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【摘 要】盐藻β-胡萝卜素，是盐藻在特殊生境下产生的次生代谢物质，毒理研究显示，大量摄入，完全无毒副作用，已被广泛用作药品、保健品和食品添加剂等，是新型绿色功能性食品的重要成员;又由于其具有较强的抗氧化活性等生理功能，在临床上已被用于增强机体免疫力和癌症等疾病的治疗;本文对其在提取方法、医用和食用等方面的研究进行了综述。
【关键词】盐藻 β-胡萝卜素 研究进展
据世界卫生组织报告，食物中维生素A缺乏影响着全球2.5亿人口，每年发展中国家有35万儿童因维生素A缺乏症而失明，近200万儿童因此免疫力低下而继发感染死亡;而β-胡萝卜素在人体内可以转化为维生素A，科学家便利用转基因技术将水仙花八氢番茄红素合成酶基因克隆并转入水稻胚乳，催生了富含β-胡萝卜素的“黄金大米”。研究显示：天然β-胡萝卜素无毒副作用，并且因其具有显著的抗氧化生理活性，被广泛的应用于预防癌症、增强机体免疫力、调节炎症反应等。
在自然界中大部分自养型生物都能累积β-胡萝卜素，但含量较低，而在高光高盐条件下，盐藻积累的β-胡萝卜素量可高达其细胞干重的14%（m/m），故在国际上，盐藻成为了商业化生产天然β-胡萝卜素的重要原料。本文将对盐藻β-胡萝卜素在提取方法、医用和食用等方面的研究进行综述。
一、盐藻β-胡萝卜素的提取研究
1.藻种及其有效组分分析
盐生杜氏藻（Dunaliella）简称盐藻是一种单细胞绿藻，无细胞壁，耐盐性好，广泛分布于高盐度的海洋、湿地、滩涂的盐水水体中;研究中主要使用的藻种有D.salina，D.bardawil等。
作为天然β-胡萝卜素，盐藻β-胡萝卜素的分子结构有全反式和顺式两种异构体，其中，作为维生素A前体的β-胡萝卜素的分子结构为全反式异构体;盐藻β-胡萝卜素中除了具有全反式异构体外，还有9顺式、13顺式和15顺式等多种顺式异构体。姜建国等人对五种盐藻的生化组成和β-胡萝卜素异构体分析研究发现，D.bardawil和D.salina两个藻种可累积较高的β-胡萝卜素;藻种D.sp累积的β-胡萝卜素的9-顺式异构体含量占干重的46.8%，在研究的五个藻种中含量最高。闫红晓等采用碘掺杂二氧化钛纳米催化剂在乙酸乙酯中非均相催化β-胡萝卜素异构化，获得了高顺式构型占比的β-胡萝卜素，其中9-顺式β-胡萝卜素异构体质量分数高达25.03%，并优化了催化异构化反应体系。
2.提取方法
盐藻β-胡萝卜素的提取方法多为以有机溶剂浸提法为主的辅助提取方法，如：微波提取法、酶解法等，分别利用微波加热、酶解等技术手段，破坏盐藻的细胞结构，促进细胞内容物的流出，提高提取率。
经典的提取方法——有机溶剂浸提法常用的提取溶剂有乙醇，甲醇，丙酮，石油醚，丙酮﹕甲醇（7：2），正丁烷等。孙协军等的研究显示：在采用微波辅助提取法时，提取溶剂的选择标准取决于溶剂吸收微波的能力及将微波能转化为热能的能力，因此，考虑溶剂的持热性和吸收微波能力，微波辅助有机溶剂浸提法采用乙酸乙酯萃取β-胡萝卜素萃取效果较好。研究者利用蛋白酶水解其细胞外膜上的糖蛋白，促进细胞内的β-胡萝卜素流出，以便溶剂萃取，这就是酶解提取法。劉颖芬等比较了冻融、超声波、蛋白酶解三种处理方法对盐藻中β-胡萝卜素提取率的影响，结果表明酶解法得到的提取率高达81%。
与上述有机溶剂萃取法相比，新型技术——超临界CO2萃取法操作温度低、工艺简单、无溶剂残留、产品质量好、提取率高，特别适合脂溶性的β-胡萝卜素的萃取及分离。该方法将超临界状态下的二氧化碳作为萃取剂，使β-胡萝卜素溶解在超临界流体中，在减压操作下二氧化碳与β-胡萝卜素分离，二氧化碳继续被循环使用。
二、盐藻β-胡萝卜素的医用研究
β-胡萝卜素的分子式为C40H56，其结构式为类异戊二烯结构，由于多个共轭双键的存在而使整个分子处于高度不饱和状态，进而使其具有较强的还原性（即抗氧化活性）;而人体的新陈代谢由于有氧的参与，会不断的产生自由基和单线态氧，单线态氧与其它分子结合降低细胞生物活性，使细胞老化引发一系列疾病如癌症、免疫力下降等;而β-胡萝卜素能通过与自由基结合而保护机体细胞免受伤害，通过能量转移而钝化单线态氧的活性，以清除单线态氧。因此，在医学上被广泛应用。
1.预防和抵抗肿瘤
大量的实验研究表明：机体中天然β-胡萝卜素含量与乳腺癌、肺癌、胃癌、结肠癌等常见癌症的发生率呈负相关，机体补充大量的β-胡萝卜素能有效预防癌症。Gey，K.F和Shoshana Mokady等的研究显示，天然β-胡萝卜素中起抗癌作用的有效组分为9-顺式异构体，在人体内在酶的催化下9-顺式β-胡萝卜素生成9-顺式视黄酸，而9-顺式视黄酸是视黄酸类X受体（RXR）的配合基，可以与RXR配合，从而保护正常机体细胞不被RXR诱发变异，因此，β-胡萝卜素在医学上被称为肿瘤的化学预防剂。
2.增强免疫力
β-胡萝卜素能抑制脂质过氧化，消除和抑制自由基产生，减少过氧化物和自由基对免疫功能的抑制，增强机体免疫力。马思慧等有关β-胡萝卜素对免疫抑制小鼠免疫指标的影响的研究结果显示：β-胡萝卜素能改善由环磷酰胺引起的免疫器官损伤，提高免疫抑制小鼠血清中的细胞因子和免疫球蛋白含量;可见，β-胡萝卜素通过提高机体体液免疫功能，缓解由环磷酰胺引起的免疫抑制作用。赵先文等有关肺癌患者血清β-胡萝卜素与免疫功能的相关性的研究结果显示：肺癌患者血清中β-胡萝卜素含量，显著低于正常人，除降低其在体内的抗氧化作用外，影响其免疫功能，可能是肺癌发病的另一个因素。
3.调节炎症反应
炎症作为一种免疫反应，由激活的免疫细胞如巨噬细胞释放一系列炎症因子所致。炎症因子的持续刺激，会导致慢性炎症的发生，与风湿性关节炎、哮喘、动脉粥样硬化等疾病的产生密切相关。巨噬细胞在脂多糖的刺激下，会分泌IL- 1β、IL-6，TNF-α等多种炎症因子，而炎症因子的分泌量是检测炎症严重程度的量化指标。张晓音等有关β-胡萝卜素对脂多糖刺激巨噬细胞RAW264.7分泌炎症因子的影响及其机制的研究表明：β-胡萝卜素可以通过抑制NF-kB通路中NF-kB p65蛋白的表达，抑制LPS刺激的巨噬细胞炎症因子IL- 1β、IL-6，TNF-α的分泌，进而起到调节炎症反应，实现抗炎作用。 吴旻有关β-胡萝卜素对脂多糖诱导的IPEC-J2细胞炎症的保护作用及其机制的研究表明：β-胡萝卜素能够降低LPS诱导的IPEC-J2细胞炎症损伤，对肠道细胞炎症具有保护作用，依据实验结果推测，β-胡萝卜素可能通过调节TLR4/MyD88/NF-Kb信号通路保护肠道细胞。
三、盐藻β-胡萝卜素的食品应用
盐藻β-胡萝卜素着色性能好、安全稳定，其颜色可涵盖由红色至黄色的所有色系，形成天然的亮红、桔黄等颜色，可赋予加工食品以天然的色彩;目前主要作为黄色着色剂用于果汁、奶油、食用油脂、面包等的着色;此外，β-胡萝卜素常与其他营养素配成复合制剂，添加到清凉饮料、糕点、冰淇淋、干酪、酸奶等食品中。作为人体营养的重要组分，以β-胡萝卜素为主要成分的保健产品--β-胡萝卜素软胶囊，利用微胶囊技术包埋β-胡萝卜素，在提高β-胡萝卜素的稳定性的同时，使其更易于人体吸收。
四、展望
随着β-胡萝卜素产业的兴起，β-胡萝卜素及其衍生出的系列产品的价值日益凸显。为进一步提高盐藻β-胡萝卜素的应用价值，今后的研究，可尝试从如下几方面展开;首先，在传统有机溶剂浸提的基础上，可尝试多重技术互作提取，以获取低残留、高提取率的提取方法;其次，优化生产工艺，提高盐藻9-顺式β-胡萝卜素成分的含量;再者，深入研究盐藻β-胡萝卜素在疾病防治方面的作用机制和防御功效，开发相应的功能性产品等。
参考文献
[1]Borowitzka L J，Borowitzka M A，Moulton T P. The mass culture of Dunaliella salina for fine chemicals： From laboratory to pilot plant[J]Hydrobiologia，1984，116-117（1）：115-121.
[2]Oliver LK .Colorimetric analysis of vitamin A and carotene[J]Methods Enzymol，1980，67：199-203.
[3]姜建国，姚汝华.五种盐藻生化组成及β-胡萝卜素异构体分析[J]华南理工大学学报（自然科学版），1997，25（10）：38-41.
[4]闫红晓，孙清瑞，李東，等.β-胡萝卜素催化异构化及9-顺式β-胡萝卜素制备工艺研究[J]食品与生物技术学报，2016，35（7）：739-746.
[5]滕长英，张立，邹宁，等.不同提取方法对盐藻β-胡萝卜素产量的影响[J]安徽农业科学，2008，36（29）：12546-12547，12559.
[6]孙协军，薛晓霞，李秀霞，等.盐藻β-胡萝卜素微波提取工艺研究[J]食品工业科技，2016，7（1）：252-257.
[7]刘颖芬，辛乃宏，李炳乾，等.三种方法提取盐藻中β-胡萝卜素的比较[J]盐业与化工，2017，46（2）：12-14.
[8]Mathews-Roth MM. Carotenoids in erythropoietic protoporphyria and other photosensitivity diseases [J]Ann. NY Acad. Sci，1993，691：127-138.
[9]Vaneenwyk J，Davis F，Bowen P. Dietary and serum carotenoids and cervical intraepithelial neoplasia[J]Int J Cancer，1990，48： 34-38.
[10]马思慧，杨欢，吴天成，等.β-胡萝卜素对免疫抑制小鼠免疫指标的影响[J]中国兽药杂志，2014，48（7）：10-14.
[11]赵先文，韩存芝，荆洁线.肺癌患者血清β-胡萝卜素与免疫功能的相关性研究[J]山西职工医学院学报，2004，14（3）：7-9.
[12]张晓音，张珊珊，吴旻，等.β-胡萝卜素对脂多糖刺激巨噬细胞RAW264.7炎症因子的影响及其机制[J]中国免疫学杂志，2017，33（6）：838-843.
[13]Min Wu. Effects of supplemental β-carotene on IgA concentrations in sows and neonatal piglets [J]Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition，2016，5：105-112.
【关键词】盐藻 β-胡萝卜素 研究进展
据世界卫生组织报告，食物中维生素A缺乏影响着全球2.5亿人口，每年发展中国家有35万儿童因维生素A缺乏症而失明，近200万儿童因此免疫力低下而继发感染死亡;而β-胡萝卜素在人体内可以转化为维生素A，科学家便利用转基因技术将水仙花八氢番茄红素合成酶基因克隆并转入水稻胚乳，催生了富含β-胡萝卜素的“黄金大米”。研究显示：天然β-胡萝卜素无毒副作用，并且因其具有显著的抗氧化生理活性，被广泛的应用于预防癌症、增强机体免疫力、调节炎症反应等。
在自然界中大部分自养型生物都能累积β-胡萝卜素，但含量较低，而在高光高盐条件下，盐藻积累的β-胡萝卜素量可高达其细胞干重的14%（m/m），故在国际上，盐藻成为了商业化生产天然β-胡萝卜素的重要原料。本文将对盐藻β-胡萝卜素在提取方法、医用和食用等方面的研究进行综述。
一、盐藻β-胡萝卜素的提取研究
1.藻种及其有效组分分析
盐生杜氏藻（Dunaliella）简称盐藻是一种单细胞绿藻，无细胞壁，耐盐性好，广泛分布于高盐度的海洋、湿地、滩涂的盐水水体中;研究中主要使用的藻种有D.salina，D.bardawil等。
作为天然β-胡萝卜素，盐藻β-胡萝卜素的分子结构有全反式和顺式两种异构体，其中，作为维生素A前体的β-胡萝卜素的分子结构为全反式异构体;盐藻β-胡萝卜素中除了具有全反式异构体外，还有9顺式、13顺式和15顺式等多种顺式异构体。姜建国等人对五种盐藻的生化组成和β-胡萝卜素异构体分析研究发现，D.bardawil和D.salina两个藻种可累积较高的β-胡萝卜素;藻种D.sp累积的β-胡萝卜素的9-顺式异构体含量占干重的46.8%，在研究的五个藻种中含量最高。闫红晓等采用碘掺杂二氧化钛纳米催化剂在乙酸乙酯中非均相催化β-胡萝卜素异构化，获得了高顺式构型占比的β-胡萝卜素，其中9-顺式β-胡萝卜素异构体质量分数高达25.03%，并优化了催化异构化反应体系。
2.提取方法
盐藻β-胡萝卜素的提取方法多为以有机溶剂浸提法为主的辅助提取方法，如：微波提取法、酶解法等，分别利用微波加热、酶解等技术手段，破坏盐藻的细胞结构，促进细胞内容物的流出，提高提取率。
经典的提取方法——有机溶剂浸提法常用的提取溶剂有乙醇，甲醇，丙酮，石油醚，丙酮﹕甲醇（7：2），正丁烷等。孙协军等的研究显示：在采用微波辅助提取法时，提取溶剂的选择标准取决于溶剂吸收微波的能力及将微波能转化为热能的能力，因此，考虑溶剂的持热性和吸收微波能力，微波辅助有机溶剂浸提法采用乙酸乙酯萃取β-胡萝卜素萃取效果较好。研究者利用蛋白酶水解其细胞外膜上的糖蛋白，促进细胞内的β-胡萝卜素流出，以便溶剂萃取，这就是酶解提取法。劉颖芬等比较了冻融、超声波、蛋白酶解三种处理方法对盐藻中β-胡萝卜素提取率的影响，结果表明酶解法得到的提取率高达81%。
与上述有机溶剂萃取法相比，新型技术——超临界CO2萃取法操作温度低、工艺简单、无溶剂残留、产品质量好、提取率高，特别适合脂溶性的β-胡萝卜素的萃取及分离。该方法将超临界状态下的二氧化碳作为萃取剂，使β-胡萝卜素溶解在超临界流体中，在减压操作下二氧化碳与β-胡萝卜素分离，二氧化碳继续被循环使用。
二、盐藻β-胡萝卜素的医用研究
β-胡萝卜素的分子式为C40H56，其结构式为类异戊二烯结构，由于多个共轭双键的存在而使整个分子处于高度不饱和状态，进而使其具有较强的还原性（即抗氧化活性）;而人体的新陈代谢由于有氧的参与，会不断的产生自由基和单线态氧，单线态氧与其它分子结合降低细胞生物活性，使细胞老化引发一系列疾病如癌症、免疫力下降等;而β-胡萝卜素能通过与自由基结合而保护机体细胞免受伤害，通过能量转移而钝化单线态氧的活性，以清除单线态氧。因此，在医学上被广泛应用。
1.预防和抵抗肿瘤
大量的实验研究表明：机体中天然β-胡萝卜素含量与乳腺癌、肺癌、胃癌、结肠癌等常见癌症的发生率呈负相关，机体补充大量的β-胡萝卜素能有效预防癌症。Gey，K.F和Shoshana Mokady等的研究显示，天然β-胡萝卜素中起抗癌作用的有效组分为9-顺式异构体，在人体内在酶的催化下9-顺式β-胡萝卜素生成9-顺式视黄酸，而9-顺式视黄酸是视黄酸类X受体（RXR）的配合基，可以与RXR配合，从而保护正常机体细胞不被RXR诱发变异，因此，β-胡萝卜素在医学上被称为肿瘤的化学预防剂。
2.增强免疫力
β-胡萝卜素能抑制脂质过氧化，消除和抑制自由基产生，减少过氧化物和自由基对免疫功能的抑制，增强机体免疫力。马思慧等有关β-胡萝卜素对免疫抑制小鼠免疫指标的影响的研究结果显示：β-胡萝卜素能改善由环磷酰胺引起的免疫器官损伤，提高免疫抑制小鼠血清中的细胞因子和免疫球蛋白含量;可见，β-胡萝卜素通过提高机体体液免疫功能，缓解由环磷酰胺引起的免疫抑制作用。赵先文等有关肺癌患者血清β-胡萝卜素与免疫功能的相关性的研究结果显示：肺癌患者血清中β-胡萝卜素含量，显著低于正常人，除降低其在体内的抗氧化作用外，影响其免疫功能，可能是肺癌发病的另一个因素。
3.调节炎症反应
炎症作为一种免疫反应，由激活的免疫细胞如巨噬细胞释放一系列炎症因子所致。炎症因子的持续刺激，会导致慢性炎症的发生，与风湿性关节炎、哮喘、动脉粥样硬化等疾病的产生密切相关。巨噬细胞在脂多糖的刺激下，会分泌IL- 1β、IL-6，TNF-α等多种炎症因子，而炎症因子的分泌量是检测炎症严重程度的量化指标。张晓音等有关β-胡萝卜素对脂多糖刺激巨噬细胞RAW264.7分泌炎症因子的影响及其机制的研究表明：β-胡萝卜素可以通过抑制NF-kB通路中NF-kB p65蛋白的表达，抑制LPS刺激的巨噬细胞炎症因子IL- 1β、IL-6，TNF-α的分泌，进而起到调节炎症反应，实现抗炎作用。 吴旻有关β-胡萝卜素对脂多糖诱导的IPEC-J2细胞炎症的保护作用及其机制的研究表明：β-胡萝卜素能够降低LPS诱导的IPEC-J2细胞炎症损伤，对肠道细胞炎症具有保护作用，依据实验结果推测，β-胡萝卜素可能通过调节TLR4/MyD88/NF-Kb信号通路保护肠道细胞。
三、盐藻β-胡萝卜素的食品应用
盐藻β-胡萝卜素着色性能好、安全稳定，其颜色可涵盖由红色至黄色的所有色系，形成天然的亮红、桔黄等颜色，可赋予加工食品以天然的色彩;目前主要作为黄色着色剂用于果汁、奶油、食用油脂、面包等的着色;此外，β-胡萝卜素常与其他营养素配成复合制剂，添加到清凉饮料、糕点、冰淇淋、干酪、酸奶等食品中。作为人体营养的重要组分，以β-胡萝卜素为主要成分的保健产品--β-胡萝卜素软胶囊，利用微胶囊技术包埋β-胡萝卜素，在提高β-胡萝卜素的稳定性的同时，使其更易于人体吸收。
四、展望
随着β-胡萝卜素产业的兴起，β-胡萝卜素及其衍生出的系列产品的价值日益凸显。为进一步提高盐藻β-胡萝卜素的应用价值，今后的研究，可尝试从如下几方面展开;首先，在传统有机溶剂浸提的基础上，可尝试多重技术互作提取，以获取低残留、高提取率的提取方法;其次，优化生产工艺，提高盐藻9-顺式β-胡萝卜素成分的含量;再者，深入研究盐藻β-胡萝卜素在疾病防治方面的作用机制和防御功效，开发相应的功能性产品等。
参考文献
[1]Borowitzka L J，Borowitzka M A，Moulton T P. The mass culture of Dunaliella salina for fine chemicals： From laboratory to pilot plant[J]Hydrobiologia，1984，116-117（1）：115-121.
[2]Oliver LK .Colorimetric analysis of vitamin A and carotene[J]Methods Enzymol，1980，67：199-203.
[3]姜建国，姚汝华.五种盐藻生化组成及β-胡萝卜素异构体分析[J]华南理工大学学报（自然科学版），1997，25（10）：38-41.
[4]闫红晓，孙清瑞，李東，等.β-胡萝卜素催化异构化及9-顺式β-胡萝卜素制备工艺研究[J]食品与生物技术学报，2016，35（7）：739-746.
[5]滕长英，张立，邹宁，等.不同提取方法对盐藻β-胡萝卜素产量的影响[J]安徽农业科学，2008，36（29）：12546-12547，12559.
[6]孙协军，薛晓霞，李秀霞，等.盐藻β-胡萝卜素微波提取工艺研究[J]食品工业科技，2016，7（1）：252-257.
[7]刘颖芬，辛乃宏，李炳乾，等.三种方法提取盐藻中β-胡萝卜素的比较[J]盐业与化工，2017，46（2）：12-14.
[8]Mathews-Roth MM. Carotenoids in erythropoietic protoporphyria and other photosensitivity diseases [J]Ann. NY Acad. Sci，1993，691：127-138.
[9]Vaneenwyk J，Davis F，Bowen P. Dietary and serum carotenoids and cervical intraepithelial neoplasia[J]Int J Cancer，1990，48： 34-38.
[10]马思慧，杨欢，吴天成，等.β-胡萝卜素对免疫抑制小鼠免疫指标的影响[J]中国兽药杂志，2014，48（7）：10-14.
[11]赵先文，韩存芝，荆洁线.肺癌患者血清β-胡萝卜素与免疫功能的相关性研究[J]山西职工医学院学报，2004，14（3）：7-9.
[12]张晓音，张珊珊，吴旻，等.β-胡萝卜素对脂多糖刺激巨噬细胞RAW264.7炎症因子的影响及其机制[J]中国免疫学杂志，2017，33（6）：838-843.
[13]Min Wu. Effects of supplemental β-carotene on IgA concentrations in sows and neonatal piglets [J]Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition，2016，5：105-112.