蝦青素（Astaxanthin），又名蝦黃素、蝦黃質(zhì)，是蝦蟹外殼、牡蠣、鮭魚及某些藻類中含有的類胡蘿卜素含氧衍生物，能有效地淬滅活性氧，具有較高的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值。早在二十世紀(jì)三十年代，研究者從蝦蟹的殼中分離出蝦青素，但其生理功能直到二十世紀(jì)八十年代才引起廣泛重視，經(jīng)動(dòng)物和臨床實(shí)驗(yàn)研究表明，蝦青素具有較強(qiáng)的抗氧化、抗癌抑癌、增強(qiáng)免疫、預(yù)防心血管疾病等保健功能，具有廣闊的應(yīng)用前景。
01
蝦青素的理化性質(zhì)
晶體狀蝦青素為粉紅色，熔點(diǎn)為215 ℃~216 ℃，不溶于水，具脂溶性，易溶于氯仿、丙酮、苯等有機(jī)溶劑。蝦青素分子結(jié)構(gòu)中的共軛雙鍵鏈及其末端的不飽和酮基和羥基，具有比較活潑的電子效應(yīng)，能吸引自由基未配對(duì)電子或向自由基提供電子，從而清除自由基，具有強(qiáng)抗氧化作用。
該結(jié)構(gòu)也使其易與光、熱、氧化物發(fā)生作用，結(jié)構(gòu)改變后降解為蝦紅素。研究發(fā)現(xiàn)，可見光對(duì)蝦青素影響較小，而紫外光對(duì)蝦青素有很大的破壞作用；70 ℃以下，溫度對(duì)蝦青素的影響較小，70 ℃以上，蝦青素開始受熱破壞；在pH4~11范圍內(nèi)，pH值對(duì)蝦青素的影響很小，pH＜3或pH＞13蝦青素開始降解；Ca2＋、Mg2＋、K＋、Na＋、Zn2＋等金屬離子對(duì)蝦青素基本沒有影響，F(xiàn)e2＋、Fe3＋、Cu2＋對(duì)蝦青素有明顯地破壞作用，其中Fe3＋影響最大。
蝦青素主要以游離態(tài)和酯化態(tài)形式存在。游離態(tài)蝦青素極不穩(wěn)定，易被氧化，通?；瘜W(xué)合成的蝦青素為游離態(tài)形式。酯化態(tài)蝦青素是由于蝦青素末端環(huán)狀結(jié)構(gòu)中各有一個(gè)羥基易于與脂肪酸形成酯而穩(wěn)定存在，水生動(dòng)物皮膚和外殼上的蝦青素、雨生紅球藻、紅酵母中蝦青素都主要以酯化態(tài)為主，酯化態(tài)蝦青素根據(jù)其結(jié)合的脂肪酸不同分為蝦青素單酯和蝦青素二酯。蝦青素酯化后，其疏水性增強(qiáng)，雙酯比單酯的親脂性強(qiáng)；同時(shí)酯化態(tài)蝦青素會(huì)與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物，產(chǎn)生不同的顏色。
02
蝦青素的功能特性
近年來，隨著蝦青素的重要生理功能及巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值逐漸被人們所認(rèn)知，國(guó)內(nèi)外對(duì)蝦青素功能性質(zhì)的研究日益增多，尤其是在抗氧化、抗癌抑癌、增強(qiáng)免疫、抗高血壓、預(yù)防心血管疾病、防紫外線輻射等方面。
2.1 抗氧化
蝦青素是一種鏈斷裂型抗氧化劑，具有極強(qiáng)的抗氧化作用。機(jī)體在正常生命活動(dòng)如呼吸鏈電子傳遞、體內(nèi)其他物質(zhì)氧化過程中可產(chǎn)生少量氧自由基，在受到化學(xué)試劑、紫外輻射等刺激情況下，會(huì)產(chǎn)生大量氧自由基。這些自由基能引起生物膜上的脂質(zhì)過氧化、氨基酸氧化、蛋白質(zhì)降解和DNA損傷，還能使細(xì)胞膜上的不飽和脂肪酸發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而影響細(xì)胞的構(gòu)成。蝦青素不但可以淬滅單線態(tài)氧，直接清除氧自由基，還能阻斷脂肪酸的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
研究發(fā)現(xiàn)，多種類胡蘿卜素猝滅分子氧的能力強(qiáng)弱排序?yàn)椋何r青素＞α-胡蘿卜素＞β-胡蘿卜素＞紅木素＞玉米黃質(zhì)＞黃體素＞膽紅素＞膽綠素。Lee等通過比較共軛雙鍵數(shù)不同的葉黃素、玉米黃質(zhì)、番茄紅素、異玉米黃素和蝦青素5種類胡蘿卜素及其衍生物在豆油光氧化作用中淬滅活性氧的作用，發(fā)現(xiàn)淬滅活性氧的能力具有隨共軛雙鍵的增加而增加的特性，并且蝦青素的淬滅性能最強(qiáng)。也有研究人員應(yīng)用硫代巴比妥酸法，以含亞鐵離子的血紅素蛋白作為自由基產(chǎn)生者、亞油酸為接受者，檢測(cè)各受試類胡蘿卜素及其衍生物和α-生育酚（VE）清除自由基的半數(shù)效應(yīng)劑量ED50（見表1），同樣發(fā)現(xiàn)蝦青素具有最強(qiáng)的清除自由基能力。
近年來也有不斷的研究證明，蝦青素的抗氧化作用較α-生育酚強(qiáng)百倍以上，有“超級(jí)VE”之稱。同時(shí)，蝦青素能有效地防止磷脂和其它脂類的過氧化。此外，蝦青素也可以增加抗氧化酶活性和蛋白質(zhì)表達(dá)，不同劑量蝦青素使動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)過氧氫化酶和超氧化歧化酶的蛋白表達(dá)均有顯著增加，其生物學(xué)活性也有明顯提高。
2.2 抗癌
通過對(duì)膳食類胡蘿卜素?cái)z入量和癌癥發(fā)病率或死亡率之間關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)癌癥發(fā)病率或死亡率與類胡蘿卜素的攝入量呈顯著負(fù)相關(guān)[14]。Nishino[15]比較各種類胡蘿卜素的抗癌活性, 得出蝦青素的抗癌作用效果最強(qiáng)的結(jié)論。Savoure等的研究證明了蝦青素抑制腫瘤發(fā)生的效應(yīng)在于對(duì)腫瘤增殖的抑制。目前，研究表明細(xì)胞間隙連接通訊（Cell Gap Junction Communication）對(duì)細(xì)胞的正常增殖分化及組織自身穩(wěn)定起著重要調(diào)節(jié)作用，其功能的抑制或破壞是促癌變階段的重要機(jī)制。蝦青素的抗癌作用正是與其誘導(dǎo)細(xì)胞間隙連接通訊的能力密切相關(guān)，它可以通過加強(qiáng)正常細(xì)胞間的連接能力，孤立癌細(xì)胞，減少癌細(xì)胞間的聯(lián)系，以控制其生長(zhǎng)，防止腫瘤轉(zhuǎn)化。
國(guó)內(nèi)外大量研究結(jié)果也進(jìn)一步表明蝦青素對(duì)多種癌癥有顯著的抑制或預(yù)防作用，如Tanaka等通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)觀察到蝦青素對(duì)口腔癌和膀胱癌有預(yù)防作用；Gradelet等研究結(jié)果表明蝦青素在抑制肝癌方面有顯著效果；也有研究表明蝦青素可防止人成纖維細(xì)胞（1BR-3）、黑素細(xì)胞（HEMAc）和腸CaCo-2細(xì)胞中由紫外線輻射導(dǎo)致的DNA損害，從而減少皮膚癌的發(fā)生。
2.3 增強(qiáng)免疫
Jyonouchi等關(guān)于蝦青素和類胡蘿卜素對(duì)小鼠淋巴細(xì)胞體外組織培養(yǎng)系統(tǒng)的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)的研究中，發(fā)現(xiàn)蝦青素具有很強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)作用。實(shí)驗(yàn)表明蝦青素可顯著促進(jìn)小鼠脾細(xì)胞對(duì)胸腺依賴抗原（TD-Ag）反應(yīng)中抗體的產(chǎn)生，提高依賴于T專一抗原的體液免疫反應(yīng)的結(jié)論。
同時(shí)，人體血細(xì)胞的體外研究中也發(fā)現(xiàn)蝦青素和類胡蘿卜素均顯著促進(jìn)TD-Ag刺激時(shí)的抗體產(chǎn)生，分泌IgG和IgM的細(xì)胞數(shù)增加，而補(bǔ)充蝦青素可以部分恢復(fù)老年小鼠對(duì)TD-Ag反應(yīng)時(shí)的抗體產(chǎn)生，有助于恢復(fù)老齡動(dòng)物的體液免疫。
Chew等關(guān)于小鼠攝食β-類胡蘿卜素、蝦青素和斑蝥黃對(duì)脾細(xì)胞功能影響的研究結(jié)果顯示，β-類胡蘿卜素和蝦青素有明顯增強(qiáng)小鼠脾淋巴細(xì)胞功能的作用，以增強(qiáng)機(jī)體免疫力。
另外，蝦青素還能提高人體免疫球蛋白的產(chǎn)生，以及增強(qiáng)小鼠釋放白細(xì)胞介素-1和腫瘤壞死因子的能力，其作用比β-胡蘿卜素和角黃素更強(qiáng)。因此，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。
2.4 抗高血壓
Hussein等 [27]研究蝦青素對(duì)自發(fā)性高血壓大鼠（SHR）的抗高血壓效應(yīng)，結(jié)果表明，連續(xù)喂食蝦青素14 d，可使SHR動(dòng)脈血壓顯著降低；對(duì)易卒中SHR連續(xù)喂蝦青素（50 mg·kg-1）5周，其血壓顯著降低，同時(shí)也延遲了SHR卒中的發(fā)生。
關(guān)于蝦青素抗高血壓效應(yīng)的作用機(jī)制，有研究顯示，蝦青素可以調(diào)節(jié)血液流變性，包括交感神經(jīng)腎上腺素受體通路，保證α-腎上腺素受體敏感的正?；?，以及減弱AngⅡ和活性氧引起的血管收縮能力，以此來修復(fù)血管緊張狀態(tài)，達(dá)到抗高血壓效應(yīng)。
Harry等以朱克脂肪酸大鼠（ZFR）為模型開展實(shí)驗(yàn)，證明蝦青素具有抗高血壓和減少腎素-血管緊張素系統(tǒng)（RAS）活動(dòng)的能力。
2.5 預(yù)防心血管疾病
臨床醫(yī)學(xué)研究表明，低密度脂蛋白（LDL）的氧化是導(dǎo)致動(dòng)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，機(jī)體患動(dòng)脈硬化的風(fēng)險(xiǎn)就越大[30]。通常LDL以非氧化狀態(tài)存在，氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）可使細(xì)胞轉(zhuǎn)化成泡沫細(xì)胞并且出現(xiàn)脂紋，而炎性血管壁泡沫細(xì)胞的存在將導(dǎo)致氧化能力增強(qiáng)、周圍平滑肌細(xì)胞增生以及動(dòng)脈變窄。
流行病學(xué)和臨床數(shù)據(jù)表明，膳食中的抗氧化劑能預(yù)防心血管疾病。這也是蝦青素能有效預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化的重要原因。此外，蝦青素還可減少巨噬細(xì)胞在動(dòng)脈斑塊中的滲入，防止粥樣物的形成，起到穩(wěn)定斑塊的效應(yīng)。Murillo等通過研究發(fā)現(xiàn)，蝦青素在機(jī)體內(nèi)具有顯著升高HDL、降低LDL的功效。因此，蝦青素具有預(yù)防動(dòng)脈硬化、冠心病和缺血性腦損傷等心血管疾病的作用。
2.6 防紫外線輻射
研究表明，皮膚等組織暴露于強(qiáng)光尤其是紫外光下，可導(dǎo)致細(xì)胞膜及組織產(chǎn)生單原子氧和自由基，使機(jī)體受到氧化損傷。
當(dāng)機(jī)體從食物中攝取充足的抗氧化劑如β-胡蘿卜素為代表的類胡蘿卜素時(shí)，則能有效降低這些傷害。自然界中的類胡蘿卜素在保護(hù)組織、抵御紫外光氧化中起著重要作用。
而蝦青素則具有比β-胡蘿卜素和葉黃素等更有效地防止紫外線輻射傷害的特性；另一方面，蝦青素對(duì)谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶（Transglutaminase）具有特殊作用，能夠在皮膚受到光照時(shí)消耗腐胺，以防止腐胺的積累。
在日本，針對(duì)蝦青素進(jìn)行了相應(yīng)的皮膚保護(hù)試驗(yàn)，結(jié)果顯示，蝦青素對(duì)皮膚張力、潤(rùn)濕度、色調(diào)、彈性、光滑度等方面，均有明顯改善效果。因此，蝦青素可作為潛在的紫外線輻射保護(hù)劑，對(duì)于保護(hù)細(xì)胞膜和線粒體膜免受氧化損傷，阻止皮膚光老化，維護(hù)皮膚健康起著重要的作用。
03
在功能性食品中的應(yīng)用
國(guó)內(nèi)外大量研究表明，蝦青素可有效清除肌細(xì)胞中因運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的自由基，強(qiáng)化需氧代謝，具有顯著的抗疲勞和延緩衰老的作用；能顯著提高人體免疫力；是惟一能通過血腦屏障的類胡蘿卜素，具有對(duì)眼睛抗氧化保護(hù)優(yōu)勢(shì)，具有多種重要而獨(dú)特的保健功能特性。還能以新型功能性食品添加劑的身份，作為食品著色劑、抗氧化劑等，提升食品品質(zhì)，增強(qiáng)食品的感觀。
3.1 在抗衰老功能食品中的應(yīng)用
機(jī)體衰老主要是由線粒體中鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)中產(chǎn)生的大量自由基引起，若不及時(shí)清除將導(dǎo)致線粒體氧化損傷，加速機(jī)體細(xì)胞的衰老。蝦青素具有極強(qiáng)的抗氧化活性，可以高效的清除氧自由基，其效率是VE的100多倍。
蝦青素不僅保持了強(qiáng)抗氧化能力，還能減緩與年齡有關(guān)的功能衰退，幫助抵抗衰老。因此，將蝦青素添加入到功能食品中，將有助于預(yù)防器官衰老引起的一系列疾病，改善人們的健康狀況。
目前，國(guó)外已開展蝦青素抗衰老功能性食品研發(fā)，例如美國(guó)Cyanotech公司推出的Derma Astin（黛瑪）天然蝦青素膠囊等。
此外蝦青素還與美容因子組合搭配，生產(chǎn)抗衰老的美容食品，與化妝品搭配使用，增強(qiáng)其抗衰老效果。據(jù)調(diào)查，90%國(guó)際一線化妝品品牌都推出了含蝦青素的美容食品，如資生堂的“活顏G+C”。
3.2 在增強(qiáng)免疫功能食品中的應(yīng)用
蝦青素能在有抗原存在時(shí)顯著促進(jìn)脾細(xì)胞產(chǎn)生抗體的能力，增強(qiáng)T細(xì)胞刺激人體內(nèi)血細(xì)胞免疫球蛋白的產(chǎn)生。
在抗原入侵初期，蝦青素還能增強(qiáng)特異性體液免疫反應(yīng)。蝦青素具有最佳誘導(dǎo)細(xì)胞分裂的活性，能提高人體免疫球蛋白的產(chǎn)生，具有重要的免疫調(diào)節(jié)作用。Goswami等發(fā)現(xiàn)蝦青素可以作為免疫調(diào)節(jié)劑發(fā)揮巨大效用。
因此，將蝦青素應(yīng)用于增強(qiáng)機(jī)體免疫保健食品中，是開發(fā)蝦青素重要方向。日本已經(jīng)推出多種蝦青素產(chǎn)品，如Fancl品牌的“蝦青素30日”等增強(qiáng)免疫功能營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)品。
日本Suntory公司應(yīng)用蝦青素與其他功能提取物組配的方法，生產(chǎn)出多種功能性作用更高的新產(chǎn)品。如蝦青素與其它類胡蘿卜素組配，以強(qiáng)化其免疫力。
3.3 在護(hù)眼功能食品中的應(yīng)用
引起視覺傷害甚至失明的主要疾病為與年齡相關(guān)的視黃斑退化（AMD）和老年白內(nèi)障，這兩種疾病都與眼睛內(nèi)部光氧化過程有關(guān)，人類視網(wǎng)膜中含有的多不飽和脂肪酸和高濃度氧比其它任何組織都高，當(dāng)高能量藍(lán)光作用于視網(wǎng)膜時(shí)，由光氧化產(chǎn)生的單線態(tài)氧和氧自由基就將會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜產(chǎn)生過氧化損傷。
對(duì)于人和其他動(dòng)物而言，膳食中的類胡蘿卜素是保護(hù)眼睛健康所必需的，可將這些損傷性的活性氧淬滅，幫助視網(wǎng)膜抵抗氧化損傷。研究表明，蝦青素能通過血腦屏障，有效防止視網(wǎng)膜的氧化和感光器細(xì)胞的損傷，說明蝦青素在預(yù)防和治療“年齡相關(guān)性黃斑變性”、改善視網(wǎng)膜功能方面具有良好效果。
因此，蝦青素應(yīng)用于保護(hù)視力，維護(hù)眼睛健康的功能食品是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)課題。如日本將蝦青素與藍(lán)莓提取物組配, 以強(qiáng)化對(duì)視力的保護(hù)效果；美國(guó)已開發(fā)出天然蝦青素膠囊等產(chǎn)品面世，致力于保護(hù)視力，改善衰老性視網(wǎng)膜黃斑變性。
3.4 在功能性食品添加劑中的應(yīng)用
在食品工業(yè)中，蝦青素不僅可以作為免疫增強(qiáng)劑、抗衰老劑等功能成分添加入食品，還能夠有效的起到保鮮、保色、保味、保質(zhì)等作用，作為食品的著色劑、抗氧化劑等。用以保持食品的原有營(yíng)養(yǎng)成分不受破壞損失或改善感官性狀，增強(qiáng)食品對(duì)消費(fèi)者的吸引力。
蝦青素系脂溶性色素，呈艷麗的紅色，自然逼真，具有極強(qiáng)的色素沉積能力，著色力強(qiáng)，安全無毒，用量少，無異味，口感好?？梢杂糜诤芏啾＝∑返闹约八幤且?、膠囊的著色。也可直接用于食品，如食用油脂、人造奶油、冰淇淋、糖果、糕點(diǎn)、掛面、調(diào)料等尤其是含脂類較多的食品，既有良好的著色效果又有顯著的保質(zhì)作用。也可用于飲料著色，特別是對(duì)含VC的果汁最適用。
在日本，蝦青素作為功能性食品添加劑的使用已比較普遍，含蝦青素的紅色油劑廣泛用于蔬菜、海藻和水果的腌漬，在飲料、面條、調(diào)料著色等也有報(bào)道。
04
結(jié)語(yǔ)與展望
國(guó)內(nèi)外大量研究證明，蝦青素在人體中具有潛在的特殊保健功效，使得蝦青素越來越受到人們的青睞。目前，蝦青素主要來源包括化學(xué)合成和天然提取兩種。
化學(xué)合成蝦青素同天然蝦青素在結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、應(yīng)用及安全性等方面均有一定的差異，其穩(wěn)定性、抗氧化性、著色性等重要性質(zhì)明顯低于天然蝦青素，天然蝦青素的高效提取制備是今后蝦青素發(fā)展的重點(diǎn)，特別是利用酵母、藻類等微生物工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)蝦青素，生產(chǎn)周期短，前景廣闊。因此，篩選高產(chǎn)菌株，改進(jìn)發(fā)酵工藝，適時(shí)引入基因改良技術(shù)，提高產(chǎn)量，降低成本，將極大有助于蝦青素的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。
蝦青素在功能食品領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)外主要將其功效定位于強(qiáng)化免疫、抗癌、抗衰老、保護(hù)視網(wǎng)膜、抗炎、預(yù)防血液低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）的氧化損傷等方面，研發(fā)生產(chǎn)了許多含有蝦青素的保健營(yíng)養(yǎng)食品、膳食補(bǔ)充劑等。而我國(guó)仍處于初級(jí)起步階段。隨著對(duì)蝦青素功能性質(zhì)研究的深入、生產(chǎn)技術(shù)的提高完善，同時(shí)結(jié)合我國(guó)傳統(tǒng)“藥食同源”的理念，利用蝦青素開發(fā)功能性營(yíng)養(yǎng)食品，將具有極好的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的發(fā)展意義。
來源：食品原料供需服務(wù)、食品工業(yè)科技
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