摘要：葉黃素作為一種天然色素，廣泛存在于自然界中。大量的流行病學證據表明，葉黃素在預防人類某些癌癥和慢性病的發生方面起著重要的作用，是目前國際上功能性食品成分研究中的一個熱點。本文詳細地介紹了葉黃素的結構、性質及生理功能方面的研究進展，并對其將來在食品中的應用加以展望。

    關鍵詞：葉黃素，性質，抗氧化劑，生理功能

 

(Southern Yangtze University,Wuxi 214036)

Pan Qiuyue

(Harbin University of Commercial,Harbin 150076)

 

Abstract:Lutein,as a nature colors,which are found in many colorful fruits and vegetables,such as greens(e.g.,collard,mustard,kale,etc.),corn,peppers and oranges.A great deal of epidemiological evidence show that lutein play a positive role in the prevention of certain type of cancer or chronic disease in human.In recent years,lutein is a hot topic in the researching area of functional food.The recently researching progress of lutein chemical structure,bioligical properties and physiological function was reviewed here.

Key words:Lutein,Properties,Antioxidant,Physiologyical function

 

0  簡介

    類胡蘿卜素是在水果、蔬菜和綠色植物中大量存在的一系列混合物。它賦予人們膳食的水果、蔬菜以亮黃、桔黃和紅色等亮麗宜人的顏色。在枝葉茂盛的綠色植物中，這些明麗的顏色被葉綠素掩蔽，但當秋天來臨，葉綠素氧化變色，類胡蘿卜素在秋天的落葉中展示了其美麗的色彩。

    目前已知在自然界中存在著600多種類胡蘿卜素，其中只有約20種存在于人的血液和組織中。在人體中發現的類胡蘿卜素主要包括。α－胡蘿卜素、β－胡蘿卜素、隱黃質、葉黃素、番茄紅素和玉米黃素。其中一些類胡蘿卜素是VA的前體，由于它們在人體內可轉化成VA，所以早就受到人們的關注。隨著對類胡蘿卜素研究的深入，葉黃素、玉米黃素、隱黃質、番茄紅素等的功能性逐漸為人們所發現和認知。葉黃素首次提取是在1831年由Heinrich Wihelm Ferdinand Wackenroder從胡蘿卜根中提得。此后，Berzdlius在1837年從秋天的黃葉中也提得了葉黃素。隨后，其他研究人員在海藻和蛋黃中也相繼提得了葉黃素。最新研究的結果表明葉黃素對視覺有保護所用，此外它還具有預防白內障、預防動脈硬化^[1]、增強免疫力等功效，特別是預防癌變的發生^[2]、延緩癌癥^[3]等方面成為目前科學工作者研究的焦點。

 

1  結構和性質

葉黃素獨特的化學結構不僅決定了其顏色，也決定了其物理化學性質^[4]。葉黃素分子有一條含40個碳原子的長鏈，其中有多個共軛雙鍵，正是這些共軛雙鍵使葉黃素具有鮮明的顏色和抑制自由基的能力。玉米黃素與葉黃素的化學結構極為相似，使得在分析中很難將它們區分開來，因此很多研究總是將它們作為一類物質報道。它們具有相同的雙鍵數，然而其中一個雙鍵的位置不同，在葉黃素中這個雙鍵形成烯丙基羥基末端，使得其化學活性更強，而玉米黃素中相應的雙鍵則與相鄰直鏈雙鍵形成共軛體系。葉黃素(Lutein)及玉米黃素(Zenxanthin)的結構式詳見下圖：（圖略）

 

    葉黃素含有C、H、O元素，鏈末端還有羥基集團。葉黃素在細胞膜上的存在方式是疏水的長碳鏈埋于磷脂分子層中，而親水性羥基留在膜的兩側，這種定位可使葉黃素、玉米黃素最大程度地與極易氧化的細胞膜脂質結合在一起，以增強細胞膜的強度。在穩定性方面，研究表明游離的葉黃素對熱極不穩定，葉黃素月桂酸單脂(ML)穩定性稍強，而二月桂酸酯(DL)對熱極為穩定。ML、DL對紫外光的敏感性都比性游歷的葉黃素差。結果表明，葉黃素游離羥基與脂肪酸酯化后可提高對光的穩定性，這也正是商品化的葉黃素產品多以葉黃素酯形式供應的一個原因。

 

2  生理功能

2．1  保護視覺

2．1．1 葉黃素的抗氧化性和光過濾性

    雖然人體的血液和組織中含約20種類胡蘿卜素，但只有葉黃素和玉米黃素特定地存在于視黃斑^[5]和晶狀體中。它們在血液中含量很低，而在眼睛中卻有異乎尋常的聚集，視黃斑也正是由于其中富含葉黃素顯黃色而得名的。眼睛對葉黃素的這種選擇性似乎說明它對眼睛的健康起著特定的作用。然而這種作用機制目前尚未明了，據廣泛的研究認為，葉黃素對眼睛的主要生理功能是作為抗氧化劑和光保護作用^[6]。

    葉黃素可吸收大量近于紫外光的藍光(藍色是黃色互補色)，藍色光特別是藍色可見光的波長與紫外光很近，它是所有能到達視網膜的可見光中能量最高、潛在危害性最大的一種光。按視網膜的結構方式，在到達視網膜上敏感的桿狀和錐狀細胞前，光必須先經過葉黃素的最高聚集區域，此時若視黃斑處的葉黃素含量豐富就能將這種傷害減至最低^[7]。

    葉黃素在眼睛中的另一項重要功能是作為抗氧化劑通過抑制氧自由基來抑制有害自由基的形成^[8]。在組織器官中產生自由基的兩個條件是高新陳代謝活力和能量在組織中的傳遞，在眼睛中，這兩個條件都可滿足。不像皮膚和其他組織，眼睛系統特別是視神經是不能再生的，一旦受到傷害就不能恢復。而最易受到氧化傷害的就是視網膜上的桿、錐狀細胞，因為其中多不飽和脂肪酸含量豐富，因此葉黃素作為抗氧化劑對他們的保護作用顯得尤為重要。

 

2．1．2 葉黃素的含量與AMD下降的關系

    AMD(Age-Related Macudar Degeneration，簡記為AMD)是美國和其他發達國家老年人失明和普通人視力下降的主要原因^[9]。據調查顯示，美國40歲以上的由9.2%的人有AMD早期癥狀，由0.4%的人有AMD晚期癥狀，每年導致約300,000人完全失明，并對13,000,000人的視力造成影響。按照1990～1991年的診斷標難，估計在美國43～54歲的人中有2～10%、75歲以上的人中有15～30%的人患有AMD^[10]。

    AMD發病的相對危險隨年齡的增長而增加，另有數據顯示女性患該病的相對危險比男性稍高，一些遺傳因素如較淺的虹膜顏色、種族差異等也會增加患AMD的危險。除此之外，有調查報道：吸煙者的AMD患病率是不吸煙者的2.4倍；眼睛長期暴露在日光中也會增加患病危險^[11]。

AMD引起的視力減退是無法挽回的，最終會導致失明^[12]。目前激光治療只能暫時延遲或減慢這種傷害，但如何減緩和預防此過程尚待研究。研究人員最近對葉黃素的攝入量和AMD的發病危險的相互關系進行了考察。據來自于Florida國際大學的研究，以膳食攝入的形式每日攝入2.4mg葉黃素，六個月之后血液的葉黃素含量增加了130%，受試者眼中的黃斑密度也增加了14%；若將每日攝入量增加到30mg，五個月后受試者視網膜黃斑處的葉黃素含量增加了20～40%。而這種在視黃斑處的葉黃素含量的增加導致了藍色光對視網膜上的光感受細胞的傷害降低了30～40%。該報告指出，提高血液中葉黃素的含量可顯著降低AMD的患病危險。

 

2．1．3 葉黃素與白內障的關系

    白內障是晶狀體上不透明或半透明的區域，白內障是世界范圍內導致失明的主要眼疾。僅在1994年在美國就做了200萬例白內障消除手術^[13]，在日本1996年約有l,600,000白內障患者。在美國白內障的發病率隨年齡上升而顯著上升，65歲以上的有5～10%，而75～85歲的卻有30～40%，女性患白內障的幾率比男性稍高，其他與白內障患病有關的因素還包括吸煙、眼睛在日光中暴露時間過長、糖尿病和發炎。

    最近的研究發現通過增加葉黃素的攝入量和降低白內障發生率間在統計學上呈顯著性的趨勢。在BDE(Beaver Dam Eye Study)長達五年的縱向追蹤調查中也發現，葉黃素攝入量高組比攝入量低組白內障發病的發病率顯著降低。這種影響機制尚不清楚，但最新的研究表明較低的黃斑色素密度與中老年人較高的晶狀體視覺密度緊密關聯，而較高的晶狀體視覺密度被認為是白內障發病的明顯特征。

 

2．2  可延緩早期動脈硬化的進程

    早期關于葉黃素的研究主要集中在葉黃素對視力的保護作用上，據最近的研究表明，葉黃素對早期的動脈硬化進程有延緩作用。Dwyer等研究了頸動脈主干道血管中層內膜厚度的變化與血液中葉黃素含量之間的關系，在測試的18個月后，血液中葉黃素含量較高組的受試者頸動脈主干道的血管壁厚度幾乎沒變，而血液中葉黃素含量較低組的血管壁厚度顯著上升。在動物實驗中，喂飼小鼠動脈硬化模式食物，一段時間后發現喂飼含葉黃素飼料組中小鼠動脈中的動脈栓塞比未喂飼組有顯著降低。另外，動脈壁細胞中的葉黃素還可降低LDL膽固醇的氧化性。

 

2．3  抗癌作用

     最新的研究成果表明，葉黃素對多種癌癥有抑制作用，如乳腺癌、前列腺癌、直腸癌、結腸癌、皮膚癌等。根據紐約大學藥物學院最近的研究，在降低乳腺癌的發病率與葉黃素攝入量間有很緊密的關系，調查發現葉黃素攝入量低的實驗組的乳腺癌發病率是攝入量高組的2.08～2.2l倍^[14]。在動物實驗中，給小鼠的腹腔內注入乳腺癌細胞，喂飼0～0.4%葉黃素含量的食物，在接種后50天未喂飼組中有70%發生了乳腺癌腫，而喂飼0.02～0.4%葉黃素含量組的腫瘤發生率只有20～37%。對腫瘤大小、肝脾重量等指標進行綜合研究發現葉黃素有抗腫瘤的作用。據猜測，這種作用可能涉及與其他器官組織協同的間接免疫調節作用。該研究得出的結論是，在膳食中攝入葉黃素不僅能抑制腫瘤甚至可以起到預防腫瘤發生的作用。另據American Institute of Cancer Research(AICR)的報道人均每天攝入400～600g的水果和蔬菜可使患癌癥的相對危險降低50%。另據對前列腺癌細胞增殖的一項研究表明葉黃素單獨作用可降低癌細胞增長速度的25%，與番茄紅素協同作用可降低其增長速度的32%。

 

2．4  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的活性，阻止活性氧自由基對正常的細胞的破壞。單線態氧游離基和過氧化物游歷基既可從機體的正常代謝中產生，又可受諸如吸煙、空氣污染、輻射、特定的藥物和環境毒素等影響而大量產生。據認為，活性氧自由基可與DNA、蛋白質、脂類發生反應，削弱它們的生理功能，并進一步引發諸如癌癥、動脈硬化、與年齡相關的視黃斑密度降低等慢性病的發生。葉黃素可通過物理或化學淬滅作用滅火單線態氧，從而保護機體免受傷害。另外，葉黃素還能增強機體的免疫能力。

 

3  應用狀況

    葉黃素對人體的重要生理功能已引起廣泛關注。目前研究人員已從天然物質中成功地提純得到葉黃素酯，并將其作為營養強化劑進行推廣，如Sa1t Lake City-based Weider Nutrition International，Inc．生產的Schiff牌的營養強化劑已實現商品化，種類有10%、20%、30%、40%、60%等不同純度的產品。提取后的葉黃素結晶呈桔紅色，由于它是從天然物質制得，因此食用安全、可靠，而且在人體消化道內容易被水解、吸收。對于葉黃素，USDA目前雖未給定出膳食推薦量，但Lutein esters于2002年已被FDA認定為GRAS物質，GRNNO.110。葉黃素作為食品添加劑，市場將是十分廣闊的。

 

4  小結

    綜上所述，葉黃素作為一種對人體有重要生理功能的物質日益受到關注。它作為對多種疾病如癌癥、視黃斑退化、動脈硬化都有延緩和抑制作用而在醫藥領域的應用；作為營養強化劑和天然色素在食品工業中的應用；作為一種功能因子在多領域應用的拓展將是今后的重點，不難預測，葉黃素的開發前景是十分光明的。

 

參考文獻

1.       Dwyer JH,Navab M.Oxygenated caroteinoid lutein and progression ofearly atherosclerosis.The Los Angeles Atherosclerosis Study.Circulation.2001;103:2922-2927

2.       Hulten K.Carotenoids,alpha-tocopherol and retinal in plasma and breast cancer risk in northern Sweden Cancer Control.2001;12:529:37

3.       Toniolo P.serum carotenoids and breast cancer.Am J Epidemiol.2001;153:1142-47

4.       Hart DJ,and Scott KJ.Development and evaluation of an HPLC method for the analysis of cartenoids in foods,and the measurement of the carotenoik content of vegetables and fruits commonly consumed in the UK.Food Chem 1995;54:101-11

5.       J T.Landrum.A One Year Study of the Macular Pigment The Effect of 150 Days of a Lutein Supplement,Exp.Eye Res.65:57-62(1997)

6.       Hammond BR,Wooten BR,Snodderly DM.1997.Density of the human crystalline lens is related to the macular pigment carotenoids,lutein and zeaxanthin.Optom Vis Sci 77:499-504

7.       Han WT,Mueller WA.1989.The photopathology and nature of the blue-light and near-UV retinal lesion produced by lasers and other optical sources.In;Laser Application in Medicine and Bioligy.

8.       Mortensen A,Skibsted LH,Sampson J,Rice-Ecans C,Everett SA.Comparative mechanisms and rates of free radical scavenging by carotenoid antioxidants.FEBS Letters 1997;418:91-7

9.         Landrum,et al.,The Macular Pigment:A Possible Role in Protection from Age-Related Macular Degeneration,Adv.Pharm.38:537-556(1997)

（以下文獻略）