【背景及概述】[1][2][3][4]
葉黃素是一類含氧類胡蘿卜素，類胡蘿卜素有一個相同的基本結構：一個十八碳原子的共軛長鏈相連接的兩個六元碳環(huán)結構，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、α-胡蘿卜素、隱黃質、紫黃質、辣椒紅素等。
葉黃素是一種含有兩個不同紫羅酮環(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，是人眼視網膜黃斑區(qū)域的重要色素。葉黃素含有獨特的紫羅酮環(huán)二羥基結構，可作為強抗氧化劑淬滅單線態(tài)氧和藍光過濾器，具有抗氧化、抗癌、保護視網膜、預防心血管疾病等生物學作用。但葉黃素的理化性質不穩(wěn)定，在制劑過程中存在水溶性差、性質不穩(wěn)定和生物利用度低等問題；葉黃素在體內只能與脂類結合吸收，這一特點大大制約了其藥效的發(fā)揮。葉黃素在臨床或食品中應用時要面臨著水溶性差、性質不穩(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、氧化等反應，需要通過物理包埋和化學改性（如酯化反應）等方法改變劑型，以提高其生物利用度?，F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，可考慮在制劑時納米?；湍M細胞膜結構如納米脂質體制劑，可限度地提高生物利用度、減少給藥劑量和降低藥物毒性，還可保護葉黃素免受胃腸道酶的破壞。
【結構】[3]
1. 葉黃素的構型異構體
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個碳原子上存在一個功能性羥基。在C-3、C-3’和C-6’處有三個不對稱中心，因此理論上有8種立體異構體。果蔬和人體血清/血漿中的葉黃素主要構型為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型異構體，為(3R, 3′S, 6′R)-葉黃素，稱為3’ -副葉黃素（epilutein）或葉黃素B，其它葉黃素構型異構體只在海魚腸道中存在。葉黃素結構如下：
2. 葉黃素的順反異構體：葉黃素有多種順反異構體，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、甘藍、羽衣甘藍、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。
【體內過程】[4]
葉黃素與脂質形成膠束被攝入體內，在各種酶的作用下從胃中釋放出來，吸收進入腸細胞，隨乳糜微粒淋巴或門靜脈運輸到血液循環(huán)后進入肝。在肝內轉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的載體結合進入視網膜和其他組織。
1. 吸收和分布：人體內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合成混合脂質膠束，通過膽固醇載體轉運或被動擴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，但其吸收速率常數各不相同，由大到小依次為回腸＞空腸＞十二指腸＞結腸。葉黃素進入人體后貯存在脂肪中，主要分布在肝、血液和視網膜上。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，且在視網膜黃斑周邊含量最高，可達0.1～1 mmol/L。
2. 轉運：參與葉黃素體內運輸的B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機制運輸到視網膜色素上皮細胞。CD36 受體還可與光間受體視黃類物質結合蛋白結合，使葉黃素運輸到視網膜細胞上。
3. 代謝：BCO1 和 BCO2 是存在于動物體內的類胡蘿卜素裂解酶，存在于視網膜和視網膜色素上皮細胞（RPE）中。葉黃素的體內代謝途徑有兩種，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。視網膜上皮細胞上主要通過BCDO2產生黃斑色素。3 葉黃素的抗氧化活性活性氧（ROS）可與DNA、蛋白質、脂類發(fā)生反應，削弱他們的生理功能，進而引發(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)揮生物學作用的途徑是共軛多烯鏈失去一個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對正常細胞的破壞。
【物化性質】[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，首先發(fā)生可逆異構化反應，該反應與溫度有關，溫度越低， [順式] /[反式]比變化越慢。然后降解成其它物質。反式葉黃素和葉黃素酯在10℃、紫外線下保存10d進行光穩(wěn)定性研究。保存3d后，各樣品總濃度均下降，FL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. 在有機溶劑中的溶解度、相對吸光度：葉黃素在四氫呋喃中溶解度，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)色團有顯著影響，因此葉黃素的摩爾吸光度可以用于估計其它β-，ε-類胡蘿卜素，如α-隱黃質，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，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)調效應，根據DPPH比色法測定結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個相同的發(fā)色團，即多烯鏈中的9個共軛雙鍵和紫羅酮環(huán)中2個雙鍵,因此具有類似的抗氧化活性。根據比色法測定結果，FL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系。
【應用】[1][3][4]
1. 預防老年性黃斑
區(qū)病變(Age-related macular degeneration，AMD)在發(fā)達國家, AMD是導致老年人眼盲的主要原因，在大多數國家中，它是導致視力下降的主要原因。研究發(fā)現，攝入大量富含葉黃素和玉米黃質的水果和蔬菜，AMD的發(fā)病率下降了43%。The EyeDisease Case-ControlStudy(EDCC)對391個濕性AMD患者和578個對照作了檢測，該研究指出，隨著血清中葉黃素、玉米黃質濃度的增加，AMD的患病率明顯下降。
2. 預防白內障
葉黃素和玉米黃質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。三個流行病學試驗對膳食葉黃素、玉米黃質對白內障發(fā)病率的影響作了研究，。一個研究對護士健康調查(Nurse sHealth Study)的預防性跟蹤調查數據進行分析時發(fā)現，隨葉黃素、玉米黃質的攝入量增大，需進行白內障摘除手術的幾率顯著降低，但只有當葉黃素、玉米黃質攝入量為達到對照的4倍時才有顯著效果；另一個流行病學研究也是對保健人員的跟蹤調查(Health Professional s Follow-up Study)的數據作相似的分析，也發(fā)現葉黃素、玉米黃質攝入量增大與白內障患病率下降顯著相關。
3. 延緩早期動脈硬化
早期關于葉黃索研究主要集中在葉黃素對視力保護作用上，據研究表明葉黃素對早期動脈硬化進程有延緩作用。研究頸動脈主干道血管中層內膜厚度變化與血液中葉黃素含量之間關系試驗顯示，在測試18個月后,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。在動物實驗中，喂飼小鼠動脈硬化模式食物，一段時間后發(fā)現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、結腸癌、皮膚癌等。研究表明降低乳腺癌發(fā)病率與葉黃素攝入量有很密切關系，調查發(fā)現，葉黃素低攝入量實驗組乳腺廟發(fā)病率是高攝入量組的2.08-2.21倍。在動物實驗中,給小鼠腹腔內注入乳腺癌細胞，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、肝脾重量等指標進行綜合研究發(fā)現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節(jié)作用。另據美國癌癥研究所報道，人均每天攝入4009-6009水果和蔬菜可使患癌癥相對危險性降低50%。另據對前列腺痛細胞增殖一項研究表明，葉黃素單獨作用可降低癌細胞增長速度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胞破壞。單線態(tài)氧游離基和過氧化物游離基既可從機體正常代謝中產生，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生。據認為，活性氧自由基可與DNA、蛋白質、脂類發(fā)生反應，削弱它們生理功能，并進一步引發(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，從而保護機體免受傷害。
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，具有耐光、熱、酸、堿等特點，能廣泛用于糕點、糖果、調料、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. 有機溶劑抽提法：有機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行提取，提取液呈棕黃色，經減壓蒸餾、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選擇性的特點，以及其所具有的操作簡便、副產物少、產率高及產物易提純等優(yōu)點，在磁控管所產生的每秒24.5億次超高頻率的快速震動下，使植物原料內分子間相互碰撞、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備投資和運行費用，而且也符合環(huán)境保護的要求。因此微波提取在天然色素的提取工藝中具有廣闊的應用前景。研究表明：微波功率>料液比>提取時間，條件：6號溶劑油作為浸提劑、微波功率為800W、提取時間為25 min、物料比為1/10時，柑橘皮中的葉黃素提取率，達到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，還具有生產過程簡化、生產周期短、生產效率高等特點。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。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，再用有機溶劑（氯仿或正己烷）萃取的方法。和無酶對照組比較，產量提高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化，而且酶處理后的萬壽菊粉，全反式葉黃素含量最高，達25.1 g/kg干重。但是，由于酶處理法反應時間過長，溶劑萃取前需去除酶處理過程大量的水分，使上述方法在實際應用中受限。
5. 膜分離技術：采用陶瓷膜微濾對浸提液進行精濾提純，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，又保證了色素產品的質量。因此，無論是從降低成本還是提高產品質量角度來看，將膜分離技術用于天然色素的提取是極有價值的。
6. 干燥法提取葉黃素：國外研究出一種新型轉筒式干燥機，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。當捶擊比率不同時，捶擊效率就在70%~90%之間波動。葉黃素的多少決定于干燥時間長短，但在相同的干燥時間里，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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