蝦青素在化妝品中的應(yīng)用
焦雪峰
(廣東省科技職業(yè)技術(shù)學(xué)?；瘜W(xué)教研室，廣東廣州510650)
【摘要】 簡單概述了ASTA蝦青素的來源、組成和特性，并介紹了蝦青索在化妝品中的應(yīng)用。ASTA蝦青素是一種對人體具有一系列特殊保護(hù)功能且性能優(yōu)良的天然類胡蘿卜素，它用于化妝品，可起到護(hù)膚、抗衰老、免受紫外線(UVA，UVB)的損害等功能。本文展望了其在今后國內(nèi)日化市場上的發(fā)展前景，為蝦青素資源的充分開發(fā)利用提供一些有益信息。
【關(guān)鍵詞】化妝品原料；蝦青素；組成和特性；應(yīng)用
Application of Astaxanthin on Cosmetics
Jiao Xuefeng
(Chemistry Office，Guangdong Vocational School of Science&Technology，Guangzhou 5 10650，China)
Abstract：This paper introduced the source，composition and properties of astaxanthin and highlighted on its application in cosmetics．Astaxanthin is a kind of natural carotenoids which has a series of special protecting fundion for human and premium properties．It is used in the cosmetics。and performes the function of skin care，anti-aging，defence ultraviolet radiation(UVA，UVB)and SO on．And the paper also took a long view of its developing prospects on the domestic cosmetics market in the furture and provided some beneficial information for the full use of development and utilization．
Keywords：cosmetics；astaxanthin；constituent and properties；application
1933年，R．Kuhn等人從蝦、蟹中提取到紫紅色的結(jié)晶，將其命名為卵酯。但其后于1938年發(fā)現(xiàn)它不是酯，而是一種與蝦紅素有密切關(guān)系的新的類胡蘿卜素，隨將其命名為蝦青索，并確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。蝦青素是一種廣泛存在于生物體的紅色素，盡管“蝦青索”一詞在日常生活中不常使用，但蝦青索存在于許多種人類食物之中。大多甲殼類動物如蝦、龍蝦、螃蟹等呈現(xiàn)的紅色均因蝦青素積累所致，一些魚肉如鮭魚的肉色也是蝦青索積累的結(jié)果。蝦青素是一種具有廣泛應(yīng)用價值的類胡蘿卜素，因其特殊的著色功能和生理功能。近年來甚受國內(nèi)外研究人員和化工、食品、化妝品等行業(yè)的關(guān)注。
1 蝦青素的來源
ASTA蝦青素的來源主要分為化學(xué)合成和天然提取。
1．1 化學(xué)合成法
蝦青素是類胡蘿卜素合成的終產(chǎn)物，人工化學(xué)合成比較困難，且多為順式結(jié)構(gòu)。美國FDA僅批準(zhǔn)反式結(jié)構(gòu)蝦青素用于工業(yè)生產(chǎn)。目前為止。用化學(xué)合成法來合成蝦青素的公司僅瑞士的羅氏公司，其產(chǎn)品中蝦青素含量為5％ 一10％ 。
1．2 天然提取法
1．2．1 從水產(chǎn)品加工廢物中提取
通常方法是將蝦蟹殼粉碎，然后酸解，最后用有機(jī)溶劑如丙酮、石油醚等提取。國外采用聚合劑系統(tǒng)從螯蝦的廢棄物中提取蝦青素、蝦青素酯和蝦紅素。其產(chǎn)率高達(dá)153μg／g。據(jù)分析，蝦青素占提取的類胡蘿卜素的90％ 以上。但廢棄物中的石灰質(zhì)成分不利于蝦青素的提取，提取前應(yīng)盡量除去。近來，挪威采用青貯法處理廢棄物，即加入有機(jī)或無機(jī)酸破壞蝦青素與蛋白質(zhì)或骨骼部分的結(jié)，而使其從結(jié)合狀態(tài)游離出來。經(jīng)青貯法處理后，蝦青素的回收率提高了10％ ，純度也大為提高。
1．2．2 從培養(yǎng)藻類提取蝦青素
有不少藻類能產(chǎn)生蝦青素，雨生紅球藻 就是很重要的蝦青素產(chǎn)生藻。該藻在培養(yǎng)過程中若氮源缺乏，則在藻體內(nèi)積累蝦青素。若在培養(yǎng)基中添加Fe2+ ，蝦青素的合成能力將顯著增加，并在細(xì)胞形態(tài)上由營養(yǎng)細(xì)胞變成細(xì)胞囊。光照密度、時間及光的性質(zhì)會影響蝦青索的積累。雨生紅球藻蝦青素含量高達(dá)0.2％ 一2.0％，但培養(yǎng)周期長．需要光照和破壁，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。
1．2．3 從酵母菌中提取蝦青素
目前，國外主要利用紅發(fā)尖酵母為菌種發(fā)酵生產(chǎn)蝦青素。紅發(fā)尖酵母具有作為蝦青素生物來源的一些必要特征：作為合成蝦青素一種主要的類胡蘿卜素，不需要光照，能利用多種糖作為碳源進(jìn)行快速異氧代謝，培養(yǎng)時間短，能夠在發(fā)酵罐中高密度培養(yǎng)，色素提取后的菌體單細(xì)胞可作為餌料、飼料添加劑等。這些優(yōu)點使紅發(fā)尖酵母成為研究的重點。研究表明，向培養(yǎng)基中添加西紅柿汁時，蝦青素的合成能力大大提高。但野生型的紅發(fā)尖酵母蝦青素含量不夠高，僅200—300mg／kg；故而目前的研究主要集中在蝦青素高產(chǎn)菌株的選育、廉價培養(yǎng)基的開發(fā)、培養(yǎng)工藝的優(yōu)化上。
2 蝦青素的組成和特性
蝦青索(Astaxanthin，3．3’-二羥基-β，β’-胡蘿卜-4，4’-二酮)，屬于酮式類胡蘿卜素，分子式C40H52O4，相對分子量為596.86。純蝦青素是紫色針狀結(jié)品體，具有光澤，熔點216℃，不溶于水，可溶于氯仿、吡啶中，微溶于石油醚、乙醇等大多數(shù)有機(jī)溶劑。蝦青素的化學(xué)結(jié)構(gòu)是由四個異戊二烯單位以共軛雙鍵形式聯(lián)結(jié)，兩端又有二個異戊二烯單位組成六節(jié)環(huán)結(jié)構(gòu)(如下圖所示)。
蝦青素的重要性質(zhì)在于它的抗氧化性。生物氧化是糖、脂類和蛋白質(zhì)等有機(jī)物在體內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳和水并釋放出能量的過程。生物氧化是生命活動所必需的。正常情況下氧化反應(yīng)受機(jī)體的調(diào)節(jié)和控制，但當(dāng)有自由基產(chǎn)生時，就會發(fā)生過氧化反應(yīng)。自由基是具有未配對電子的原子或原子團(tuán)，有超氧化物陰離子自由基(02·)、羥自由基(OH·)、氫自由基(H·)和甲基自由基(CH3·)等。自由基非?；顫姡磻?yīng)性極強(qiáng)，能觸發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而致生物膜上的脂質(zhì)過氧化，從而破壞膜的結(jié)構(gòu)與功能。它能引起蛋白質(zhì)變性和交聯(lián)，使酶及激素失活，機(jī)體的免疫能力降低，破壞核酸的結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致代謝異常等等。
在蝦青素分子中，有很長的共軛雙鍵，有羥基和在共軛雙鍵鏈末端的不飽和酮，其中羥基和酮基又構(gòu)成α-羥基酮。這些結(jié)構(gòu)都具有比較活潑的電子效應(yīng)，能向自由基提供電子或吸引自由基的未配對電子。可見蝦青素的結(jié)構(gòu)特點使其極易與自由基反應(yīng)而清除自由基，起到抗氧化作用。
研究表明蝦青素具有的抗氧化性比β-胡蘿卜素高了l0倍以上。同時，它還比維生素E的抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)特性高1000倍以上。眾所周知，β-胡蘿卜素經(jīng)加水分解反應(yīng)可得到兩個維生索A，雖然蝦青素分解產(chǎn)物不是維生素A，但其仍具有與維生素A近似的特性。因此，以其強(qiáng)勁的抗氧化性為特征，蝦青素應(yīng)當(dāng)兼具很強(qiáng)的β-胡蘿卜素、維生素E和維生素A的某些生物學(xué)功能。綜上所述，蝦青素具有極強(qiáng)維生素類性質(zhì)。一些研究者的研究證明了蝦青素所具有的優(yōu)異的生物學(xué)功能，諸如抑制多元不飽和脂肪酸的氧化、抵御紫外線的作用、代維生素A活性、改善視力、免疫力、色素形成和神經(jīng)連通以及改善生育等等。
3 蝦青素的應(yīng)用
3．1 蝦青素應(yīng)用于飼料工業(yè)
蝦青索可用作鮑魚、鱘魚、鮭魚、虹鱒魚、真鯛、甲殼類動物及觀賞魚類和各種禽類、生豬的飼料添加劑，其主要作用有：(1)作為天然色素增加營養(yǎng)及商品價值。添加到飼料中的蝦青素積累在魚類及甲殼類體內(nèi)，使成體呈紅色、色澤鮮艷、富含營養(yǎng)，其價格比普通成體高出許多倍。肉禽飼喂添加了蝦青素的飼料后，蛋黃量增加，皮膚、腳、喙呈現(xiàn)出金黃色，這些都大大提高了禽蛋、肉的營養(yǎng)及商品價值，食用這些產(chǎn)品對人體的健康有利。(2)作為天然激素提高繁殖能力。蝦青素可作為天然激素促進(jìn)魚卵受精，減少胚胎的死亡率，促進(jìn)個體生長，增加成熟速度和生殖力。(3)作為免疫增強(qiáng)劑改善健康狀態(tài)。蝦青素在抗氧化、消除自由基方面的能力均強(qiáng)于β-類胡蘿卜素，可以促進(jìn)抗體的產(chǎn)生、增強(qiáng)動物的免疫功能。(4)改善皮膚和肌肉的顏色。在紅劍尾魚、珍珠瑪麗魚及花瑪麗魚等觀賞魚飼料中添加50mg／kg的蝦青素能有效地改善魚的體色，提高其觀賞價值。
3．2 蝦青素在化妝品中的應(yīng)用
天然海藻提取物——蝦青索作為自然界中最強(qiáng)的抗氧化維生素，具有“超級維生素E”的莢譽(yù)，其抗氧化活性是維生素E的550倍，能夠有效的保護(hù)皮膚免受紫外線(UVA，UVB)的損害，在皮膚受到光照時消耗腐胺，作為潛在的光保護(hù)劑，用于阻止皮膚光老化防止誘發(fā)皮膚癌。其超強(qiáng)的消滅自由基的能力，可以防止皮膚細(xì)胞受到自由基的損傷，減少皺紋及雀斑的產(chǎn)生。蝦青素除了具有許多藥用和添加劑用途外，現(xiàn)階段作為新型化妝品原料以其優(yōu)良的特性廣泛應(yīng)用于膏霜、乳劑、唇用香脂、護(hù)膚品等各類化妝品中。
3．2．1 用于面部護(hù)膚霜
ASTA蝦青素的結(jié)構(gòu)特點使其極易與自由基反應(yīng)而清除自由基，起到抗氧化作用。用于護(hù)膚品，具有防止和延緩皮膚衰老作用和減少皺紋及雀斑的產(chǎn)生。應(yīng)用于美白、抗衰老的護(hù)膚霜中的配方示例(w／％)：粉末天然蝦青素0.2，可溶性蛋殼膜0.5，十六烷基磷酸甜菜堿0.5，角鯊?fù)?span lang="EN-US">10.0，白蠟5.0．十六醇4.0，司盤60 2.0，吐溫60 2.0，甘油5.0，香精0.1，對羥基苯甲酸甲酯0.1，去離子水加至100。此配方使肌膚潤澤、柔嫩、富有彈性，長期使用，能減少皺紋、祛色斑和增自，并延緩皮膚衰老等。
3．2．2 用于防曬化妝品
紫外輻射是導(dǎo)致表皮光老化和皮膚癌的重要原因。蝦青素能有效清除體內(nèi)由紫外線照射產(chǎn)生的自由基，調(diào)節(jié)降低這些由于光化學(xué)引起的傷害。而且蝦青索對轉(zhuǎn)谷胺酰胺酶具有特殊作用，能夠在皮膚受光時消耗腐胺．說明蝦青索的強(qiáng)抗氧化活性可作為潛在的光保護(hù)劑，用于阻止皮膚的光老化防止誘發(fā)皮膚癌。應(yīng)用于防紫外線的防曬乳液中的配方示例(w／％)：粉末天然蝦青素0.5，十六／十八醇8，白油4.5，棕櫚酸異丙酯4.5，二甲基硅油1.5，SPP-200 2.5，單甘酯2.5，羊毛脂1.5，聚乙二醇-6000 0.5，椰子油4，SPP-200 2.5，香精、防腐劑0.1，去離子水加至100。能持久抵御紫外線照射、抗氧化，消除自由基，對曬黑、曬傷及衰老等有出色的防御效果，長時間抑制及淡化黑色素，給肌膚提供長效美自效果。
3．2．3 用于化妝品的著色劑
蝦青素可作為脂溶性的色素。具有艷麗的紅色和強(qiáng)的抗氧化性能。在化妝品中，不僅能有效地起到保色、保味、保質(zhì)等作用，而且還可作為長時間保持的著色劑，如唇膏、口紅等。
3．2．4 用于某些特殊用途的化妝品
蝦青索成用于化妝品中，除作為優(yōu)良的抗氧化劑和著色劑外，還是一種具有突出治療功效的助劑，有著許多獨(dú)特的用處：(1)作為普通的抗生物過氧化劑，具有延緩衰老的作用。蝦青索能夠淬滅由強(qiáng)光和過度氧化產(chǎn)生的多種活性氧，防止活性氧對細(xì)胞的傷害，且其抗氧化能力顯著高于其他類胡蘿卜素。(2)抗癌活性。蝦青素可抑制生物體內(nèi)生物的過氧化作用，從而使癌細(xì)胞的誘變過程受到抑制，起到抗癌作用。(3)預(yù)防動脈硬化和相關(guān)疾病。由于蝦青素的抗氧化性，血液中的不飽和脂肪酸的氧化被抑制。血管壁上的沉積物減少。抑制動脈硬化的形成。(4)維護(hù)眼睛和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的健康。視網(wǎng)膜中有高濃度的多不飽和脂肪酸和高濃度氧，中樞神經(jīng)系統(tǒng)富含不飽和脂肪酸和鐵，都極易受氧化損傷，而蝦青素能夠透過血-腦脊液屏障，淬滅損傷性的活性氧。(5)提高免疫力。蝦青素具有最佳誘導(dǎo)細(xì)胞分裂的活性和重要的免疫調(diào)節(jié)作用，可以作為免疫增強(qiáng)劑使用。
4 展望
ASTA蝦青素作為一種功能獨(dú)特、應(yīng)用廣泛的化妝晶原料，已引起國內(nèi)外化妝品界的普遍關(guān)注，以蝦青素為功能性成分的新型特殊用途化妝品已成為目前國際日化界所要研究的課題，其應(yīng)用發(fā)展前景非常廣闊。國內(nèi)新型化妝品的研究開發(fā)也是日新月異，市場競爭非常激烈，天然環(huán)保型化妝品添加劑已成為當(dāng)今主要研究方向。因此，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在人們崇尚天然的潮流中，充分利用國內(nèi)ASTA蝦青素資源，研究開發(fā)新型、高檔次蝦青素系列功能性化妝品，滿足廣大消費(fèi)者口益增長的需求，提高國民的健康水平，是大有必要的，其潛在的經(jīng)濟(jì)效益和社會效應(yīng)也是顯而易見的。
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蝦青素在化妝品中的應(yīng)用
