127-40-2/葉黃素可預(yù)防白內(nèi)障、預(yù)防老年性黃斑

【背景及概述】^[1][2][3][4]

葉黃素是一類含氧類胡蘿卜素，類胡蘿卜素有一個(gè)相同的基本結(jié)構(gòu)：一個(gè)十八碳原子的共軛長鏈相連接的兩個(gè)六元碳環(huán)結(jié)構(gòu)，它主要有兩類：胡蘿卜素(Carotenes)和葉黃素類(Xantho-phylls)，前者是不含氧的類胡蘿卜素的總稱，后者是含氧類胡蘿卜素的總稱，包括葉黃素(lute-in)、玉米黃質(zhì)、α-胡蘿卜素、隱黃質(zhì)、紫黃質(zhì)、辣椒紅素等。

葉黃素是一種含有兩個(gè)不同紫羅酮環(huán)的天然黃體素，屬無維生素A活性的類胡蘿卜類，廣泛存在于蔬菜、水果、花卉等中，是人眼視網(wǎng)膜黃斑區(qū)域的重要色素。葉黃素含有獨(dú)特的紫羅酮環(huán)二羥基結(jié)構(gòu)，可作為強(qiáng)抗氧化劑淬滅單線態(tài)氧和藍(lán)光過濾器，具有抗氧化、抗癌、保護(hù)視網(wǎng)膜、預(yù)防心血管疾病等生物學(xué)作用。但葉黃素的理化性質(zhì)不穩(wěn)定，在制劑過程中存在水溶性差、性質(zhì)不穩(wěn)定和生物利用度低等問題；葉黃素在體內(nèi)只能與脂類結(jié)合吸收，這一特點(diǎn)大大制約了其藥效的發(fā)揮。葉黃素在臨床或食品中應(yīng)用時(shí)要面臨著水溶性差、性質(zhì)不穩(wěn)定和生物利用度低等問題，在葉黃素的制備、貯藏、加工等過程中不可避免地會發(fā)生異構(gòu)、氧化等反應(yīng)，需要通過物理包埋和化學(xué)改性（如酯化反應(yīng)）等方法改變劑型，以提高其生物利用度?，F(xiàn)就市面上幾種劑型包括：油懸浮液、水分散性干粉、微膠囊、脂質(zhì)體等。

葉黃素的開發(fā)利用還存在諸多問題，如傳統(tǒng)制劑粒徑過大、胃腸道作用的影響和生物利用度偏低等還需深入研究，可考慮在制劑時(shí)納米?；湍M細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)如納米脂質(zhì)體制劑，可最大限度地提高生物利用度、減少給藥劑量和降低藥物毒性，還可保護(hù)葉黃素免受胃腸道酶的破壞。

【結(jié)構(gòu)】^[3]

1. 葉黃素的構(gòu)型異構(gòu)體

葉黃素是α-胡蘿卜素的衍生物，分子式C40H56O2，分子量568.85，沒有VA活性。它含有二個(gè)不同的紫羅酮環(huán)：β-和ε-紫羅酮環(huán)，在各紫羅酮環(huán)的第3個(gè)碳原子上存在一個(gè)功能性羥基。在C-3、C-3’和C-6’處有三個(gè)不對稱中心，因此理論上有8種立體異構(gòu)體。果蔬和人體血清/血漿中的葉黃素主要構(gòu)型為3R，3′R， 6′R，稱葉黃素A；人體血清/血漿中還有一種含量較低的構(gòu)型異構(gòu)體，為(3R, 3′S, 6′R)-葉黃素，稱為3’ -副葉黃素（epilutein）或葉黃素B，其它葉黃素構(gòu)型異構(gòu)體只在海魚腸道中存在。葉黃素結(jié)構(gòu)如下：

2. 葉黃素的順反異構(gòu)體：葉黃素有多種順反異構(gòu)體，自然界中萬壽菊花的反式葉黃素酯含量最高，萬壽菊油樹脂中反式：順式葉黃素比例經(jīng)HPLC測定為75∶25。順式葉黃素在室溫條件下在醇中的溶解度很高，而反式異構(gòu)體在該溫度下在醇中不溶，因此可在室溫下用乙醇分離順式、反式葉黃素。

I：全反式葉黃素；II：15-順式葉黃素；III：13-順式葉黃素；IV：13’ -順式葉黃素；V：9-順式葉黃素；VI：角黃素

【分布】^[3]

葉黃素在自然界廣泛存在，但其存在形式有差別。在椰菜、青豆、綠豌豆、菜豆、抱子甘藍(lán)、甘藍(lán)、羽衣甘藍(lán)、菠菜、萵苣、 kiwi、蜜露等綠色蔬菜、水果中存在的葉黃素以游離非酯化形式存在。而在芒果、木瓜、桃子、李子、橡實(shí)形南瓜、筍瓜和橘子等黃色/橙色水果、蔬菜中也存在大量葉黃素，但這些果蔬中葉黃素是以與肉豆蔻酸、月桂酸、棕櫚酸等脂肪酸酯化形式存在的。攝入這些食物后，葉黃素酯水解為游離葉黃素后才被吸收和代謝。

【體內(nèi)過程】^[4]

葉黃素與脂質(zhì)形成膠束被攝入體內(nèi)，在各種酶的作用下從胃中釋放出來，吸收進(jìn)入腸細(xì)胞，隨乳糜微粒淋巴或門靜脈運(yùn)輸?shù)窖貉h(huán)后進(jìn)入肝。在肝內(nèi)轉(zhuǎn)化并與低密度脂蛋白（LD）一同釋放到血液循環(huán)，血液部分葉黃素與其他相應(yīng)的載體結(jié)合進(jìn)入視網(wǎng)膜和其他組織。

1. 吸收和分布：人體內(nèi)不存在葉黃素合成酶，因此葉黃素只能通過飲食攝取獲得。食物中的葉黃素與脂類結(jié)合成混合脂質(zhì)膠束，通過膽固醇載體轉(zhuǎn)運(yùn)或被動擴(kuò)散的方式被人體吸收。研究表明，葉黃素微囊在大鼠的各腸段均有吸收，但其吸收速率常數(shù)各不相同，由大到小依次為回腸＞空腸＞十二指腸＞結(jié)腸。葉黃素進(jìn)入人體后貯存在脂肪中，主要分布在肝、血液和視網(wǎng)膜上。一般飲食情況下，葉黃素在人血漿、血清、肝、腎、肺的濃度分別為 0.14～0.61、0.10～1.23、0.10～3.00、0.037～2.10、0.10～2.30 μmol/L。眼部組織中均含有葉黃素，且在視網(wǎng)膜黃斑周邊含量最高，可達(dá)0.1～1 mmol/L。

2. 轉(zhuǎn)運(yùn)：參與葉黃素體內(nèi)運(yùn)輸?shù)腂類清道夫受體主要有SR-BI 和 CD36。SR-BI 是高密度脂蛋白（HDL）受體，葉黃素可通過SR-BI機(jī)制運(yùn)輸?shù)揭暰W(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞。CD36 受體還可與光間受體視黃類物質(zhì)結(jié)合蛋白結(jié)合，使葉黃素運(yùn)輸?shù)揭暰W(wǎng)膜細(xì)胞上。

3. 代謝：BCO1 和 BCO2 是存在于動物體內(nèi)的類胡蘿卜素裂解酶，存在于視網(wǎng)膜和視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞（RPE）中。葉黃素的體內(nèi)代謝途徑有兩種，一是在β-胡蘿卜素-15，15′-加氧酶（BCMO1）的作用下在分子雙鍵中心發(fā)生對稱分解，代謝產(chǎn)物主要是維生素 A 及其衍生物；二是在β-胡蘿卜素-9′，10′ -雙加氧脫氫酶（BCDO₂）的作用下在烯烴雙鍵上發(fā)生不對稱分解。視網(wǎng)膜上皮細(xì)胞上主要通過BCDO₂產(chǎn)生黃斑色素。3 葉黃素的抗氧化活性活性氧（ROS）可與DNA、蛋白質(zhì)、脂類發(fā)生反應(yīng)，削弱他們的生理功能，進(jìn)而引發(fā)動脈粥樣硬化、癌癥、眼底黃斑病等慢性病的發(fā)生。葉黃素發(fā)揮生物學(xué)作用的途徑是共軛多烯鏈?zhǔn)ヒ粋€(gè)電子形成陽離子自由基，使氧自由基還原，從而抑制ROS的活性，阻止ROS對正常細(xì)胞的破壞。

【物化性質(zhì)】^[3]

1. 對熱和紫外線的穩(wěn)定性：全反式游離葉黃素（FL）受熱時(shí)，首先發(fā)生可逆異構(gòu)化反應(yīng)，該反應(yīng)與溫度有關(guān)，溫度越低， [順式] /[反式]比變化越慢。然后降解成其它物質(zhì)。反式葉黃素和葉黃素酯在10℃、紫外線下保存10d進(jìn)行光穩(wěn)定性研究。保存3d后，各樣品總濃度均下降，F(xiàn)L下降最快，3d后降至42.3%，這表明葉黃素酯對紫外線的穩(wěn)定性優(yōu)于游離葉黃素。從上述結(jié)果可以看出,葉黃素的羥基與脂肪酸酯化能提高它對熱和紫外線的穩(wěn)定性。

2. 在有機(jī)溶劑中的溶解度、相對吸光度：葉黃素在四氫呋喃中溶解度最好，在己烷中的溶解度最差，因而若從乙醇或丙酮中萃取至己烷或石油醚中的損失必然很大。另外，由于共軛雙鍵系統(tǒng)外的羥基不會對發(fā)色團(tuán)有顯著影響，因此葉黃素的摩爾吸光度可以用于估計(jì)其它β-，ε-類胡蘿卜素，如α-隱黃質(zhì)，α-胡蘿卜素的濃度。

3. 抗氧化性：甲基亞油酸過氧化氫法和DPPH比色法測定葉黃素的抗氧化活性后發(fā)現(xiàn)，全反式游離葉黃素（FL）的抗氧化性沒有有顯著性差異；也沒有協(xié)調(diào)效應(yīng)，根據(jù)DPPH比色法測定結(jié)果顯示它們的抗氧化性與α-胡蘿卜素相近。葉黃素、α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素均具有11個(gè)相同的發(fā)色團(tuán)，即多烯鏈中的9個(gè)共軛雙鍵和紫羅酮環(huán)中2個(gè)雙鍵,因此具有類似的抗氧化活性。根據(jù)比色法測定結(jié)果，F(xiàn)L和α-胡蘿卜素的抗氧化活性非常接近，這說明γ-或β-紫羅酮環(huán)上的C-3上的羥基對類胡蘿卜素的抗氧化性沒有影響。

4. 生物利用率：萬壽菊葉黃素的主要用途之一是作為家禽的飼料添加劑，葉黃素的利用率受多種因素影響,如在載體中的溶解度，在生物體中的利用過程等。適量的膳食脂肪對葉黃素酯的吸收利用是必要的，而游離葉黃素的生物利用率與膳食脂肪無必然聯(lián)系。

【應(yīng)用】^[1][3][4]

1. 預(yù)防老年性黃斑

區(qū)病變(Age-related macular degeneration，AMD)在發(fā)達(dá)國家, AMD是導(dǎo)致老年人眼盲的主要原因，在大多數(shù)國家中，它是導(dǎo)致視力下降的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，攝入大量富含葉黃素和玉米黃質(zhì)的水果和蔬菜，AMD的發(fā)病率下降了43%。The EyeDisease Case-ControlStudy(EDCC)對391個(gè)濕性AMD患者和578個(gè)對照作了檢測，該研究指出，隨著血清中葉黃素、玉米黃質(zhì)濃度的增加，AMD的患病率明顯下降。

2. 預(yù)防白內(nèi)障

葉黃素和玉米黃質(zhì)也是人體晶狀體中存在的僅有的二種類胡蘿卜素，盡管其含量比在黃斑中低很多。三個(gè)流行病學(xué)試驗(yàn)對膳食葉黃素、玉米黃質(zhì)對白內(nèi)障發(fā)病率的影響作了研究，。一個(gè)研究對護(hù)士健康調(diào)查(Nurse sHealth Study)的預(yù)防性跟蹤調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨葉黃素、玉米黃質(zhì)的攝入量增大，需進(jìn)行白內(nèi)障摘除手術(shù)的幾率顯著降低，但只有當(dāng)葉黃素、玉米黃質(zhì)攝入量為達(dá)到對照的4倍時(shí)才有顯著效果；另一個(gè)流行病學(xué)研究也是對保健人員的跟蹤調(diào)查(Health Professional s Follow-up Study)的數(shù)據(jù)作相似的分析，也發(fā)現(xiàn)葉黃素、玉米黃質(zhì)攝入量增大與白內(nèi)障患病率下降顯著相關(guān)。

3. 延緩早期動脈硬化

早期關(guān)于葉黃索研究主要集中在葉黃素對視力保護(hù)作用上，據(jù)研究表明葉黃素對早期動脈硬化進(jìn)程有延緩作用。研究頸動脈主干道血管中層內(nèi)膜厚度變化與血液中葉黃素含量之間關(guān)系試驗(yàn)顯示，在測試18個(gè)月后,血液中葉黃素含量較高組受試者頸動脈主干道血管壁厚度幾乎沒變，而血液中葉黃素含量較低組血管壁厚度顯著上升。在動物實(shí)驗(yàn)中，喂飼小鼠動脈硬化模式食物，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)喂飼含葉黃素飼料組小鼠動脈中動脈栓塞比末喂飼組有顯著降低。另外，動脈壁細(xì)胞中葉黃素還可降低LDL膽固醉氧化性。

4. 抗病作用

研究表明，葉黃素對多種痛癥有抑制作用，如乳腺癌、前列腺癌、直腸癌、結(jié)腸癌、皮膚癌等。研究表明降低乳腺癌發(fā)病率與葉黃素?cái)z入量有很密切關(guān)系，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，葉黃素低攝入量實(shí)驗(yàn)組乳腺廟發(fā)病率是高攝入量組的2.08-2.21倍。在動物實(shí)驗(yàn)中,給小鼠腹腔內(nèi)注入乳腺癌細(xì)胞，喂飼0%-0.4%葉黃素含量食物，在接種后50天末喂飼組中有70%發(fā)生乳腺癌腫，而喂飼0.02%-0.4%葉黃素含量組腫瘤發(fā)生率只有20%-37%。對腫瘤大小、肝脾重量等指標(biāo)進(jìn)行綜合研究發(fā)現(xiàn)葉黃素有抗腫瘤作用，這種作用可能涉及與其它器官組織同的間接免疫調(diào)節(jié)作用。另據(jù)美國癌癥研究所報(bào)道，人均每天攝入4009-6009水果和蔬菜可使患癌癥相對危險(xiǎn)性降低50%。另據(jù)對前列腺痛細(xì)胞增殖一項(xiàng)研究表明，葉黃素單獨(dú)作用可降低癌細(xì)胞增長速度25%，若與番茄紅素協(xié)同作用可降低其增長速度32%。

5. 抗氧化作用

葉黃素作為一種抗氧化劑可抑制活性氧自由基活性，阻止活性氧自由基對正常細(xì)胞破壞。單線態(tài)氧游離基和過氧化物游離基既可從機(jī)體正常代謝中產(chǎn)生，又可受諸如吸煙、空氣污染、輻射、特定藥物和環(huán)境毒素等影響而大量產(chǎn)生。據(jù)認(rèn)為，活性氧自由基可與DNA、蛋白質(zhì)、脂類發(fā)生反應(yīng)，削弱它們生理功能，并進(jìn)一步引發(fā)如癌癥、動脈硬化、及眼睛黃斑變性等慢性病發(fā)生。葉黃素可碎滅單線態(tài)氧，從而保護(hù)機(jī)體免受傷害。

6. 著色作用

葉黃素呈有鮮艷黃色，不溶于水，能溶于油脂、乙醇。著色力強(qiáng)，具有耐光、熱、酸、堿等特點(diǎn)，能廣泛用于糕點(diǎn)、糖果、調(diào)料、醬菜及飼料中作著色劑使用。

【提取】

目前葉黃素的提取方法主要有以下幾種。

1.有機(jī)溶劑抽提法：有機(jī)溶劑提取是到目前為止最為廣泛使用的葉黃素提取方法，常用有機(jī)溶劑有正己烷、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、石油醚等。萬壽菊中黃色素在中性條件下難溶于水，而在乙醇中其溶解度增加較多。因此選用乙醇作溶劑在堿性條件下進(jìn)行提取，提取液呈棕黃色，經(jīng)減壓蒸餾、濃縮、沉淀、干燥得褐色固體。

2.微波提取法：利用微波萃取的高效性和強(qiáng)選擇性的特點(diǎn)，以及其所具有的操作簡便、副產(chǎn)物少、產(chǎn)率高及產(chǎn)物易提純等優(yōu)點(diǎn)，在磁控管所產(chǎn)生的每秒24.5億次超高頻率的快速震動下，使植物原料內(nèi)分子間相互碰撞、擠壓，加速了天然色素的浸出。它的優(yōu)越性不僅在于降低設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用，而且也符合環(huán)境保護(hù)的要求。因此微波提取在天然色素的提取工藝中具有廣闊的應(yīng)用前景。研究表明：微波功率>料液比>提取時(shí)間，最佳條件：6號溶劑油作為浸提劑、微波功率為800W、提取時(shí)間為25 min、物料比為1/10時(shí)，柑橘皮中的葉黃素提取率最大，達(dá)到74.12%。

3.超臨界CO₂萃取法：此法不僅能夠去除異味，將葉黃素的含量提高至200mg/kg以上，還具有生產(chǎn)過程簡化、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。通過超臨界CO₂萃取法從萬壽菊干花顆粒中提取葉黃素得出最佳工藝為萃取壓力45 MPa、溫度50 ℃；分離壓力8 MPa，溫度55 ℃，在分離釜中收集主要提取物；分離壓力4 MPa，溫度20 ℃，在分離Ⅱ收集的為雜質(zhì)。此條件下葉黃素浸膏萃取率高。

4.酶處理法：有研究表明，鮮萬壽菊花溶在水中(10%，w/v)，先用纖維素酶處理，再用有機(jī)溶劑（氯仿或正己烷）萃取的方法。和無酶對照組比較，產(chǎn)量提高36%。利用水相酶法處理萬壽菊花粉，再用正己烷-乙醇-丙酮-甲苯(10:6:7:7)混合液萃取，可顯著提高葉黃素的萃取率。酶法降解萬壽菊花并沒有引起葉黃素異構(gòu)化，而且酶處理后的萬壽菊粉，全反式葉黃素含量最高，達(dá)25.1 g/kg干重。但是，由于酶處理法反應(yīng)時(shí)間過長，溶劑萃取前需去除酶處理過程大量的水分，使上述方法在實(shí)際應(yīng)用中受限。

5.膜分離技術(shù)：采用陶瓷膜微濾對浸提液進(jìn)行精濾提純，再用反滲透膜濃縮過濾液。這種工藝以膜分離技術(shù)為主體，替代了傳統(tǒng)的酒精提純和蒸發(fā)濃縮，工藝過程簡單、色素溶液基本處于常溫操作狀態(tài)，既節(jié)約能源，又保證了色素產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，無論是從降低成本還是提高產(chǎn)品質(zhì)量角度來看，將膜分離技術(shù)用于天然色素的提取是極有價(jià)值的。

6.干燥法提取葉黃素：國外研究出一種新型轉(zhuǎn)筒式干燥機(jī)，用來干燥和捶擊金盞花或者萬壽菊花瓣，可以從中提取葉黃素。當(dāng)捶擊比率不同時(shí)，捶擊效率就在70%~90%之間波動。葉黃素的多少決定于干燥時(shí)間長短，但在相同的干燥時(shí)間里，70 ℃下干燥提取的葉黃素含量比60 ℃下提取的葉黃素含量要少。

【主要參考資料】

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[5] 李永祥, 曹端林. 葉黃素的提取及應(yīng)用研究進(jìn)展[D]. , 2004.