网站主页 > 虾青素 > 新闻专题 > 虾青素的生物活性

虾青素的生物活性

发布日期:2019/5/30 9:35:11

背景及概述[1]

虾青素是一种酮或类胡萝卜素,色泽为粉红色,具脂溶性,不溶于水,可溶于有机溶剂。它广泛存在于生物界中,特别是水生动物如虾、蟹、鱼和鸟类的羽毛中,起显色的作用。虾青素是一种非维生素A源的类胡萝卜素,在动物体内不能转化为维生素A。但虾青素是一种断链抗氧化剂。具有极强的抗氧化能力,可以清除NO2、硫化物、二硫化物等,也可降低脂质过氧化作用,有效的抑制自由基引起的脂质过氧化虾青素。

据报道本品有抑制肿瘤发生,增强免疫力,清除体内自由基等多方面的生理作用,对紫外线引起的皮肤癌有很好的治疗效果,对糖尿病引起的眼病也有防治作用,在保健品、医药、化妆品、食品添加剂以及水产养殖等方面具有广阔的应用前景。虾青素除利用生物提取法获得外,也可用化学合成法,也可利用藻类、细菌、酵母等生产。此外应用DNA重组技术构建高产虾青素基因工程也在研究中。

结构

来源[2]

1. 人工合成

虾青素是类胡萝卜素合成的终点,B一胡萝卜素需要加上2个羟基和2个酮基才能转变为虾青素,人工化学合成较困难。虾青素具有3s.3’S、3R一3’S、3R,3’R(也称为左旋、内消旋、右旋)3种异构体,其中,人工合成的虾青素为3种结构的混合体,抗氧化活性极少。

2. 生物来源

天然虾青素主要存在于藻类、酵母菌、三文鱼、鳟鱼、虾等,生物来源的虾青素使用安全,具有环境友好性,有广阔的发展前景。目前,天然虾青素主要依靠微生物发酵生产,能产虾青素的微生物包括:真菌担子菌纲的发夫酵母属,两株同化烃类的细菌和生长在氮缺乏环境下的绿藻类。

雨生红球藻是一种重要的虾青素产生菌,它是自然界中虾青素含量最丰富的生物,虾青素含量可达干重的3.0%,约占类胡萝卜素总量的90%以上,被誉为天然虾青素的“浓缩品”。而且,藻源虾青素是100%左旋,具有较强的生物学活性。雨生红球藻所处生长环境的不同也会对其虾青素的含量产生影响,比如在氮源缺乏的环境中,能够大量积累虾青素。此外,雨生红球藻生存力强、生长速率快、耐高温且易于户外培养,在虾青素大规模生产工艺中颇具潜力。

生物活性[2]

1. 抗氧化活性

机体的正常有氧代谢会产生自由基和活性氧(reaetireoxygenspecies,ROS),因其含非配对电子,极不稳定,有很强的生物活性,过量的氧化分子会与蛋白质,脂质和DNA发生链式反应,造成氧化损伤。虾青素是单线态氧的强大猝灭剂,可以清除氧自由基,是一种强大的抗氧化剂。

通过比较虾青素、叶黄素、玉米黄质、B一胡萝卜素和番茄红素对多不饱和脂肪酸作用下膜脂过氧化氢生成浓度的影响,非极性类胡萝卜素,如番茄红素和B一胡萝卜素会使脂质过氧化物水平升高85%,促进氧化剂对细胞脂质双分子层的损伤,而虾青素能使脂质过氧化物水平降低40%。

一项动物研究用雨生红球藻粉饲喂大鼠,结果显示,其过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶等在血浆和肝细胞中的浓度显著升高。8一羟基鸟嘌呤可作为DNA氧化损伤的标志物, B.胡萝卜素、玉米黄质、番茄红素和虾青素可以降低氧化鸟嘌呤核苷水平。

2. 抗炎活性

虾青素具有强大的抗氧化作用,可以通过调控机体自由基和抗氧化剂之间的平衡发挥间接的抗炎作用。幽门螺杆菌感染可引起胃黏膜的炎症,感染后机体一般难以将其清除而变成慢性感染,而且,幽门螺杆菌感染可以增加胃溃疡、十二指肠溃疡甚至是胃癌的发病风险。有研究报道,富含虾青素的藻类饮食可以抑制BALB/e小鼠的幽门螺杆菌感染,减轻胃部炎症程度。

一项为期8w的双盲随机对照临床试验,选取健康的成年女性为研究对象,结果显示,虾青素可以显著降低DNA损伤的标记物的水平,并能降低血浆c反应蛋白浓度,证实了虾青素对人体的抗炎作用。

3. 预防动脉粥样硬化相关疾病

氧化应激和炎症是动脉粥样硬化性心脏病的重要病理生理特征,而虾青素强大的抗氧化和抗炎活性也提示其潜在的抗动脉粥样硬化的作用。低密度脂蛋白(1owdensitylipoprotein,LDL)的氧化是导致动脉硬化的重要原因,而高密度脂蛋白(highdensitylipoprotein,HDL)与冠心病的危险性呈负相关,高水平的HDL能预防动脉粥状硬化。研究表明,虾青素能够显著升高HDL并能降低LDL水平,所以虾青素可能对动脉硬化、冠状动脉粥样硬化性心脏病有一定的预防作用。

4. 抗癌活性

癌症是一种多致病因素疾病,其发病与遗传、接触致癌物、氧化损伤、基因突变等因素有关。研究饲料中添加虾青素对致癌物氧化偶氮甲烷所致大鼠结肠癌形成过程中的作用,其结果显示,虾青素可以显著降低结肠癌的发病率,并能抑制畸变隐窝病灶的形成,抑制癌细胞的增殖。研究发现,虾青素可以预防化学物质诱导的仓鼠颊袋肿瘤的发生,并初步探索其机制可能与Nrf2/Keap.1信号通路的激活有关。

另外,虾青素能够抑制乳腺癌的生长,而其他类胡萝卜素如B.胡萝卜素和角黄素则不具备这一功能。总之,越来越多的研究表明,虾青素具有抑癌、抗癌作用,这些作用主要体现在虾青素预防肿瘤的发生、抑制肿瘤细胞增殖、促进肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤转移、增强免疫、增加细胞间通讯等方面。

5. 增强免疫功能

细胞膜上含多不饱和脂肪酸,易于发生脂质过氧化,从而导致细胞膜的流动性和通透性发生改变,最终改变细胞的结构和功能,而虾青素因其独特的分子结构,可以插入到脂质双分子层,所以与B胡萝卜素和维生素C相比,可以更好地抑制细胞膜上的脂质过氧化,保护细胞膜的结构。免疫细胞对自由基损伤非常敏感,自由基会促进巨噬细胞细胞膜的降解,而损害其吞噬功能。抗氧化物尤其是虾青素可以保护免疫系统免受自由基的损害。

裴凌鹏等发现,虾青素可以增加S180荷瘤小鼠免疫器官的脏器指数、肿瘤抑制率,并能明显增强T淋巴细胞百分数,增强其免疫功能。陈立武等也通过动物实验表明虾青素可以增加脾细胞的数量,增强其对肿瘤细胞的杀伤作用。对于原代培养的淋巴细胞,虾青素可以促进脂多糖诱导的干扰素产生,动物实验也表明,虾青素会增加IL-2的产生,并能促进脂多糖诱导的淋巴细胞的增殖。

并有研究提示,虾青素可以增强脾脏细胞对抗原的免疫应答,增强抗体的生成,促进有丝分裂原诱导的淋巴细胞的增殖,增强NK细胞的细胞毒性,并能增加外周血中T淋巴细胞和B淋巴细胞的总数。一项细胞实验也证实虾青素可以促进脾脏细胞和胸腺细胞的增殖,尤其显著增强脾脏细胞产生多克隆抗体,促进肿瘤坏死因子OL和白细胞介素的释放,因此,虾青素具有促进免疫细胞增殖和增强免疫的作用。

6. 其他

虾青素可以改善骨质量,抑制大鼠去卵巢骨质疏松的发生,具有类似雌激素的效应。

生物安全性[2]

食物来源的虾青素是较安全的,但虾青素是脂溶性的,会在动物组织中积累,大量摄人会使皮肤呈黄色甚至是略带红色,同时补充脂类制剂会增加其生物活性,但未发现毒副作用。大剂量的虾青素对血小板、凝血和纤溶功能没有不良影响。常规推荐虾青素的摄人量为2~4mg/d,一项临床试验选用的红球藻来源的虾青素剂量为6mg/d,未发现任何不良影响。另一项临床研究也发现,人服用红球藻提取虾青素40mg/d,连续服用4w并未发现任何不良副作用。

制备[1]

一种从法夫酵母中分离纯化虾青素的方法,包括以下步骤:

步骤一、法夫酵母菌体破壁:采用二甲基亚砜对法夫酵母菌体破壁,破壁条件为:菌体与二甲基亚砜按质量体积比,即g/ml,比例为1/2,在55℃温度下,破壁5min;

步骤二、丙酮粗提虾青素:破壁后用丙酮按料液比1:15提取,所述料液比为法夫酵母菌体与丙酮的质量体积比,即g/ml,提取2次,合并提取液,低温旋转蒸发去除丙酮,残留的组分为二甲基亚砜溶解的虾青素粗提物,残留组分即为虾青素一次粗提液;

步骤三、脱脂及去除低极性类胡萝卜素:用石油醚萃取虾青素一次粗提液,萃取比例为虾青素一次粗提液:石油醚体积比1:2,萃取次数为2次,弃去上层石油醚,收集下层溶液,下层溶液即为虾青素二次粗提液;

步骤四、去除二甲基亚砜:虾青素二次粗提液与预冷到4℃的饱和氯化钠水溶液按体积比1:3.5混合,混合液用乙酸乙酯进行萃取,乙酸乙酯的用量为虾青素二次粗提液的3倍体积;收集乙酸乙酯相,低温旋转蒸发至干,制得纯度较高的虾青素粉末;

步骤五、结晶:将步骤四制得的虾青素粉末,加入二氯甲烷溶解,以溶解完虾青素粉末为止,再往溶液中加入甲醇至有结晶析出为止,静置,二氯甲烷自然挥发,使得虾青素晶体析出;在4℃、9961×g离心条件下,离心10min,收集底部结晶即为虾青素。

主要参考资料

[1] 现代药学名词手册

[2] 虾青素来源及生物活性的研究进展

[3] CN201410058649.9 一种从法夫酵母中分离纯化虾青素的方法