類(lèi)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(guò)600種類(lèi)胡蘿卜素，而通過(guò)攝食接觸的只有40種左右。類(lèi)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(lèi)胡蘿卜素的分類(lèi)、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(duì)類(lèi)胡蘿卜素在蛋雞生產(chǎn)上的研究進(jìn)行了總結(jié)和展望，旨在為類(lèi)胡蘿卜素在蛋雞生產(chǎn)中的新功能的進(jìn)一步研究和生產(chǎn)上的應(yīng)用提供參考和思路。
1 類(lèi)胡蘿卜素的分類(lèi)和理化性質(zhì)
1.1 類(lèi)胡蘿卜素的分類(lèi)
類(lèi)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(lèi)胡蘿卜素由植物和微生物合成，廣泛存在于植物和藻類(lèi)等光合生物的葉綠體和染色質(zhì)中。動(dòng)物沒(méi)有合成類(lèi)胡蘿卜素的能力，但可以通過(guò)食物攝食獲得并在體內(nèi)存積。類(lèi)胡蘿卜素是一種親脂性四萜化合物。目前已知的類(lèi)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(gè)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(tuán)的被稱為類(lèi)胡蘿卜素含氧衍生物。
1.2 類(lèi)胡蘿卜素的理化性質(zhì)
類(lèi)胡蘿卜素是親脂性的疏水分子，不溶于水但可溶于有機(jī)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(lèi)胡蘿卜素以單分子的形式存在，而在極性介質(zhì)中，類(lèi)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(lèi)胡蘿卜素在不同類(lèi)型的溶劑中顏色不同，這也是類(lèi)胡蘿卜素在有機(jī)介質(zhì)中比在極性溶劑中吸收率高的原因。類(lèi)胡蘿卜素的親脂性受含氧官能團(tuán)數(shù)量影響，含氧官能團(tuán)數(shù)量越多親脂性越差。大部分的類(lèi)胡蘿卜素是由8個(gè)異戊二烯單元聚合而來(lái)的四萜色素。由于碳碳單鍵(C-Cbonds)周?chē)嬖诋悩?gòu)，類(lèi)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(yùn)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(lèi)胡蘿卜素含有的共軛雙鍵的數(shù)量決定了類(lèi)胡蘿卜素的顏色，隨著共軛雙鍵的增加顏色會(huì)更加趨近于紅色。共軛多烯生色團(tuán)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(lèi)胡蘿卜素的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，保存時(shí)應(yīng)注意光照、溫度、含氧等因素。
2 類(lèi)胡蘿卜素的生物學(xué)功能
2.1提高機(jī)體抗氧化能力
生物體內(nèi)的自由基存在動(dòng)態(tài)平衡，但當(dāng)自由基積累過(guò)多平衡被打破時(shí)，自由基就會(huì)對(duì)細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、DNA進(jìn)行攻擊，造成組織的氧化損傷。類(lèi)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(jī)體在應(yīng)對(duì)環(huán)境應(yīng)激時(shí)產(chǎn)生的不穩(wěn)定化合物。研究表明，類(lèi)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(hù)人類(lèi)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(huì)降低白血球的殺傷作用。類(lèi)胡蘿卜素通過(guò)三個(gè)步驟清除自由基:首先通過(guò)氧化還原反應(yīng)對(duì)自由基進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移;其次抽氫反應(yīng)使自由基獲得氫;最后通過(guò)加成反應(yīng)清除自由基。
需要注意的是類(lèi)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(lèi)胡蘿卜素能防止脂質(zhì)過(guò)氧化，研究表明飼料中添加75mg/kg蝦青素能夠提高鮭魚(yú)肝臟的抗氧化防御，抗氧化功能保護(hù)細(xì)胞免受反應(yīng)性自由基的傷害。此外，類(lèi)胡蘿卜素能夠改善細(xì)胞膜的流動(dòng)性，對(duì)細(xì)胞膜的完整性起到促進(jìn)作用。Shi等研究發(fā)現(xiàn)胡蘿卜素和番茄紅素單獨(dú)使用時(shí)，分別將過(guò)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(shí)，過(guò)氧化水平降低到21%。葉黃素和番茄紅素分別將過(guò)氧化水平降低到77%和25%，而混合物將過(guò)氧化降低到16%。表明當(dāng)類(lèi)胡蘿卜素形成混合物時(shí)，其抗氧化能力優(yōu)于單一類(lèi)胡蘿卜素，類(lèi)胡蘿卜在抗氧化功能上存在協(xié)同作用。
2.2增強(qiáng)免疫功能
研究表明，類(lèi)胡蘿卜素可以通過(guò)促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖、調(diào)節(jié)細(xì)胞因子釋放、增強(qiáng)免疫細(xì)胞吞噬和殺滅病原菌從而增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能。蝦青素是一種具有含氧官能團(tuán)的類(lèi)胡蘿卜素，可通過(guò)降低超氧陰離子、過(guò)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(guò)增強(qiáng)T細(xì)胞的增殖來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)體適應(yīng)性免疫。蝦青素增強(qiáng)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(yàn)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(lèi)細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室水平上呈現(xiàn)免疫蛋白生成增強(qiáng)。在臨床試驗(yàn)中，8周的蝦青素?cái)z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(qiáng)了機(jī)體免疫反應(yīng)。葉黃素促進(jìn)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(guò)氧化物酶、過(guò)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(qiáng)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(guò)增加Nrf2信號(hào)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(duì)肝的損傷。
2.3改善視覺(jué)功能
同時(shí)，類(lèi)胡蘿卜素中的胡蘿卜素是體內(nèi)維生素A的來(lái)源之一，動(dòng)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(jué)和生長(zhǎng)密切相關(guān)。人通過(guò)消耗維生素A合成視紫紅質(zhì)來(lái)維持視覺(jué)。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(duì)眼睛的損傷，并通過(guò)高抗氧化性對(duì)減少黃斑區(qū)的氧化應(yīng)激。
3 類(lèi)胡蘿卜素的制備工藝
類(lèi)胡蘿卜素廣泛存在于動(dòng)植物體中，通過(guò)從富含類(lèi)胡蘿卜素的天然物中人工提取是獲得類(lèi)胡蘿卜素的有效途徑之一。萬(wàn)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(wàn)壽菊的花瓣中，利用類(lèi)胡蘿卜素易溶于有機(jī)溶劑的原理，使用正己烷、石油醚、乙醇等有機(jī)溶劑對(duì)葉黃素進(jìn)行直接提取。萃取后再經(jīng)過(guò)皂化和重結(jié)晶獲得葉黃素產(chǎn)品。也有通過(guò)超臨界流體技術(shù)、超聲波和微波輔助、酶介質(zhì)處理，對(duì)花瓣中的葉黃素酯進(jìn)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(wàn)壽菊油樹(shù)脂溶于乙酸乙酯后用正己烷-乙酸乙酯進(jìn)行解析，并濃縮后得到葉黃素酯浸膏，再經(jīng)過(guò)醇?jí)A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(guò)濾得到粗品葉黃素晶體，再經(jīng)過(guò)重結(jié)晶獲得產(chǎn)品(公開(kāi)號(hào)CN110590629B)。番茄及其附屬產(chǎn)物是番茄紅素的來(lái)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(guò)濾提取(專(zhuān)利號(hào)CN103160140A)。目前國(guó)際上有利用食用油作為萃取劑的研究方向，使得類(lèi)胡蘿卜素的提取變得更加綠色安全。蝦青素的天然來(lái)源主要來(lái)自于微生物和甲殼動(dòng)物加工下腳料，提取以傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑提取為主。但目前有脈沖電場(chǎng)、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(gè)技術(shù)方向，由于市場(chǎng)上9成以上的蝦青素都來(lái)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(shí)驗(yàn)室階段。近幾年隨著對(duì)合成蝦青素隨食物鏈對(duì)人類(lèi)健康安全影響的擔(dān)憂，對(duì)天然蝦青素的需求越來(lái)越大，天然蝦青素的提取擁有廣闊的前景。
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