叶黄素的保健功能

《中国食品添加剂》 China Food Additives 2003 No．1 叶黄素的保健功能 孟祥河 毛忠贵 (江南大学生物工程学院，无锡 214036) 潘秋 月 (哈尔滨商业大学食品学院，哈尔滨 150076) 摘要 ：叶黄素作为一种天然色素 ，广泛存在于 自然界中。大量的流行病学证据表明，叶黄素在预防人类某些 癌症和慢性病的发生方面起着重要的作用，是目前国际上功能性食品成分研究中的一个热点。本文详细地介绍 了叶黄素的结构、性质及生理功能方面的研究进展，并对其将来在食品中的应用加以展望。 关键词：叶黄素，性质，抗氧化剂，生理功能 The Physiological Function of Lutein (Southern Yangtze University，Wuxi 214036) Pan Qiuyue (Harbin University of Commercial，Harbin 150076) A t：Lutein，as a nature colors，which are found in many colorful fruits and vegetables，such as greens(e．g．，col— lard，mustard，kale，etc．)，∞m，peppers and oranges．A great deal 0f epidemiological evidence show that lutein play a positive roleintheprevention 0f egrtaintypeof canceror chronicdiseasein human．In recentyears．1uteinis ahottopic in the researching area of functional food．The recendy researching progress of lutein chemical struetu／~ ，t~ologacal properties and physiologicalfunctionwas reviewed here． Key words．Lutein，Properties，Antioxidant，Physiologyical function O 简 介 类胡萝 b素是在水果、蔬菜和绿色植物中大量 存在的一系列混合物。它赋予人们膳食的水果、蔬 菜以亮黄、桔黄和红色等亮丽宜人的颜色。在枝叶 茂盛的绿色植 物中，这些 明丽 的颜色被 叶绿素掩 蔽，但当秋天来临，叶绿素氧化变色，类胡萝 b素在 秋天的落叶中展示 了其美丽的色彩。 目前已知在 自然界中存在着 600多种类胡萝 b素，其中只有约 20种存在于人的血液和组织中。 在人体 中发现 的类胡萝 b素主要包括 a一胡萝 b 素、p一胡萝 b素、隐黄质、叶黄素、番茄红素和玉米 黄素。其中一些类胡萝 b素是 VA的前体 ，由于它 们在人体内可转化成 VA，所以早就受到人们的关 注。随着对类胡萝 b素研究的深入 ，叶黄素、玉米 黄素、隐黄质 、番茄红素等的功能性逐渐为人们所 发现 和认 知。叶黄 素首 次提 取 是在 1831年 由 Heinrich Wihelm Ferdinand Wackenroder从胡萝 b 17 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2003 No．1 根中提得。此后 ，Berzdlius在 1837年从秋 天的黄 叶中也提得了叶黄素。随后 ，其他研究人员在海藻 和蛋黄中也相继提得 了叶黄素。最新研究 的结果 表明叶黄素对视觉有保护所用 ，此外它还具有预防 白内障、预防动脉硬化_1 J、增强免疫力等功效 ，特 别是预防癌变的发生【2l、延缓癌症【3 J等方 面成为 目前科学工作者研究的焦点。 1 结构和性质 叶黄素独特的化学结构不仅决定了其颜色，也 决定了其物理化学性质 。叶黄素分子有一条含 40个碳原子的长链 ，其中有多个共扼双键 ，正是这 些共扼双键使叶黄素具有鲜明的颜色和抑制 自由 基的能力。玉米黄素与叶黄素的化学结构极为相 似 ，使得在分析 中很难将它们 区分开来 ，因此很多 研究总是将它们作为一类物质报道。它们具有相 同的双建数，然而其中一个双键的位置不同，在叶 黄素中这个双键形成烯丙基羟基末端 ，使得其化学 活性更强，而玉米黄素中相应的双键则与相邻直链 双键形成共轭体系。叶黄素(Lutein)及玉米黄素 (Zenxanthin)的结构式详见下图： 叶黄素含有 C、H、o元素 ，链末端还有羟基集 团。叶黄素在细胞膜上的存在方式是疏水的长碳 链埋于磷脂分子层 中，而亲水性羟基 留在膜的两 侧 ，这种定位可使叶黄素 、玉米黄素最大程度地与 极易氧化的细胞膜脂质结合在一起，以增强细胞膜 的强度。在稳定性方面，研究表明游离的叶黄素对 热极不稳定，叶黄素月桂酸单脂(ML)稳定性稍强， 而二月桂酸酯(DL)对热极 为稳定。ML、DL对紫 外光的敏感性都比性游历的叶黄素差。结果表明， 叶黄素游离羟基与脂肪酸酯化后可提高对光 的稳 定性 ，这也正是商品化的叶黄素产品多以叶黄素酯 形式供应的一个原因。 2 生理功能 2．1 保护视觉 2．1．1叶黄素的抗氧化性和光过滤性 虽然人体的血液和组织中含约 20种类胡萝 b 素，但只有叶黄素和玉米黄素特定地存 在于视黄 斑[53和晶状体 中。它们在血液 中含量很低 ，而在 眼睛中却有异乎寻常的聚集 ，视黄斑也正是 由于其 18 中富含叶黄素显黄色而得名的。眼睛对叶黄素的 这种选择性似乎说明它对眼睛的健康起着特定的 作用。然而这种作用机制目前尚未明了，据广泛的 研究认为 ，叶黄素对眼睛的主要生理功能是作为抗 氧化剂和光保护作用[6 3。 叶黄素可吸收大量近于紫外光的蓝光(蓝色是 黄色互补色)，蓝色光特别是蓝色可见光的波长与 紫外光很近 ，它是所有能到达视网膜的可见光 中能 量最高、潜在危害性最大的一种光。按视网膜的结 构方式 ，在到达视 网膜上敏感 的杆状和锥状细胞 前 ，光必须先经过叶黄素的最高聚集区域 ，此时若 视黄斑处的叶黄素含量丰富就能将这种伤害减至 最低[7l。 叶黄素在眼睛中的另一项重要功能是作为抗 氧化剂通过抑制氧 自由基来抑制有害 自由基的形 成[83。在组织器官 中产生 自由基 的两个条件是高 新陈代谢活力和能量在组织中的传递，在眼睛中， 这两个条件都可满足。不像皮肤和其他组织 ，眼睛 系统特别是视神经是不能再生的，一旦受到伤害就 不能恢复。而最易受到氧化伤害的就是视网膜上 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2003 No．1 的杆、锥状细胞 ，因为其 中多不饱和脂肪酸含量丰 富 ，因此叶黄素作为抗氧化剂对他们的保护作用显 得尤为重要。 2．1．2叶黄素的含量与 AMD下降的关系 AMD(Age—Related Maeular Degeneration，简 记为 A^仍 )是美国和其他发达国家老年人失明和 普通人视力下 降的主要原 因l 9l。据调查显示，美 国 40岁以上的由 9．2％的人有 AMD早期症状 ，由 0．4％的人有 A 晚期症状 ，每年导致约 300，000 人完全失明，并对 13，000，000人的视力造成影响。 按照 1990—1991年的诊断，估计在美国 43— 54岁的人 中有 2—10％、75岁以上的人 中有 15— 30％的人患有 AMDLⅢJ。 AMD发病的相对危险随年龄的增长而增加， 另有数据显示女性患该病的相对危险比男性稍高， 一 些遗传因素如较浅的虹膜颜色、种族差异等也会 增加患 AMD的危 险。除此之外 ，有调查报道 ：吸 烟者的 AMD患病率是不吸烟者的 2．4倍；眼睛长 期暴露在日光中也会增加患病危险L1 。 AMD引起的视力减退是无法挽回的，最终会 导致失明[12]。目前激光治疗只能暂时延迟或减慢 这种伤害，但如何减缓和预防此过程尚待研究。研 究人员最近对叶黄素的摄人量和 AMD的发病危 险的相互关系进行了考察。据来 自于 Florida国际 大学的研究 ，以膳食摄人 的形式每 日摄人 2．4mg 叶黄素 ，六 个月 之后血 液 的叶黄 素含量增 加 了 130％，受试者眼中的黄斑密度也增加 了 14％；若 将每 日摄人量增加到 30mg，五个 月后受试者视网 膜黄斑处的叶黄素含量增加了 20—40％。而这种 在视黄斑处的叶黄素含量 的增加导致 了蓝色光对 视网膜上的光感受细胞的伤害降低了 30—40％。 该报告指出，提高血液中叶黄素的含量可显著降低 AMD的患病危险。 2．1．3叶黄素与白内障的关系 白内障是晶状体上不透明或半透明的区域，白 内障是 世界范 围内导致失 明的主要眼疾。仅在 1994年在美国就做 了 200万例 白内障消除手 术L13]，在 日本 1996年约有 1，600，000白内障患 者。在美国白内障的发病率随年龄上升而显著上 升，65岁以上的有 5—10％，而 75—85岁的却有 30—40％，女性患 白内障的几率 比男性稍高 ，其他 与白内障患病有关 的因素还包括吸烟、眼睛在 日光 中暴露时间过长、糖尿病和发炎。 最近的研究发现通过增加叶黄素的摄人量和降 低白内障发生率间在统计学上呈显著性的趋势。在 BDE(Beaver Dam Eye Study)长达五年的纵向追踪调 查中也发现，叶黄素摄人量高组比摄人量低组 白内 障发病的发病率显著降低。这种影响机制 尚不清 楚 ，但最新的研究表明较低 的黄斑色素密度与中老 年人较高的晶状体视觉密度紧密关联，而较高的晶 状体视觉密度被认为是白内障发病的明显特征。 2．2 可延缓早期动脉硬化的进程 早期关于叶黄素的研究主要集 中在叶黄素对 视力的保护作用上，据最近的研究表明，叶黄素对 早期的动脉硬化进程有延缓作用。Dwyer等研究 了颈动脉主干道血管 中层 内膜厚度的变化与血液 中叶黄素含量之间的关系，在测试的18个月后，血 液中叶黄素含量较高组的受试者颈动脉主干道的 血管壁厚度几乎没变 ，而血液中叶黄素含量较低组 的血管壁厚度显著上升。在动物实验中，喂饲小鼠 动脉硬化模式食物 ，一段时间后发现喂饲含叶黄素 饲料组中小鼠动脉中的动脉栓塞 比未喂饲组有显 著降低。另外，动脉壁细胞中的叶黄素还可降低 LDL胆固醇的氧化性。 2．3 抗癌作用 最新的研究成果表明，叶黄素对多种癌症有抑 制作用，如乳腺癌、前列腺癌、直肠癌、结肠癌、皮肤 癌等。根据纽约大学药物学院最近的研究，在降低 乳腺癌的发病率与叶黄素摄人量间有很紧密的关 系，调查发现叶黄素摄人量低的实验组的乳腺癌发 病率是摄人量高组的2．08—2．21倍【H]。在动物 实验 中，给小 鼠的腹腔 内注入乳腺癌细胞 ，喂饲 0—0．4％叶黄素含量的食物 ，在接种后 50天未喂 饲组中有 70％发生 了乳腺癌肿 ，而喂饲 0．02—0． 4％叶黄素含量组 的肿瘤发生率 只有 20—37％。 对肿瘤大小、肝脾重量等指标进行综合研究发现叶 黄素有抗肿瘤的作用。据猜测，这种作用可能涉及 与其他器官组织协 同的间接免疫调节作用 。该研 究得出的结论是，在膳食中摄人叶黄素不仅能抑制 肿瘤 甚至可 以起 到预 防肿瘤 发生 的作用。另据 An'lerican Institute of Cancer Research(AICR )的 报道人均每天摄人 400—600g的水果和蔬菜可使 患癌症的相对危险降低 50％。另据对前列腺癌细 胞增殖的一项研究表明叶黄素单独作用可降低癌 19 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2003 No．1 细胞增长速度的25％，与番茄红素协同作用可降 低其增长速度的 32％。 2．4 抗氧化作用 叶黄素作为一种抗氧化剂可抑制活性氧自由 基的活性，阻止活性氧 自由基对 正常的细胞 的破 坏。单线态氧游离基和过氧化物游历基既可从机 体的正常代谢中产生，又可受诸如吸烟、空气污染、 辐射、特定的药物和环境毒素等影响而大量产生。 据认为，活性氧自由基可与 DNA、蛋白质、脂类发 生反应，削弱它们的生理功能，并进一步引发诸如 癌症、动脉硬化、与年龄相关的视黄斑密度降低等 慢性病的发生。叶黄素可通过物理或化学淬灭作 用灭火单线态氧，从而保护机体免受伤害。另外， 叶黄素还能增强机体的免疫能力。 3 应用状况 叶黄素对人体的重要生理功能 已引起广泛关 注。目前研究人员已从天然物质 中成功地提纯得 到叶黄素酯，并将其作为营养强化剂进行推广，如 Salt City— based W eider Nutrition Intema— tional，Inc．生产的 Schiff牌的营养强化剂已实现商 品化 ，种类 有 10％、20％、30％、40％、60％等不 同 纯度的产品。提取后的叶黄素结晶呈桔红色，由于 它是从天然物质制得 ，因此食用安全 、可靠 ，而且在 人体消化 道 内容 易被 水解、吸收。对 于 叶黄素 ， USDA目前虽未给定出膳食推荐量，但 Lutein as． terS于 2002年已被 FI)A认定为 GRAS物质 ，G】 NO．110。叶黄素作为食品添加剂，市场将是十分 广阔的。 4 小结 综上所述，叶黄素作为一种对人体有重要生理 功能的物质日益受到关注。它作为对多种疾病如 癌症、视黄斑退化、动脉硬化都有延缓和抑制作用 而在医药领域的应用 ；作为营养强化剂和天然色素 在食品工业中的应用 ；作为一种功能因子在多领域 应用的拓展将是今后的重点，不难预测，叶黄素的 开发前景是十分光明的。 参考文献 1．Dwyer JH，Navab M．Oxygenated earoteinoid lutein and pro- gressi0n ofearly atherosclerosis．The Los Angeles Atherosclero— sis Study．Circulation．2001：103：2922—2927 2．Hulten 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