天然类胡萝卜素的研究进展_李福枝

2.2 类胡萝卜素在藻类中的分布
类胡萝卜素广泛存在于藻类中 , 主要以 β -胡萝 卜素 最 多 。 产 类 胡 萝 卜 素 的 藻 类 有 :泥 生 颤 藻 (O.limosa)、地木耳 (Nostoccommume)、巨大 螺旋藻 (Spirulina maxima)、 柱 胞 鱼 腥 草 (Anabaena cylindrical)、水华鱼 腥草 (A.variabillis)、佛氏 绿胶藻 (Chloroglocafrisschii)、杜氏藻 (Dunaliella)等[ 8] 。 目 前 , 已经用来生产类胡萝卜素的藻类主要有杜氏藻 。 杜氏藻属于绿藻纲 , 团藻目 , 杜氏藻属 , 为单细胞绿 藻 。杜氏藻广泛存在于淡水 、盐甚至高浓度的环境 中 , 其耐盐浓度范围很宽 。 它含有的类胡萝卜素主 要有 β-胡萝卜素和黄体素 , 此外还有花药黄素 、玉 米黄素 、紫黄素 、α-类胡萝卜素 、顺式 γ-类胡萝卜素 等 , β -胡 萝 卜 素 还 含 有 多 种 异 构 体 。 美 国 的 MicrobioResource公司 (MRI)于 1983年开始利用杜 氏藻生产类胡萝卜素 , 从此以后 , 杜氏藻生产类胡萝
细菌中利用较多的 是光合细菌 , 包 括着色杆菌 科 、外硫红螺菌科 、紫色非硫菌科 、螺旋杆菌科 、绿色 硫细菌 、多细胞丝状绿色硫细菌 、含细菌叶绿素 a的 好氧光合细菌 , 其中研究 的较多的是沼泽红假单胞 菌 (R.palustris)、深红红螺菌 (R.rubrum)、玫瑰色红游 动菌 (R.roseus)等 [ 10] 。 光 合细菌体 内没有叶 绿体和 类囊体 , 但是具双层膜的类似叶绿体的结构 , 在此结 构中有类似于植物叶绿素 a的光合色素 —细菌叶绿 素 , 有的还有大量的类胡萝卜素 。 其中类胡萝卜素 种 类 主 要 有 :玫 红 品 (Rhodopin)、 球 形 烯 (spheroidene)、螺 菌黄 素 (sprilloxanthin)、视 紫红 醇 (Rhodopsinol), 番茄红素 (lycopene)等 。
2 类胡萝卜素在自然界中的分布情况
2.1 类胡萝卜素在高等植物中的分布
类胡萝卜素作为光合色素的辅助色 素 , 广泛存 在于高等植物中 , 主要是以光合色素-蛋白质复合体 的形式存在于高等植物的叶 绿体中 , 可以说所有有 叶绿素的地方就有类胡萝卜素 。 如许多黄色或橙色 的高等植物花瓣和果实的颜色均源于存在于其组织 细胞之中的类胡萝卜素化合物 , 如番茄 、柑橘 、辣椒 、 胡萝卜 、玉米 、胭脂树种子 。 所有高等植物的叶子都 包含有相同的主要类胡萝卜素 , 如 β -胡萝卜素 、叶 黄素 、紫黄素 、新黄质等 , 其比例有所不同 。
1 类胡萝卜素的结构 、种类 、性质和生理功能
1.1 类胡萝卜素的结构和种类
类胡萝卜素 (carotenoids)是一类 C40类萜化合物 及其衍生物的总称 , 由 8个类异戊二烯单位组成 , 呈 黄色 、橙红色或红色的色素 。 类胡萝素 可分成 4个 亚族 :胡萝卜素 , 如 α-、β -、γ-胡萝卜素 、番茄红素 ; 胡萝卜醇 , 如 叶黄素 、玉质 、虾青素 ;胡 萝卜醇 的酯 类 , 如 B-阿朴-胡萝卜酸酯 ;胡萝卜酸 , 如藏红素 、胭 脂树 [ 3] 。 所有的类胡萝卜素都可由番茄红素通过氧 化 、氢化 、脱氢 、环化 , 以及碳架重排 、降解衍生而来 。 类胡萝卜素也可以分为胡萝卜素 (carotenes)和叶黄 素 (xanthophylls)两大类 , 其中叶 黄素是氧化了的胡 萝卜素 , 分子含有一个或多个氧原子 , 形成羟基 、羰 基 、甲氧基或环氧化物 。 图 1是几种 常见的类胡萝 卜素分子结构式 , 包括番茄红 素 (lycopene)、玉米黄 素 (zeaxanthin)、全反式-β -类胡萝卜素 (alltrans-β carotene)、花 药黄素 (antheraxanthin), 、α-类胡萝卜 素 (α-carotene)、紫 黄 素 (violaxanthin)、角 黄 素 (canthanxanthin)。
综 述
食品工业科技 Vol.28 , No.09 , 2007
天然类胡萝卜素的研究进展
李福枝 , 刘 飞 ＊ , 曾晓希 , 李小龙 , 张凤琴 (湖南工业大学包装与印刷学院绿色包装与生物纳米技术应用重点实验室 , 湖南株洲 412008)
摘 要 :综述了天然类胡萝卜素的结 构 、分类 、性 质和生理 功能 , 类 胡萝卜素在自然界 的分 布情况 、提取 和分 析检 测方法 、后 加工方式 、生物合成途径 、相关 基因及其 遗传工程 的研究 , 最后对天然类胡萝卜素的研究做了总结和展望 。
2.4 软体动物壳内的虾青素
虾青素 (Astaxanthin)是类胡萝卜素中的一种 , 类 似维生素 E, 为脂溶性抗氧剂 , 主要存在于软体动物 的壳内 , 没有毒副作用 , 它清除自由基的效率与角黄 质相当 , 比 β-胡萝卜素和玉米黄质高 50%, 清除过 氧化氢自由基和防止脂质过氧化的能力明显优于玉 米黄质 、角黄质和 β -胡萝卜素[ 11] 。 我国福建石狮及 广东湛江地区的虾壳资源每年有 30万 t以上 , 蕴藏 着丰富的虾青素酯及游离虾青素 。
图 1 常见的类胡萝 卜素的分子结构式
1.2 类胡萝卜素的性质
类胡萝卜素是大分 子量的有机化合物 , 能溶于 大部分有机试 剂中 , 一般不溶于水 。 叶黄素类化合 物由于含有羟基 、羰基 、甲氧基或环氧化结构而极性 较强 , 故在极性较强的有机溶剂中溶解度较大 , 如丙 酮 、乙醚 、三氯甲烷等 。由于类胡萝卜素的分子结构 中存在类异戊二烯共轭双键 , 故吸光性能强 , 在 400
胞 、神经角质瘤细胞的增殖作用 , 并还可抑制变性细胞 的增殖[ 7] 。类胡萝卜素是一种生理抗氧化剂 , 能阻碍 类脂的过氧化 , 从而保护卵泡和子宫的类固醇生成细 胞不被氧化 。类胡萝卜还具有着色功能 , 如三黄鸡的 皮肤 、爪 、嘴中的黄色物质就是类胡萝卜素化合物显示 出来的颜色 。在蛋鸡饲料中添加类胡萝卜素 , 还可增 强蛋黄的颜色 , 增强蛋黄的营养及保健作用 。
类胡萝卜素 (carotenoids)是一类呈黄色 、橙红色 或红色的多烯类物质 , 一 般由 8个类异戊二烯单位 组成 , 分子式一般为 C40 H56 , 有很多功能 , 如能够抗氧 化 、防癌症 、能预 防夜盲症 、着色力强 等 。 自然界中 发现的类胡萝卜素种类繁多 , 大约有 600多种 [ 1] 。据 估计每年自然界中产生的类胡萝卜素量达到 1亿 t, 主要是岩藻黄素 、紫黄素 、新黄素和叶黄素 。 在天然 的类胡萝卜素中 , 存在特定比例的有异构体 , 如顺反 异构体等 , 这些异构体协同作用 , 使其具有特殊的功 能 , 如能够防癌抗癌 、能够捕获单线态氧而抗氧化 [2] 。 近年来 , 类胡萝卜素在临床医学 、食品 、保健上的应 用越来越多 , 有关专家对其作用机理进行了广泛深 入的研究 , 取得了相当大的成绩 。目前 , 类胡萝卜素 作为食品添加剂和营养增补剂 , 已经得到 FDA、欧洲 共同体 、WHO等国际组织的认可 。 本文综述了天然
1.3 类胡萝卜素的重要生理功能
类胡萝卜素有很多功能 , 如它是维生素 A原 , 能 预防夜盲症 、能 够抗氧化 、防癌症 、着色力 强[ 5、6] 等 。 β -carotenoid可降解生成两分子的维生素 A, 在人体 内具有维生素 A原前体功能 。 人体不能自己合成维 生素 A, 必须 从外界 摄取 , 故而类胡 萝卜素 尤其是 β -胡萝卜素是人体维生素 A丰富的来源 。类胡萝卜 素的高活性的富含电子的长多烯碳链使它具有抗过 氧化自由基的作用 , 可以保护人体免受单氧和自由 基带来的伤害 , 如可降低淋巴细胞 DNA的损伤 。研 究表明类胡萝卜素能够在细胞水平上抑制白血病细
2007年第 09期 227
食品工业科技 ScienceandTechnologyofFoodIndustry
综 述
～500nm内有强的吸收 , 能呈现出红 、橙 、黄色[ 4] 。类 胡萝卜素遇氧 、遇酸 、强光照及高温下不稳定 , 易降 解变化或异构化 , 它在碱性条件下一般较稳定 , 碱性 皂化处理是类胡萝卜素提取工艺中常用步骤 。 但是 虾黄素不耐碱 , 可以用酶解法代替 。
关键词 :类胡萝卜素 , 生理功能 , 提取方法 , 生物合成 , 基因工程 Abstract:Thestudyofthe naturalcarotenoid was introduced
entirely in this article including structure, classification, physical chemistry properties and biological function, distribution in the nature, extractionmethods, analysisandmeasuremethods, post-process forms, biologicalsynthesis paths, correlativegeneengineering.Atlast, theconclusionof currentstudyoncarotenoidandtheprospectoffuture studyonnoid;biologicalfunction;extractionmethods; biologicalsynthesis;geneengineering 中图分类号 :TS201.1 文献标识码:A 文 章 编 号 :1002-0306(2007)09-0227-06
目前 , 在真菌中利用酵母和霉菌来 生产类胡萝 卜素倍受关注 。如 :三孢布拉霉 (Blakesleatrispora)、 布 拉 克 须 霉 (Phycomycesblakesleeanus)、 红 酵 母 (Rhodotorula)、土生假丝酵母 (Candidahumicola)、白 球拟酵母 (Torulopsiscandida)等 [ 9] 。仓一华等对红酵 母 (Rhofotorulaglutinis)产 类胡萝卜 素进行了 研究 。 三孢布拉氏霉菌在工业化生产中主要用于 β-胡萝卜 素的生产 , 王 永生 、Gavrilov等人在此方 面研究的比 较好 。目前用三孢布拉氏霉菌发酵生产技术获得的 结晶番茄红素 , 经异丁基醋酸盐再结晶可得到高纯 度的反式番茄红素 。