蝦紅素 - 维基百科，自由的百科全书

蝦紅素
Skeletal formula of
Space-filling model of the astaxanthin molecule
IUPAC名
3,3′-dihydroxy-β,β-carotene-4,4′-dione
系统名
(6S)-6-Hydroxy-3-[(1E,3E,5E,7E,9E,11E,13E,15E,17E)-18-[(4S)-4-hydroxy-2,6,6-trimethyl-3-oxo-1-cyclohexenyl]-3,7,12,16-tetramethyloctadeca-1,3,5,7,9,11,13,15,17-nonaenyl]-2,4,4-trimethyl-1-cyclohex-2-enone
别名 3,3'-二羟基-β-胡萝卜素-4,4'-二酮
lm-Carotene-4,4'-dione, 3,3'-dihydroxy-, all-trans-; (3S,3'S)-Astaxanthin; (3S,3'S)-Astaxanthin; (3S,3'S)-all-trans-Astaxanthin; (S,S)-Astaxanthin; Astaxanthin, all-trans[1]
识别
CAS号 472-61-7  checkY
PubChem 5281224
ChemSpider 4444636
SMILES
 
  • O=C2\C(=C(\C=C\C(=C\C=C\C(=C\C=C\C=C(\C=C\C=C(\C=C\C1=C(\C(=O)[C@@H](O)CC1(C)C)C)C)C)C)C)C(C)(C)C[C@@H]2O)C
InChI
 
  • 1/C40H52O4/c1-27(17-13-19-29(3)21-23-33-31(5)37(43)35(41)25-39(33,7)8)15-11-12-16-28(2)18-14-20-30(4)22-24-34-32(6)38(44)36(42)26-40(34,9)10/h11-24,35-36,41-42H,25-26H2,1-10H3/b12-11+,17-13+,18-14+,23-21+,24-22+,27-15+,28-16+,29-19+,30-20+
InChIKey MQZIGYBFDRPAKN-QISQUURKBE
ChEBI 40968
性质
化学式 C40H52O4
摩尔质量 596.84 g·mol−1
外观 紅色固體粉末
密度 1.071 g/mL [2]
熔点 216 °C（489 K）
沸点 774 °C（1047 K）
溶解性 30 g/L in DCM; 10 g/L in CHCl3; 0.5 g/L in DMSO; 0.2 g/L in acetone
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

蝦紅素（英語：Astaxanthin；/æstəˈzænθɪn/，又稱藻紅素、角黃素[3]、变胞藻黄素或蝦青素），是一種酮式類胡蘿蔔素[4][5][3][6][7] 。 它屬於一類稱為萜烯較大的化合物（例如：四萜類化合物（英语：tetraterpenoid）），由一個有五個碳的前體異戊烯基二磷酸酯（英语：isopentenyl diphosphate）和二甲基烯丙基二磷酸酯（英语：dimethylallyl diphosphate） 所構成。 蝦紅素被歸類為叶黄素类的一種。

與其他類胡蘿蔔素一樣，蝦紅素屬於一種脂溶性的色素。其橙紅的顏色是源於在蝦紅素化合物的中央有共軛（交替的雙鍵和單鍵）雙鍵延長而引起。這條共軛雙鍵鏈還負責蝦紅素（以及其他類胡蘿蔔素）的抗氧化功能，因為它會產生一個分散的電子區域，該區域可被提供來還原反應性氧化分子。

蝦紅素是一种血紅色的色素，是淡水微藻類中的雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis（英语：Haematococcus pluvialis））和酵母菌黃單胞菌中天然產生的。當藻類受壓缺乏營養，鹽分增加或日照過多時，就會產生蝦紅素。以這種藻類為食的動物，包括有：鮭魚、紅鱒、黑斑小鯛、真鯛、火烈鸟及各種甲殼類動物（例如：虾、磷蝦、蟹、龍蝦及小龍蝦等海洋生物[8]）均可找到由蝦紅素而引起的橙紅色染色效果。

在活體甲殼類中，蝦紅素與β-甲殼藍蛋白（crustacyanin）結合而呈現板岩藍色，當烹煮時，此結合變得不穩定，而釋出蝦紅素，使得甲殼類變紅。[9][10]

合成與萃取方式

[编辑]

人工合成法

[编辑]

在人工合成方法中，有三種方法為產率較高，工藝較為成熟，且已工業化生產的合成方法，在下方介紹。

BASF合成方法

[编辑]

本方法以6-氧代異佛爾酮(6-oxo-isophorone)為主原料，首先利用丙酮與甲醛經羥醛縮合生成羥基丁酮，然後脫水成為α-β不飽和丁烯酮，在和乙炔經親合反應生成六碳炔叔醇，將羥基保護，並與6-氧代異佛爾酮轉化，經一系列反應後最終得到3R, 3′R蝦紅素[11](圖二)。這是目前市面上最主要工業化蝦紅素的生產來源。

F.Hoffmann-LaRoche 合成方法

[编辑]

本方法與BASF相似，同樣以6-氧代異佛爾酮在為主原料，在得到合成六碳炔叔醇後，在硫酸作用下重排成六碳炔伯醇，再將羥基進行保護然後與6-氧代異佛爾酮發生一系列反應，生成十五碳三苯基季鏻鹽,最後在強鹼作用下與2,7-dimethyl-2,4,6-octatriene-1,8-dialdehyde進行雙邊的威悌反應形成3R, 3′R蝦紅素[12](圖三)。

天然物萃取

[编辑]

酵母萃取

[编辑]

二十多年來，由於其具有生產蝦紅素的能力，酵母菌生產蝦紅素的方法被廣泛研究。其中紅發夫酵母菌(Phaffia rhodozyma)有最高的產率，因此有非常多的文獻報導了從紅發夫酵母萃取蝦紅素的技術，從其產量也從早年的800 ug/g，到最新的產率為1.5 mg/g [13]。目前，酵母以細粉形式作為蝦紅素，蛋白質和其他營養素的天然來源銷售，並用作鮭魚飼料的成分。除了紅發夫酵母菌外，亦有其他的酵母菌，如釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)及乳酒念珠菌(Kluyveromyces marxianus)，雖然兩者在自然界中生產的蝦紅素不多，但卻適合進行基因修飾，大量生產蝦紅素[14][15]。

藻類萃取

[编辑]

有許多的報導綠藻綱(Chlorophyceae)的藻類可生產蝦紅素，其中雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)為產率最高的種類之一[16][17]。雨生紅球藻是一種在脅迫條件下能夠大量積累蝦紅素的綠藻。正常環境下的雨生紅球藻為綠色具鞭毛的狀態，當環境惡劣時，由此狀態轉換為紅色且無鞭毛的包囊轉換[18]。

其他

[编辑]

其他天然來源的蝦紅素，包含了鮭魚、甲殼類生物如蝦、螃蟹或龍蝦可食部分產生的。其中所含的類胡蘿蔔素色素已被徹底研究和量化[19]。福壽螺的卵也含有蝦紅素。

蝦紅素在皮膚醫藥的應用

[编辑]

抗氧化活性

[编辑]

蝦紅素的結構特殊，會穿過細胞膜，成為橫跨細胞雙層磷脂質的結構[20]；在兩端官能基可吸收自由基未配對的電子，易與自由基反應並有效減少自由基活性。除了消除自由基之外，Xue等人也發現了蝦紅素調控受到光傷害的皮膚細胞Nrf2的表達。此外，抗氧化酶超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase, SOD2），過氧化氫酶（catalase, CAT）和穀胱甘肽過氧化物酶1（glutathione peroxidase 1, GPX1）明顯上調。因此，蝦紅素不僅通過直接清除自由基，而且通過活化抗氧化功能來發揮重要的抗氧化活性。

抗發炎

[编辑]

發炎是一種免疫系統的正常反應，但持續不斷或反覆的發炎則易引起諸如皮膚損傷、色素沉澱以及神經病變等疾病[21]。蝦紅素對iNOS產生的抑制作用對於皮膚炎相關疾病(如牛皮癬和異位性皮膚炎)的藥物開發有很大的意義。蝦紅素可經由抑制多種促發炎相關蛋白介白素-1(interleukin-1, IL-1)，介白素-6 (interleukin-6, IL-6) 以及腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α (TNF-α)緩解異位性皮膚炎的病狀[22]。

修復受損皮膚

[编辑]

紫外光除了會造成發炎以外，還會造成DNA的損傷。由紫外線誘導的DNA損傷產生的DNA光產物，會被細胞檢測並經由一系列的生化反應啟動DNA的修復，核苷酸切除修復（nucleotide excision repair, NER）是哺乳動物細胞修復受損DNA的關鍵機制之一。蝦紅素可以提高暴露於紫外線輻射的細胞的DNA修復能力[23]。

蝦紅素的副作用及安全性

[编辑]

蝦紅素已成為常見的保健食品[24]，具有良好的抗氧化或抗發炎的生理機能，為一種相對安全的保健食品。美國AQUASEARCH公司也曾進行人體安全性試驗，蝦紅素作為膳食補充劑或者藥用成分進入生物體內，在目前的研究結果大多顯示對動物和人類是沒有毒性副作用[25]。有相關報告顯示，食用蝦紅素所造成的不適可能與食用者自身的疾病有關，如患者帶有糖尿病和低血糖、低血壓症狀時應不適合食用蝦紅素，因為服用蝦紅素可能會降低血糖與血壓；若是有自身免疫性疾病和使用免疫抑制劑者也須特別注意，因蝦紅素可能具有免疫提升效果，間接干擾治療成效[26]。

參考資料

[编辑]
  1. ^ SciFinder Web (accessed Sep 28, 2010). Astaxanthin (472-61-7) Name
  2. ^ SciFinder Web (accessed Sep 28, 2010). Astaxanthin (472-61-7) Experimental Properties.
  3. ^ 3.0 3.1 角黃素及其在醫學中的應用. 微生物學通報. 2008-11-20, 35 (11) [2019-11-11] （中文（简体））. [失效連結]
  4. ^ Margalith, P. Z. Production of ketocarotenoids by microalgae. Applied Microbiology and Biotechnology. 1999-04-23, 51 (4): 431–438. ISSN 0175-7598. doi:10.1007/s002530051413. 
  5. ^ Choi, Seyoung; Koo, Sangho. Efficient Syntheses of the Keto-carotenoids Canthaxanthin, Astaxanthin, and Astacene. The Journal of Organic Chemistry. 2005-04-01, 70 (8): 3328–3331 [2022-01-03]. ISSN 0022-3263. PMID 15823009. doi:10.1021/jo050101l. （原始内容存档于2022-01-12） （英语）. 
  6. ^ Margalith, P. Z. Production of ketocarotenoids by microalgae. Applied Microbiology and Biotechnology. 1999-04-23, 51 (4): 431–438. ISSN 0175-7598. doi:10.1007/s002530051413. 
  7. ^ Choi, S.; Koo, S. Efficient syntheses of the keto-carotenoids canthaxanthin, astaxanthin, and astacene.. The Journal of Organic Chemistry. 2005, 70 (8): 3328–3331. 
  8. ^ Production of ketocarotenoids by microalgae. Margalith PZ, Appl Microbiol Biotechnol., Apr 1999, volume 51, issue 4, pages 431-438, PMID 10341427
  9. ^ Cianci, M.; Rizkallah, P. J.; Olczak, A.; Raftery, J.; Chayen, N. E.; Zagalsky, P. F.; Helliwell, J. R. The molecular basis of the coloration mechanism in lobster shell: -Crustacyanin at 3.2-A resolution. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2002-07-23, 99 (15): 9795–9800. ISSN 0027-8424. PMC 125020 可免费查阅. PMID 12119396. doi:10.1073/pnas.152088999 （英语）. 
  10. ^ Gamiz-Hernandez, Ana P.; Angelova, Iva Neycheva; Send, Robert; Sundholm, Dage; Kaila, Ville R. I. Protein-Induced Color Shift of Carotenoids in β-Crustacyanin. Angewandte Chemie (International Ed. in English). 2015-09-21, 54 (39): 11564–11566 [2021-01-27]. ISSN 1521-3773. PMID 26220698. doi:10.1002/anie.201501609. （原始内容存档于2021-02-04）. 
  11. ^ Ernst, H.; Paust, J.; Hoffmann, W. Preparation of canthaxanthin and astaxanthin.）. U.S. Patent. 1993, 5 (210): 314. 
  12. ^ Johnson, E. A.）; ; An, G.-H. Astaxanthin from microbial sources.）. Critical Reviews in Biotechnology）. 1991, 11 (4): 297–326. 
  13. ^ Chen, Li; Wang, Ji-Lian; Ni, Hua; Zhu, Ming-Jun. Disruption of Phaffia rhodozyma cells and preparation of microencapsulated astaxanthin with high water solubility. Food Science and Biotechnology. 2019-02, 28 (1): 111–120. ISSN 1226-7708. PMC 6365347 可免费查阅. PMID 30815301. doi:10.1007/s10068-018-0443-9 （英语）. 
  14. ^ Zhou, Pingping; Xie, Wenping; Li, Aipeng; Wang, Fan; Yao, Zhen; Bian, Qi; Zhu, Yongqiang; Yu, Hongwei; Ye, Lidan. Alleviation of metabolic bottleneck by combinatorial engineering enhanced astaxanthin synthesis in Saccharomyces cerevisiae. Enzyme and Microbial Technology. 2017-05, 100: 28–36 [2022-01-03]. doi:10.1016/j.enzmictec.2017.02.006. （原始内容存档于2022-06-15） （英语）. 
  15. ^ Lin, Yu-Ju; Chang, Jui-Jen; Lin, Hao-Yeh; Thia, Caroline; Kao, Yi-Ying; Huang, Chieh-Chen; Li, Wen-Hsiung. Metabolic engineering a yeast to produce astaxanthin. Bioresource Technology. 2017-12, 245: 899–905 [2022-01-03]. doi:10.1016/j.biortech.2017.07.116. （原始内容存档于2022-06-17） （英语）. 
  16. ^ Hata, Norihiko; Ogbonna, James C.; Hasegawa, Yutaka; Taroda, Hiroyuki; Tanaka, Hideo. Production of astaxanthin by Haematococcus pluvialis in a sequential heterotrophic-photoautotrophic culture. Journal of Applied Phycology. 2001, 13 (5): 395–402. doi:10.1023/A:1011921329568. 
  17. ^ Chou, Hsin-Yu; Lee, Chelsea; Pan, Jian-Liang; Wen, Zhi-Hong; Huang, Shu-Hung; Lan, Chi-Wei; Liu, Wang-Ta; Hour, Tzyh-Chyuan; Hseu, You-Cheng. Enriched Astaxanthin Extract from Haematococcus pluvialis Augments Growth Factor Secretions to Increase Cell Proliferation and Induces MMP1 Degradation to Enhance Collagen Production in Human Dermal Fibroblasts. International Journal of Molecular Sciences. 2016-06-16, 17 (6): 955 [2022-01-03]. ISSN 1422-0067. PMC 4926488 可免费查阅. PMID 27322248. doi:10.3390/ijms17060955. （原始内容存档于2022-03-13） （英语）. 
  18. ^ Shah, Md. Mahfuzur R.; Liang, Yuanmei; Cheng, Jay J.; Daroch, Maurycy. Astaxanthin-Producing Green Microalga Haematococcus pluvialis: From Single Cell to High Value Commercial Products. Frontiers in Plant Science. 2016-04-28, 7. ISSN 1664-462X. PMC 4848535 可免费查阅. PMID 27200009. doi:10.3389/fpls.2016.00531. 
  19. ^ JAKOBSEN, Y. Characterization of flash-dried shrimp processing waste.. Journal of Marine Biotechnology. 1995, 3 (1): 208–209. 
  20. ^ Pashkow, Fredric J.; Watumull, David G.; Campbell, Charles L. Astaxanthin: A Novel Potential Treatment for Oxidative Stress and Inflammation in Cardiovascular Disease. The American Journal of Cardiology. 2008-05, 101 (10): S58–S68 [2022-01-03]. doi:10.1016/j.amjcard.2008.02.010. （原始内容存档于2022-06-15） （英语）. 
  21. ^ Mantovani, Alberto; Allavena, Paola; Sica, Antonio; Balkwill, Frances. Cancer-related inflammation. Nature. 2008-07, 454 (7203): 436–444 [2022-01-03]. ISSN 0028-0836. doi:10.1038/nature07205. （原始内容存档于2022-07-16） （英语）. 
  22. ^ Park, Ju Ho; Yeo, In Jun; Han, Ji Hye; Suh, Jeong Won; Lee, Hee Pom; Hong, Jin Tae. Anti-inflammatory effect of astaxanthin in phthalic anhydride-induced atopic dermatitis animal model. Experimental Dermatology. 2018-04, 27 (4): 378–385 [2022-01-03]. doi:10.1111/exd.13437. （原始内容存档于2022-06-25） （英语）. 
  23. ^ Santocono, Marcello; Zurria, Monica; Berrettini, Marco; Fedeli, Donatella; Falcioni, Giancarlo. Influence of astaxanthin, zeaxanthin and lutein on DNA damage and repair in UVA-irradiated cells. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2006-12, 85 (3): 205–215 [2022-01-03]. doi:10.1016/j.jphotobiol.2006.07.009. （原始内容存档于2022-06-18） （英语）. 
  24. ^ Karppi; Rissanen; Nyyssönen; Kaikkonen; Olsson; Voutilainen; Salonen. Effects of Astaxanthin Supplementation on Lipid Peroxidation. International Journal for Vitamin and Nutrition Research. 2007-01-01, 77 (1): 3–11 [2022-01-03]. ISSN 0300-9831. doi:10.1024/0300-9831.77.1.3. （原始内容存档于2022-06-15） （英语）. 
  25. ^ Ranga Rao, A.; Raghunath Reddy, R. L.; Baskaran, V.; Sarada, R.; Ravishankar, G. A. Characterization of Microalgal Carotenoids by Mass Spectrometry and Their Bioavailability and Antioxidant Properties Elucidated in Rat Model. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2010-08-11, 58 (15): 8553–8559 [2022-01-03]. ISSN 0021-8561. doi:10.1021/jf101187k. （原始内容存档于2022-01-12） （英语）. 
  26. ^ Anderson, Mark L. A Preliminary Investigation of the Enzymatic Inhibition of 5α-Reductase and Growth of Prostatic Carcinoma Cell Line LNCap-FGC by Natural Astaxanthin and Saw Palmetto Lipid Extract In Vitro. Journal of Herbal Pharmacotherapy. 2005-01, 5 (1): 17–26. ISSN 1522-8940. doi:10.1080/J157v05n01_03 （英语）. 

外部連結

[编辑]
检索自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=蝦紅素&oldid=84348627”