汪洪濤 楊?lèi)?ài)萍 李小華

(江蘇經(jīng)貿職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇南京,210007)

摘要：類(lèi)胡蘿卜素廣泛存在和分布在自然界中，在植物、昆蟲(chóng)、鳥(niǎo)類(lèi)和其它動(dòng)物中均有發(fā)現。角黃素亦稱(chēng)斑蝥黃、斑蝥黃質(zhì)，是一種極具潛力和有很高經(jīng)濟價(jià)值的類(lèi)胡蘿卜素色素，具有許多重要的諸如抗氧化性、清除自由基等生物學(xué)功能，可用于食品、醫藥、化妝品、飼料等行業(yè)中。隨著(zhù)人們崇尚大自然和綠色食品的心理日益增強以及醫藥保健工業(yè)、食品工業(yè)、水產(chǎn)養殖業(yè)等迅速發(fā)展，對天然角黃素的需求必將越來(lái)越大，所以加緊研究與開(kāi)發(fā)角黃素產(chǎn)品尤其是天然產(chǎn)品已成為一個(gè)引人注目的發(fā)展趨勢，具有十分重要的意義，可產(chǎn)生可觀(guān)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。文章中對角黃素的性質(zhì)和功能、角黃素的應用、生物來(lái)源和生產(chǎn)方法等方面進(jìn)行了論述，為我國角黃素的開(kāi)發(fā)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：角黃素；性質(zhì)與功能；應用；生物來(lái)源

引言
隨著(zhù)人們生活水平的提高，對化妝品及食用色素的安全性也越加關(guān)心，將會(huì )逐漸限制化學(xué)合成色素的使用，最終在食品及日用化學(xué)品中以天然色素取代化學(xué)合成色素，并法律化。角黃素是一種廣泛存在和分布在自然界中的一種類(lèi)胡蘿卜素色素，具有廣泛的應用價(jià)值，其具有著(zhù)色功能和許多生理功能，可用于食品、化工、醫藥、飼料等行業(yè)，具有很高的經(jīng)濟價(jià)值。因此，研究角黃素的生物來(lái)源、生產(chǎn)方法，加強角黃素的生產(chǎn)與開(kāi)發(fā)具有十分重要的意義。

1角黃素的性質(zhì)與功能
角黃素（canthaxanthin），亦稱(chēng)斑蝥黃、斑蝥黃質(zhì)，分子式為C40H52O2，化學(xué)名稱(chēng)為β,β'-胡蘿卜素-４,4'-二酮，是一種非維生素Ａ源類(lèi)胡蘿卜素。天然的角黃素存在于某種蘑菇、甲殼類(lèi)、魚(yú)類(lèi)、藻類(lèi)、蛋、血液和肝臟中，含量極微[1]。其第一次是從可食的蘑菇Cantharellus cinnabarinus中分離出來(lái)的[2]，角黃素作為一個(gè)二酮類(lèi)類(lèi)胡蘿卜素在紅色波長(cháng)范圍內是一個(gè)有用的食品著(zhù)色劑，它可用于培養的鮭魚(yú)和沼蝦的著(zhù)色[3]。在角黃素分子中有許多共軛雙鍵和末端環(huán)狀基團上的不飽和酮，這些結構都具有比較活潑的電子效應，能向自由基提供電子或吸引自由基未配對電子，使其極易與自由基反應而清除自由基，從而起到抗氧化作用。PUNG等人通過(guò)研究表明含酮基的類(lèi)胡蘿卜素角黃素抑制癌變的能力比β胡蘿卜素強[4]。G.O. Okotie-Eboh等人通過(guò)實(shí)驗證明角黃素能顯著(zhù)的增加火雞血液中的膽固醇、總蛋白、脲酸、甘油三羧酸的含量，而上述這些方面都被黃曲霉毒素顯著(zhù)的降低，β胡蘿卜素則不影響所測的血液中的任何一種，故關(guān)于肌氨酸激酶活性方面角黃素和黃曲霉毒素之間有一個(gè)明顯的相互作用：在黃曲霉毒素存在時(shí)，當食用的角黃素含量增加時(shí)，肌氨酸激酶活性下降[19]。從大量的臨床試驗表明，角黃素和β胡蘿卜素的結合對治療生血性原卟啉癥（EPP）和復合光疾病（PMLE）病人比單獨用β胡蘿卜素好得多。裴凌鵬等人研究表明攝入適量的角黃素可以有效的改善D-半乳糖致衰老大鼠的抗氧化能力，從而達到延緩衰老的作用[22]。另外，角黃素具有光防護作用，它是帶電的活化分子的優(yōu)秀淬滅劑，同時(shí)也能與基態(tài)分子反應，正因為如此，它可作為人體里的親油性抗氧化劑，可以保護細胞和細胞結構被存在于細胞脂肪部分的氧化劑氧化。而且角黃素具有免疫調節活性，可作為人體中的免疫調節化合物。細菌學(xué)和細胞學(xué)的研究表明，角黃素具有抗誘變復合物和防止惡性細胞轉移的功能。角黃素能使血液中的T和B淋巴細胞增殖，可增加瘤塊中的胞毒巨噬細胞和T細胞的活性，維持抗原中的巨噬細胞受體[5]。

2角黃素的應用
角黃素是一種具有很高應用價(jià)值和經(jīng)濟價(jià)值的添加劑，在食品、醫藥、保健品、飼料和日用化妝品等行業(yè)有著(zhù)廣闊的應用前景。1984年FDA/WHO批準角黃素列入食品添加劑并制訂了質(zhì)量標準，角黃素作為食品添加劑可用于飲料、冰淇淋、華夫無(wú)輔料餅干、調味醬、番茄加工品、肉類(lèi)加工品等，適量添加于白色蛋糕預制粉，可帶杏子色調，烘烤后色素殘留率可達96%，豬肉制香腸中添加可得與牛肉制品相同的色調[1]。近年來(lái)角黃素已成功的用于防止植物油被光氧化[5]。在化妝品學(xué)和藥理學(xué)方面，與β胡蘿卜素結合使用可作為皮膚的光防護劑[6]。在醫藥方面，可用于藥品的著(zhù)色以及保護眼睛健康，用于神經(jīng)衰弱、心血管疾病的治療和一些主要癌癥的預防及抗老化[5]。裴凌鵬等人研究表明，角黃素可以預防和降低雙氧水對成骨細胞損傷的影響[21]。在飼料方面，角黃素可作為魚(yú)類(lèi)和禽類(lèi)飼料的著(zhù)色劑，以增強魚(yú)類(lèi)肉體的顏色和禽類(lèi)皮膚的顏色以及蛋黃的顏色。博禮敦利用448只泰國雜交鴨做實(shí)驗，來(lái)比較角黃素、蝦青素和檸檬黃素三種類(lèi)胡蘿卜素在蛋黃著(zhù)色和蛋黃實(shí)際沉積中的相對效率，結果表明角黃素在蛋黃中的沉積效率是18%，而蝦青素和檸檬黃素分別為4%和5%。飼喂12mg/kg的檸檬黃素的鴨，其蛋黃著(zhù)色的平均RYCF值為13.4，與飼喂4mg/kg的角黃素試驗組相當（RYCF值13.5）[7]。由此說(shuō)明，與蝦青素和檸檬黃素相比，角黃素對鴨蛋黃的著(zhù)色效率最高。

3角黃素的生物來(lái)源
3.1 甲殼類(lèi)動(dòng)物
甲殼綱動(dòng)物和各種魚(yú)類(lèi)包括鯉魚(yú)Cyprinus carpio、金鯔魚(yú)Mugil auratus、有環(huán)紋的海生銅盆魚(yú)類(lèi)Diplodus annularis和瀨魚(yú)Crenilabrus tinca中均發(fā)現有角黃素。角黃素在野生的大西洋鮭魚(yú)中沒(méi)發(fā)現，但卻在野生的太平洋鮭魚(yú)中發(fā)現有少量[8]。由于這些動(dòng)物中角黃素含量比較底，目前國內外還沒(méi)有報道從甲殼類(lèi)動(dòng)物及其副產(chǎn)物中提取角黃素。
3.2 藻類(lèi)
正常情況下綠藻中不含有角黃素和其它二酮類(lèi)胡蘿卜素。但在不利的營(yíng)養條件下特別是在氮源缺乏時(shí)，一些綠藻能合成大量的角黃素和其前體海膽酮，能合成這些次要的類(lèi)胡蘿卜素的藻類(lèi)包括Haematococcus，Chlorella，Chlamydomonas, Scenedes和Ankistrodesmus。據報道Dicty0coccus cinnabarinus在含有一種氮源和礦物質(zhì)的培養基中添加葡萄糖培養幾個(gè)星期后，其主要形成角黃素，且最后細胞中角黃素的含量是1-1.2mg/g干細胞[9]。
3.3 非光合作用細菌
3.3.1 短桿菌KY4313
利用烴類(lèi)的短桿菌突變體KY4313被認為是生產(chǎn)角黃素的最具潛力的菌種之一。KY4313最初是從日本的油田中分離出來(lái)的，當這種利用烴類(lèi)的細菌證明含有角黃素和少量的海膽酮與β胡蘿卜素時(shí)，激起了人們特別的興趣,它一直作為一個(gè)模型生物來(lái)研究角黃素的生物合成[10]。KY4313在含有烴類(lèi)、磷酸胺、礦物質(zhì)、維生素B12、麥芽汁和少量的一種無(wú)離子洗滌劑的基本培養基上生長(cháng)時(shí)，生物量為3-3.5g/l，角黃素最大產(chǎn)量為1-2mg/l，高的C/N比有利于脂肪和色素的形成。目前通過(guò)三種方法來(lái)優(yōu)化角黃素的產(chǎn)量：高產(chǎn)突變株的篩選，在培養基上添加類(lèi)胡蘿卜素促進(jìn)因子和刺激生長(cháng)。當用亞硝基甲基脲（NMU）處理菌株時(shí)，能獲得一株細胞中角黃素含量增加32﹪的突變株，沒(méi)有發(fā)現與烴類(lèi)發(fā)酵有關(guān)的類(lèi)胡蘿卜素促進(jìn)因子，在促進(jìn)生長(cháng)方面，主要通過(guò)定期更新培養基來(lái)提高色素的產(chǎn)量。在一個(gè)新設計的以延胡索酸—糖蜜—麥芽汁為基礎的培養基上可以獲得較高的生物量和色素含量，搖瓶培養時(shí)角黃素的最大產(chǎn)量為9.3mg/l，角黃素的直接前體海膽酮的含量為2.3mg/l。兩升包括培養基更新的烴類(lèi)分批發(fā)酵中角黃素的最大產(chǎn)量為7.2mg/l，海膽酮為3.7mg/l[11]。
3.3.2 極端嗜鹽細菌突變體TM
極端嗜鹽細菌突變體TM是1996年4月從埃及的一個(gè)海水蒸發(fā)池里的土壤樣本中分離得到的。在含有1﹪的酵母膏、0.75﹪的酪蛋白氨基酸、25﹪的氯化鈉、4﹪的硫酸鎂、0.2﹪的氯化鉀、PH7.2的培養基中，37℃下?lián)u瓶培養6天，突變株TM能產(chǎn)生2.06mg的總類(lèi)胡蘿卜素/g干細胞，包括0.06mg的β胡蘿卜素和0.7mg的角黃素。突變株TM所具有的獨特的特征如下：1.培養基中的氯化鈉濃度特別高，有利于防止其它微生物的污染，正因為如此，故不需要殺菌程序；2.低于10﹪的氯化鈉濃度可誘導細胞自溶。因此，在淡水中細胞溶解自動(dòng)發(fā)生，不需要細胞分解裝置；3.而且，從突變株TM中提取和純化類(lèi)胡蘿卜素的程序比從其它的來(lái)源中要簡(jiǎn)單，就象細菌類(lèi)胡蘿卜素比其它來(lái)源的類(lèi)胡蘿卜素要容易分離。正由于以上特征，突變株TM對魚(yú)類(lèi)、禽類(lèi)和食品工業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)最有前景的角黃素來(lái)源，通過(guò)獲得高產(chǎn)突變株或從菌體中分離出一個(gè)與類(lèi)胡蘿卜素生物合成有關(guān)的克隆基因來(lái)提高產(chǎn)量[12]。
3.3.3 其它細菌
據報道，細菌Gordonia jacobaea MV1[13],細菌地殼根瘤菌Bradyrhizobium sp. Strain ORS278[14]和分枝桿菌Mycobacterium 32MCT[15]均含有角黃素。
3.4 酵母
據日本協(xié)和發(fā)酵工業(yè)株式會(huì )社報道，發(fā)夫酵母突變體可作為角黃素的生物來(lái)源，其在適當的培養基上生長(cháng)時(shí)，角黃素含量可達5mg/l[16]。

4角黃素的生產(chǎn)方法
可以用兩種方法來(lái)生產(chǎn)角黃素：化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法。
4.1 微生物發(fā)酵法
由于微生物繁殖速度快，生產(chǎn)周期短，發(fā)酵工藝也較為成熟，通過(guò)誘變獲得高產(chǎn)菌株和優(yōu)化培養基提高色素量是目前最理想的方法。發(fā)酵結束后從生物體中提取色素的方法主要是先用各種方法破壁，然后用有機溶劑提取。有機溶劑常采用丙酮、石油醚、酒精、二甲基亞楓等。目前國外在這方面研究得比較多，而國內還未見(jiàn)報道。
4.2 化學(xué)合成法
國外角黃素第一次是從β胡蘿卜素合成的。Isler et al.和Isler and Schudel提供了全部的合成路線(xiàn)[17]。從1962年以來(lái)已經(jīng)開(kāi)始用化學(xué)合成法工業(yè)化生產(chǎn)。國內據報道的有江西中德聯(lián)合研究院一家報道過(guò)用一步法合成斑蝥黃，其主要是利用β胡蘿卜素作原料，通過(guò)氧化劑氯酸鈉來(lái)合成的，[18]。楊澤慧等人用1,3二雙鍵十五碳磷酸酯直接縮合法合成β胡蘿卜素，β胡蘿卜素選擇性催化氧化合成角黃素[20]。
5結語(yǔ)
角黃素是一個(gè)具有很高的應用價(jià)值和經(jīng)濟價(jià)值的色素，在食品、醫藥、化妝品、飼料等方面具有很大的應用潛力。隨著(zhù)人們對天然健康產(chǎn)品的青睞，角黃素等天然色素越來(lái)越大越引起人們的關(guān)注。因此，開(kāi)發(fā)角黃素的生物來(lái)源成為角黃素研究的一項重要課題。目前國外報道的微生物中角黃素的含量均不很高，離大規模生產(chǎn)還有一定距離，國內尚未有這方面的報道。開(kāi)展利用現代生物技術(shù)篩選角黃素的高產(chǎn)菌株，優(yōu)化培養條件，提高提取率等方面的研究不僅具有理論價(jià)值，而且具有廣闊的應用開(kāi)發(fā)前景。

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