩(wěn)定的一種存在形式，而順式左旋蝦青素相比于其他結(jié)構(gòu)的蝦青素具有更優(yōu)的生物活性[10]。

順式結(jié)構(gòu)大多為化學(xué)合成的蝦青素，而自然界中天然存在的游離態(tài)蝦青素大多是全反式，雖然結(jié)構(gòu)相似，但是蝦青素的光學(xué)構(gòu)型在不同生物體內(nèi)有著顯著性差異。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[11-12]，總結(jié)出不同物種中蝦青素的光學(xué)異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。雨生紅球藻和南極磷蝦體內(nèi)的蝦青素主要是以3S，3’S的構(gòu)型存在，而紅法夫酵母中蝦青素則不存在3S，3’S和3S，3’R構(gòu)型，梭子蟹和日本對(duì)蝦中3S，3’S和3S，3’R兩種構(gòu)型相對(duì)含量較高[13-14]。我們可以看出不同物種間含量存在差異。

圖1 蝦青素光學(xué)異構(gòu)體在不同生物中的相對(duì)百分含量圖

1.2 蝦青素的來源

高等生物體內(nèi)沒有辦法合成蝦青素，一般通過食物來攝取。天然蝦青素主要在微藻類生物和浮游植物體內(nèi)進(jìn)行合成，通過食物鏈層層傳遞，逐級(jí)進(jìn)入高等生物體內(nèi)。不僅如此，一些酵母菌和細(xì)菌也可以自動(dòng)合成蝦青素，但其合成的蝦青素在結(jié)構(gòu)方面存在很大差異。在不同物種體內(nèi)蝦青素含量的測定實(shí)驗(yàn)中，不難發(fā)現(xiàn)雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis）是含有大量天然蝦青素的一種微藻[15]，被視為蝦青素的濃縮品，但其富集蝦青素的過程中，對(duì)水源要求極高。其他幾種常見水產(chǎn)品中總蝦青素的含量如圖2所示，數(shù)據(jù)顯示，南極磷蝦體內(nèi)蝦青素的含量最多，約為120 mg·kg-1，三文魚在幾種水產(chǎn)品中蝦青素含量最少，約為15～20 mg·kg-1[16-17]（均以干重計(jì)）。

圖2 水產(chǎn)品中蝦青素的含量圖

1.3 蝦青素的形態(tài)

自然存在的蝦青素主要有游離態(tài)和酯化態(tài)兩種形態(tài)。大量的數(shù)據(jù)顯示，在不同的物種中，蝦青素的存在狀態(tài)也有所不同?？茖W(xué)家研究表明，蝦青素在鮭魚及鱒魚中的存在形式主要是游離態(tài)[18-19]，在蝦和蟹中則是以酯化態(tài)存在[20-22]。游離態(tài)蝦青素不穩(wěn)定，易被氧化，因此游離態(tài)形式的蝦青素很少在動(dòng)植物體內(nèi)出現(xiàn)。游離態(tài)和酯化態(tài)蝦青素在幾種常見水產(chǎn)資源中所占的百分含量如圖3所示。

圖3 蝦青素及蝦青素酯在不同水產(chǎn)品中的相對(duì)百分含量圖

在圖中我們可以看到，水產(chǎn)品的種類差異可以導(dǎo)致蝦青素的存在形式有所不同，并且蝦青素單酯、蝦青素雙酯、游離蝦青素的含量以及百分比也不盡相同。三文魚和紅法夫酵母中均為游離的蝦青素。

2 蝦青素的生物學(xué)功能及其吸收代謝研究

2.1 蝦青素的生物學(xué)功能

蝦青素的特殊結(jié)構(gòu)使其能夠有效降解活性氧，且猝滅分子氧的能力強(qiáng)。相關(guān)報(bào)道顯示，蝦青素是強(qiáng)大的天然抗氧化劑，其作用機(jī)制主要是抵抗自由基并加速對(duì)自由基的清除作用[23]，經(jīng)研究顯示，蝦青素能抵抗腫瘤[24]、炎癥[25]，治療糖尿病[26]，提高機(jī)體的免疫功能[27]，預(yù)防心腦血管疾病的發(fā)生[28]等功能。

2.2 蝦青素的吸收代謝研究現(xiàn)狀

蝦青素被攝食后在體內(nèi)能否被利用或儲(chǔ)存，主要取決于其分子結(jié)構(gòu)，以及膳食中的脂肪含量等。目前關(guān)于蝦青素在體內(nèi)吸收和代謝的研究較少，體內(nèi)各種結(jié)構(gòu)的蝦青素吸收過程有待進(jìn)一步的探究。根據(jù)已有的大量實(shí)驗(yàn)可知，在進(jìn)食過程中，添加少量油脂可提高蝦青素的生物利用度。此后?STERLIE和CORAL等人[29-30]研究發(fā)現(xiàn)，人們在口服蝦青素后，游離的蝦青素會(huì)在人體血清中與脂蛋白結(jié)合，被人體直接吸收并利用。后來，?STERLIE繼續(xù)探究對(duì)比游離態(tài)蝦青素與蝦青素酯在人體內(nèi)的吸收情況，大量的數(shù)據(jù)顯示，游離態(tài)蝦青素不穩(wěn)定，酯化的蝦青素具有更高的穩(wěn)定性和脂溶性，這一結(jié)論為證明蝦青素酯在體內(nèi)具有與游離蝦青素相同的生物效力奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

研究不同結(jié)構(gòu)蝦青素的作用機(jī)制，不僅對(duì)揭示蝦青素的藥效、生物利用度的影響因素等具有重要意義，而且對(duì)檢驗(yàn)高強(qiáng)度和高生物利用度的蝦青素存在形式具有指導(dǎo)作用。盡管天然蝦青素生產(chǎn)的成本較高，近幾年供不應(yīng)求，導(dǎo)致合成蝦青素占據(jù)大片市場，但隨著市場對(duì)天然蝦青素的需求逐漸加大，且其在保健食品、化妝用品、防曬用品及生物醫(yī)藥等行業(yè)都有著廣闊的研發(fā)前景，相信天然蝦青素資源定會(huì)實(shí)現(xiàn)高值化利用和規(guī)模化生產(chǎn)。