類胡蘿卜素是一種自然界存在的天然色素，也是蛋雞生產(chǎn)中重要的飼用添加劑。迄今為止自然界中已經(jīng)鑒定出超過600種類胡蘿卜素，而通過攝食接觸的只有40種左右。類胡蘿卜素是優(yōu)秀的抗氧化劑，具有多種生物學(xué)功能，是一種很有潛力的功能性飼用添加劑。本文介紹了類胡蘿卜素的分類、理化性質(zhì)以及生物學(xué)特性，以及生產(chǎn)上的制備工藝，并對類胡蘿卜素在蛋雞生產(chǎn)上的研究進行了總結(jié)和展望，旨在為類胡蘿卜素在蛋雞生產(chǎn)中的新功能的進一步研究和生產(chǎn)上的應(yīng)用提供參考和思路。
1 類胡蘿卜素的分類和理化性質(zhì)
1.1 類胡蘿卜素的分類
類胡蘿卜素是一種外觀呈黃色、橙紅色、紅色的天然的色素，廣泛分布于自然界中。天然的類胡蘿卜素由植物和微生物合成，廣泛存在于植物和藻類等光合生物的葉綠體和染色質(zhì)中。動物沒有合成類胡蘿卜素的能力，但可以通過食物攝食獲得并在體內(nèi)存積。類胡蘿卜素是一種親脂性四萜化合物。目前已知的類胡蘿卜素高達(dá)上百種，根據(jù)其化學(xué)構(gòu)成可分為兩個亞型:β-胡蘿卜素(分子式:C40H56)、番茄紅素(分子式:C40H56)等由純碳?xì)錁?gòu)成的化合物被稱為胡蘿卜素;而葉黃素(分子式:C40H56O2)、玉米黃質(zhì)(分子式:C40H56O2)、角黃素(分子式:C40H52O2)等具有的含氧官能團的被稱為類胡蘿卜素含氧衍生物。
1.2 類胡蘿卜素的理化性質(zhì)
類胡蘿卜素是親脂性的疏水分子，不溶于水但可溶于有機溶劑，溶解度受溫度影響，溫度越高溶解度越高。在非極性介質(zhì)中，類胡蘿卜素以單分子的形式存在，而在極性介質(zhì)中，類胡蘿卜分子在氫鍵范德華力的作用下易以聚集體的形式存在，使得類胡蘿卜素在不同類型的溶劑中顏色不同，這也是類胡蘿卜素在有機介質(zhì)中比在極性溶劑中吸收率高的原因。類胡蘿卜素的親脂性受含氧官能團數(shù)量影響，含氧官能團數(shù)量越多親脂性越差。大部分的類胡蘿卜素是由8個異戊二烯單元聚合而來的四萜色素。由于碳碳單鍵(C-Cbonds)周圍存在異構(gòu)，類胡蘿卜素可能出現(xiàn)順式異構(gòu)和反式異構(gòu)，順式結(jié)構(gòu)更容易溶解吸收和運輸，擁有不同的分子幾何形狀。反式異構(gòu)更耐熱，在自然界中更普遍，是線性和剛性分子。類胡蘿卜素含有的共軛雙鍵的數(shù)量決定了類胡蘿卜素的顏色，隨著共軛雙鍵的增加顏色會更加趨近于紅色。共軛多烯生色團則讓胡蘿卜素能擁有巨大摩爾吸光系數(shù)，而共軛多烯鏈中的雙鍵結(jié)構(gòu)讓其具備直接淬滅高活性單線態(tài)氧的能力，這也造成類胡蘿卜素的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，保存時應(yīng)注意光照、溫度、含氧等因素。
2 類胡蘿卜素的生物學(xué)功能
2.1提高機體抗氧化能力
生物體內(nèi)的自由基存在動態(tài)平衡，但當(dāng)自由基積累過多平衡被打破時，自由基就會對細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)、糖類、DNA進行攻擊，造成組織的氧化損傷。類胡蘿卜素可以抑制或下調(diào)由活性氧自由基(ROS)引起的氧化應(yīng)激，以及機體在應(yīng)對環(huán)境應(yīng)激時產(chǎn)生的不穩(wěn)定化合物。研究表明，類胡蘿卜素中的蝦青素抗氧化能力是維生素E的110倍。蝦青素可以保護人類淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞免受某些白血球的氧化應(yīng)激，且不會降低白血球的殺傷作用。類胡蘿卜素通過三個步驟清除自由基:首先通過氧化還原反應(yīng)對自由基進行電子轉(zhuǎn)移;其次抽氫反應(yīng)使自由基獲得氫;最后通過加成反應(yīng)清除自由基。
需要注意的是類胡蘿卜素可以形成中性自由基。例如，β-胡蘿卜素在較低濃度下起到抗氧化作用，但在較高濃度下顯示出促氧化特性。類胡蘿卜素能防止脂質(zhì)過氧化，研究表明飼料中添加75mg/kg蝦青素能夠提高鮭魚肝臟的抗氧化防御，抗氧化功能保護細(xì)胞免受反應(yīng)性自由基的傷害。此外，類胡蘿卜素能夠改善細(xì)胞膜的流動性，對細(xì)胞膜的完整性起到促進作用。Shi等研究發(fā)現(xiàn)胡蘿卜素和番茄紅素單獨使用時，分別將過氧化水平降低至51%和25%。當(dāng)β-胡蘿卜素和番茄紅素形成混合物使用時，過氧化水平降低到21%。葉黃素和番茄紅素分別將過氧化水平降低到77%和25%，而混合物將過氧化降低到16%。表明當(dāng)類胡蘿卜素形成混合物時，其抗氧化能力優(yōu)于單一類胡蘿卜素，類胡蘿卜在抗氧化功能上存在協(xié)同作用。
2.2增強免疫功能
研究表明，類胡蘿卜素可以通過促進淋巴細(xì)胞增殖、調(diào)節(jié)細(xì)胞因子釋放、增強免疫細(xì)胞吞噬和殺滅病原菌從而增強機體的免疫功能。蝦青素是一種具有含氧官能團的類胡蘿卜素，可通過降低超氧陰離子、過氧化氫、白介素6(IL-6)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)細(xì)胞因子水平，提高中性粒細(xì)胞的吞噬和殺滅微生物能力，并通過增強T細(xì)胞的增殖來調(diào)節(jié)機體適應(yīng)性免疫。蝦青素增強了小鼠的細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CytotoxicTlymphocyte)的活性，并緩解了應(yīng)激誘導(dǎo)的自然殺傷細(xì)胞活性抑制。在體外試驗中，蝦青素刺激小鼠脾細(xì)胞和胸腺細(xì)胞的細(xì)胞增殖。蝦青素處理的人類細(xì)胞在實驗室水平上呈現(xiàn)免疫蛋白生成增強。在臨床試驗中，8周的蝦青素攝入刺激了有絲分裂原誘導(dǎo)的淋巴細(xì)胞增殖，增加自然殺傷細(xì)胞的細(xì)胞毒性活性，增加總T細(xì)胞和B細(xì)胞亞群，降低了急性蛋白并增強了機體免疫反應(yīng)。葉黃素促進核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)活化和Nrf2靶向的血紅素氧合酶1(HO-1)、醌氧化還原酶1(NQO1)、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶(GST)、SOD、谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶抗氧化基因的表達(dá)，降低了活性氧水平，從而減少由ROS所引發(fā)的炎癥反應(yīng)。在脂肪細(xì)胞分化的早期階段，葉黃素減少脂滴的形成并下調(diào)增強子結(jié)合蛋白α(CEBP-α)和氧化物酶體活化增殖受體γ(PPAR-γ)，從而抑制肥胖相關(guān)炎癥。在小鼠上，葉黃素通過增加Nrf2信號相關(guān)的NQO1、HO-1和GST抗氧化酶的水平，減少ROS和丙二醛，從而減輕砷對肝的損傷。
2.3改善視覺功能
同時，類胡蘿卜素中的胡蘿卜素是體內(nèi)維生素A的來源之一，動物可以將攝食的胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為維生素A，維生素A與視覺和生長密切相關(guān)。人通過消耗維生素A合成視紫紅質(zhì)來維持視覺。玉米黃質(zhì)和葉黃素被稱為黃斑色素，大量存在于于人眼黃斑區(qū)中央凹處。這些黃斑色素能夠幫助吸收大量藍(lán)光以減少高能光對眼睛的損傷，并通過高抗氧化性對減少黃斑區(qū)的氧化應(yīng)激。
3 類胡蘿卜素的制備工藝
類胡蘿卜素廣泛存在于動植物體中，通過從富含類胡蘿卜素的天然物中人工提取是獲得類胡蘿卜素的有效途徑之一。萬壽菊是用于提取葉黃素的主流作物。葉黃素以酯的形式存在于萬壽菊的花瓣中，利用類胡蘿卜素易溶于有機溶劑的原理，使用正己烷、石油醚、乙醇等有機溶劑對葉黃素進行直接提取。萃取后再經(jīng)過皂化和重結(jié)晶獲得葉黃素產(chǎn)品。也有通過超臨界流體技術(shù)、超聲波和微波輔助、酶介質(zhì)處理，對花瓣中的葉黃素酯進行萃取的方法，但生產(chǎn)上使用的不多。正己烷溶劑浸提技術(shù)生產(chǎn)是葉黃素天然物提取的常規(guī)生產(chǎn)方法。例如用萬壽菊油樹脂溶于乙酸乙酯后用正己烷-乙酸乙酯進行解析，并濃縮后得到葉黃素酯浸膏，再經(jīng)過醇堿液抗氧化劑在通入二氧化碳的反應(yīng)釜中皂化，將皂化產(chǎn)物稀釋靜置過濾得到粗品葉黃素晶體，再經(jīng)過重結(jié)晶獲得產(chǎn)品(公開號CN110590629B)。番茄及其附屬產(chǎn)物是番茄紅素的來源，提取方法與葉黃素的提取方法相近，例如使用番茄打碎用乙酸乙酯混合并均質(zhì)過濾提取(專利號CN103160140A)。目前國際上有利用食用油作為萃取劑的研究方向，使得類胡蘿卜素的提取變得更加綠色安全。蝦青素的天然來源主要來自于微生物和甲殼動物加工下腳料，提取以傳統(tǒng)的有機溶劑提取為主。但目前有脈沖電場、液體加壓、超臨界流體、亞臨界流體、微波、超聲波和高壓均質(zhì)這幾個技術(shù)方向，由于市場上9成以上的蝦青素都來源于人工合成，所以蝦青素的天然提取新方法大多停留在實驗室階段。近幾年隨著對合成蝦青素隨食物鏈對人類健康安全影響的擔(dān)憂，對天然蝦青素的需求越來越大，天然蝦青素的提取擁有廣闊的前景。
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