维基百科

虾红素

化合物
（重定向自蝦青素）

虾红素（英语：Astaxanthin；/æstəˈzænθɪn/，又称藻红素、角黄素[3]、变胞藻黄素或虾青素），是一种酮式类胡萝卜素[4][5][3][6][7] 。 它属于一类称为萜烯较大的化合物（例如：四萜类化合物（英语：tetraterpenoid）），由一个有五个碳的前体异戊烯基二磷酸酯（英语：isopentenyl diphosphate）和二甲基烯丙基二磷酸酯（英语：dimethylallyl diphosphate） 所构成。 虾红素被归类为叶黄素类的一种。

虾红素
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 红色固体粉末
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。

与其他类胡萝卜素一样，虾红素属于一种脂溶性的色素。其橙红的颜色是源于在虾红素化合物的中央有共轭（交替的双键和单键）双键延长而引起。这条共轭双键链还负责虾红素（以及其他类胡萝卜素）的抗氧化功能，因为它会产生一个分散的电子区域，该区域可被提供来还原反应性氧化分子。

虾红素是一种血红色的色素，是淡水微藻类中的雨生红球藻（Haematococcus pluvialis（英语：Haematococcus pluvialis））和酵母菌黄单胞菌中天然产生的。当藻类受压缺乏营养，盐分增加或日照过多时，就会产生虾红素。以这种藻类为食的动物，包括有：鲑鱼、红鳟、黑斑小鲷、真鲷、火烈鸟及各种甲壳类动物（例如：虾、磷虾、蟹、龙虾及螯虾等海洋生物[8]）均可找到由虾红素而引起的橙红色染色效果。

在活体甲壳类中，虾红素与β-甲壳蓝蛋白（crustacyanin）结合而呈现板岩蓝色，当烹煮时，此结合变得不稳定，而释出虾红素，使得甲壳类变红。[9][10]

合成与萃取方式

编辑

人工合成法

编辑

在人工合成方法中，有三种方法为产率较高，工艺较为成熟，且已工业化生产的合成方法，在下方介绍。

BASF合成方法

编辑

本方法以6-氧代异佛尔酮(6-oxo-isophorone)为主原料，首先利用丙酮与甲醛经羟醛缩合生成羟基丁酮，然后脱水成为α-β不饱和丁烯酮，在和乙炔经亲合反应生成六碳炔叔醇，将羟基保护，并与6-氧代异佛尔酮转化，经一系列反应后最终得到3R, 3′R虾红素[11](图二)。这是目前市面上最主要工业化虾红素的生产来源。

F.Hoffmann-LaRoche 合成方法

编辑

本方法与BASF相似，同样以6-氧代异佛尔酮在为主原料，在得到合成六碳炔叔醇后，在硫酸作用下重排成六碳炔伯醇，再将羟基进行保护然后与6-氧代异佛尔酮发生一系列反应，生成十五碳三苯基季𬭸盐,最后在强碱作用下与2,7-dimethyl-2,4,6-octatriene-1,8-dialdehyde进行双边的威悌反应形成3R, 3′R虾红素[12](图三)。

天然物萃取

编辑

酵母萃取

编辑

二十多年来，由于其具有生产虾红素的能力，酵母菌生产虾红素的方法被广泛研究。其中红发夫酵母菌(Phaffia rhodozyma)有最高的产率，因此有非常多的文献报导了从红发夫酵母萃取虾红素的技术，从其产量也从早年的800 ug/g，到最新的产率为1.5 mg/g [13]。目前，酵母以细粉形式作为虾红素，蛋白质和其他营养素的天然来源销售，并用作鲑鱼饲料的成分。除了红发夫酵母菌外，亦有其他的酵母菌，如酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)及乳酒念珠菌(Kluyveromyces marxianus)，虽然两者在自然界中生产的虾红素不多，但却适合进行基因修饰，大量生产虾红素[14][15]。

藻类萃取

编辑

有许多的报导绿藻纲(Chlorophyceae)的藻类可生产虾红素，其中雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)为产率最高的种类之一[16][17]。雨生红球藻是一种在胁迫条件下能够大量积累虾红素的绿藻。正常环境下的雨生红球藻为绿色具鞭毛的状态，当环境恶劣时，由此状态转换为红色且无鞭毛的包囊转换[18]。

其他

编辑

其他天然来源的虾红素，包含了鲑鱼、甲壳类生物如虾、螃蟹或龙虾可食部分产生的。其中所含的类胡萝卜素色素已被彻底研究和量化[19]。福寿螺的卵也含有虾红素。

虾红素在皮肤医药的应用

编辑

抗氧化活性

编辑

虾红素的结构特殊，会穿过细胞膜，成为横跨细胞双层磷脂质的结构[20]；在两端官能基可吸收自由基未配对的电子，易与自由基反应并有效减少自由基活性。除了消除自由基之外，Xue等人也发现了虾红素调控受到光伤害的皮肤细胞Nrf2的表达。此外，抗氧化酶超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase, SOD2），过氧化氢酶（catalase, CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶1（glutathione peroxidase 1, GPX1）明显上调。因此，虾红素不仅通过直接清除自由基，而且通过活化抗氧化功能来发挥重要的抗氧化活性。

抗发炎

编辑

发炎是一种免疫系统的正常反应，但持续不断或反复的发炎则易引起诸如皮肤损伤、色素沉淀以及神经病变等疾病[21]。虾红素对iNOS产生的抑制作用对于皮肤炎相关疾病(如牛皮癣和异位性皮肤炎)的药物开发有很大的意义。虾红素可经由抑制多种促发炎相关蛋白介白素-1(interleukin-1, IL-1)，介白素-6 (interleukin-6, IL-6) 以及肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α (TNF-α)缓解异位性皮肤炎的病状[22]。

修复受损皮肤

编辑

紫外光除了会造成发炎以外，还会造成DNA的损伤。由紫外线诱导的DNA损伤产生的DNA光产物，会被细胞检测并经由一系列的生化反应启动DNA的修复，核苷酸切除修复（nucleotide excision repair, NER）是哺乳动物细胞修复受损DNA的关键机制之一。虾红素可以提高暴露于紫外线辐射的细胞的DNA修复能力[23]。

虾红素的副作用及安全性

编辑

虾红素已成为常见的保健食品[24]，具有良好的抗氧化或抗发炎的生理机能，为一种相对安全的保健食品。美国AQUASEARCH公司也曾进行人体安全性试验，虾红素作为膳食补充剂或者药用成分进入生物体内，在目前的研究结果大多显示对动物和人类是没有毒性副作用[25]。有相关报告显示，食用虾红素所造成的不适可能与食用者自身的疾病有关，如患者带有糖尿病和低血糖、低血压症状时应不适合食用虾红素，因为服用虾红素可能会降低血糖与血压；若是有自身免疫性疾病和使用免疫抑制剂者也须特别注意，因虾红素可能具有免疫提升效果，间接干扰治疗成效[26]。

参考资料

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. 微生物学通报. 2008-11-20, 35 (11) [2019-11-11] （中文（简体））. [失效链接]
  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  . 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  . 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  . 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  . 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）. 

外部链接

编辑
检索自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=蝦紅素&oldid=84852804”