Астаксантин

Астаксантин
Изображение химической структуры
Изображение молекулярной модели
Изображение молекулярной модели
Общие
Систематическое
наименование		 ​(6S)​-​6-​гидрокси-​3-​[​(1E,3E,5E,7E,9E,11E,13E,15E,17E)​-​18-​[​(4S)​-​4-​гидрокси-​2,6,6-​триметил-​3-​оксо-​1-​циклогексенил]-​3,7,12,16-​тетраметилоктадека-​1,3,5,7,9,11,13,15,17-​нонаенил]-​2,4,4-​триметил-​1-​циклогекса-​2-​енон
Хим. формула C40H52O4
Физические свойства
Молярная масса 596.84 г/моль
Классификация
Рег. номер CAS 472-61-7
PubChem 5281224
Рег. номер EINECS 207-451-4
SMILES
 
InChI
 
Кодекс Алиментариус E161j
ChEBI 40968
ChemSpider 4444636
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Астаксантин (лат. Astaxanthin) — каротиноид, имеющий по сравнению с бета-каротином два дополнительных атома кислорода на каждом из шестичленных колец, относящийся к группе ксантофиллов. Наличие хромофорных групп (сопряжённых двойных связей и хиноидных группировок в кольцах) придаёт астаксантину насыщенный красный цвет. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е161j.

Нахождение в природе

Впервые астаксантин был выделен из омаров в 1938 году[1]. Астаксантин присутствует в большинстве водных организмов, имеющих красную окраску, и был обнаружен в тканях различных рыб, креветок, птиц и растений. Красный цвет мяса лососёвых рыб обусловлен именно наличием в нём астаксантина. Содержание варьируется как между видами, так и между особями, поскольку оно сильно зависит от рациона питания и условий жизни. Астаксантин и другие химически родственные аста-каротиноиды также были обнаружены у ряда видов лишайников в арктической зоне[2].

Характерная окраска перьев фламинго, а также сетчатки перепелов обусловлена присутствием астаксантина[3].

Явление, известное как красный снег, также объясняется размножением водорослей, содержащих астаксантин[4].

Организм человека вырабатывать астаксантин не может[5][6].

Источники астаксантина

Характерная окраска перьев фламинго обусловлена присутствием астаксантина
Панцирь и небольшие части тканей креветок окрашены в красный цвет благодаря астаксантину

Основными природными источниками астаксантина являются следующие:

Источник Содержание астаксантина
Лососевые: мг/кг
Нерка 26—38[7]
Радужная форель до 25[7]
Кижуч 10—21[7]
Кета, арктический голец менее 10[7]
Планктон ~ 60 ppm
Криль: тихоокеанский криль (Euphausia pacifica), антарктический криль (Euphausia superba) ~ 120 ppm
Северная креветка (Pandalus borealis) ~ 1200 ppm
% на сухое вещество
Tremellomycetes (Xanthophyllomyces dendrorhous) 0,5
Labyrinthulomycetes (Thraustochytrium sp.) 0,2
Зелёные водоросли (Chlorophyta):
Haematococcus pluvialis 3,8[8][9]
Neochloris wimmeri 0,6[10]
Хлорококк (Chlorococcum) 0,2[11][12]

Водоросль Haematococcus pluvialis является важнейшим источником астаксантина для промышленного получения. При нормальных условиях она имеет зелёную окраску, но при уменьшении количества пищи переходит в состояние покоя, и для защиты от ультрафиолета и окисления начинает вырабатывать астаксантин[13].

Биосинтез

Схема биосинтеза астаксантина
Схема биосинтеза астаксантина
Схема биосинтеза астаксантина

В процессе биосинтеза астаксантина три молекулы изопентенилпирофосфата (IPP) и одна молекула диметилаллилпирофосфата (DMAPP) объединяется изомеразой IPP и превращается в геранилгеранилпирофосфат (GGPP) синтазой GGPP. Две молекулы GGPP затем соединяются фитоинсинтазой с образованием фитоена. Затем под действием фитоендесатуразы в молекуле фитоена образуются четыре двойные связи с образованием ликопина. После десатурации ликопенциклаза сначала образует γ-каротин, превращая один из ациклических концов ликопина в β-кольцо, а затем превращает другой конец в форму β-каротина. Гидролазы (синие стрелочки) ответственны за включение двух 3-гидроксигрупп, а кетолазы (зелёные стрелочки) за добавление двух 4-кетогрупп, пока не будет получена конечная молекула, астаксантин[14].

Синтетический астаксантин имеет другой молекулярный профиль, чем природный — в природе астаксантин может присутствовать не только в свободной форме, но и в форме моно- и диэфиров (так, в антарктическом криле до 65 % астаксантина содержится в виде диэфира, в водорослях — до 70 % в виде моноэфира, а в красных дрожжах — 100 % в свободной форме), при этом клиническая значимость данного факта не ясна[7][15].

Химический синтез астаксантина

В промышленном производстве используется эффективный синтез из изофорона (цис-3-метил-2-пентен-4-ин-1-ола) и симметричного C10-диальдегида в сочетании с реакцией Виттига в метаноле, этаноле или их смеси с выходом до 88 %[16].

Синтез астаксантина по реакции Виттига

Применение

Объём производства астаксантина в 2018 году составил приблизительно 600 млн долларов США[17]. Основными факторами, способствующими росту потребления астаксантина, стали расширение индустрии кормов для животных, растущий спрос на натуральные корма для аквакультуры, рост рынка пищевых добавок и косметики[17].

У рыб астаксантин оказывает положительное влияние на улучшение репродуктивности, качества потомства, рост, выживаемость и концентрацию витамина А в тканях, способствует улучшению иммунного статуса[7].

Использование астаксантина как добавки к корму для рыб способствует его накоплению в тканях, придавая желаемую окраску[7].

Использование астаксантина в составе корма для рыб разрешено FDA[18].

Астаксантин находит применение при выращивании свиней и крупного рогатого скота, а также на птицефермах, и позволяет значительно увеличить выживаемость молодняка[19].

Влияние на организм человека

Астаксантин оказывает влияние на биохимические процессы, происходящие практически во всех органах и тканях человека.

Антиоксидантная и противовоспалительная активность Активность астаксантина как антиоксиданта почти в 10 раз выше активности зеаксантина, лютеина, кантаксантина и бета-каротина, и в 100 раз — альфа-токоферола. Астаксантин увеличивает устойчивость клеточных мембран, препятствуя проникновению через липидный слой веществ, способствующих перекисному окислению липидов[20], а также может обеспечивать дополнительную защиту от повреждений, вызываемых свободными радикалами[21].

При приёме астаксантина показан клинически значимый антиоксидантный эффект, особенно в группах, восприимчивых к окислительному стрессу (курильщики, лица с ожирением и избыточной массой тела)[22], и отмечена нормализация биохимических показателей окислительного стресса у людей с избыточным весом[23].

Влияние на иммунную систему Приём астаксантина увеличивал общее число Т- и В-клеток относительно плацебо, а также цитотоксическую активность естественных киллерных клеток[24].
Влияние на липидный профиль При испытании на относительно здоровых добровольцах астаксантин значимо увеличивал уровень ЛПВП и способствовал снижению уровня триглицеридов[25].
Влияние на кровь и кровеносную систему Астаксантин значительно снижал уровень гидроперекисей в эритроцитах[26], улучшал реологические показатели крови, что позволяет предположить положительное влияние на микроциркуляцию крови[27].
Влияние на когнитивные функции Имеются данные о положительном влиянии астаксантина по таким показателям как приостановка деградации когнитивных функций, вызванная возрастными изменениями у людей с "забывчивостью", была отмечена положительная тенденция в течении заболевания[28], улучшение способности к запоминанию у мышей[29].
Влияние на кожу В исследованиях на небольшой группе (30 здоровых женщин в течение 8 недель по 6 мг в день в форма БАДа и 2 мл в день нанесением на кожу; второе исследование с плацебо на 36 мужчинах) показано положительное влияние на разглаживание морщин, увлажнение, тон кожи, эластичность, гладкость, отёчность и пигментные пятна, отмечено увлажнение сухой кожи, исчезновение угрей[30].

Есть данные о том, что астаксантин может способствовать предотвращению появления возрастных пигментных пятен[22][31].

Влияние на зрение Отмечено положительное влияние астаксантина на остроту зрения даже у здоровых людей, а также снижение утомляемости глаз[31], положительное влияние при старческой дальнозоркости благодаря улучшению сократительной способности папиллярной мышцы.

Безопасность и токсичность

В экспериментах на животных показано, что астаксантин в высоких дозах не проявляет каких-либо побочных эффектов, включая острую токсичность, тератогенность, эмбриотоксичность и репродуктивную токсичность[32].

Астаксантин не проявляет мутагенных и кластогенных свойств[7].

В организме человека астаксантин не способен превращаться в витамин А, поэтому риск гипервитаминоза А при его избыточном потреблении отсутствует[6].

Примечания

  1. ↑ JH Chang, Y Chen, D Holland, J Grabowski. Estimating spatial distribution of American lobster Homarus americanus using habitat variables (англ.) // Marine Ecology Progress Series. — 2010-12-16. — Vol. 420. — P. 145—156. — ISSN 1616-1599 0171-8630, 1616-1599. — doi:10.3354/meps08849.
  2. ↑ Ranga Ambati, Siew-Moi Phang, Sarada Ravi, Ravishankar Aswathanarayana. Astaxanthin: Sources, Extraction, Stability, Biological Activities and Its Commercial Applications—A Review (англ.) // Marine Drugs. — 2014-01-07. — Vol. 12, iss. 1. — P. 128—152. — ISSN 1660-3397. — doi:10.3390/md12010128.
  3. ↑ Prakash Bhosale, Bogdan Serban, Da You Zhao, Paul S. Bernstein. Identification and Metabolic Transformations of Carotenoids in Ocular Tissues of the Japanese Quail Coturnix japonica (англ.) // Biochemistry. — 2007. — Vol. 46, iss. 31. — P. 9050—9057. — ISSN 1520-4995 0006-2960, 1520-4995. — doi:10.1021/bi700558f.
  4. ↑ W. E. Williams, H. L. Gorton, T. C. Vogelmann. Surface gas-exchange processes of snow algae (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2003-01-21. — Vol. 100, iss. 2. — P. 562–566. — ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490. — doi:10.1073/pnas.0235560100.
  5. ↑ A. Kistler, H. Liechti, L. Pichard, E. Wolz, G. Oesterhelt. Metabolism and CYP-inducer properties of astaxanthin in man and primary human hepatocytes (англ.) // Archives of Toxicology. — 2001. — 20 November (vol. 75, iss. 11—12). — P. 665—675. — ISSN 1432-0738 0340-5761, 1432-0738. — doi:10.1007/s00204-001-0287-5.
  6. ↑ 1 2 Takuji Tanaka, Masahito Shnimizu, Hisataka Moriwaki. Cancer Chemoprevention by Carotenoids (англ.) // Molecules. — 2012. — 14 March (vol. 17, iss. 3). — P. 3202—3242. — ISSN 1420-3049. — doi:10.3390/molecules17033202.
  7. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Opinion of the Scientific Panel on additives and products or substances used in animal feed (FEEDAP) on the safety of use of colouring agents in animal nutrition - PART I. General Principles and Astaxanthin (англ.) // EFSA Journal. — 2005. — Vol. 3, iss. 12. — P. 291. — ISSN 1831-4732. — doi:10.2903/j.efsa.2005.291.
  8. ↑ A. Ranga Rao, V. Baskaran, R. Sarada, G. A. Ravishankar. In vivo bioavailability and antioxidant activity of carotenoids from microalgal biomass — A repeated dose study (англ.) // Food Research International. — 2013. — November (vol. 54, iss. 1). — P. 711—717. — ISSN 0963-9969. — doi:10.1016/j.foodres.2013.07.067.
  9. ↑ Claude Aflalo, Yuval Meshulam, Aliza Zarka, Sammy Boussiba. On the relative efficiency of two- vs. one-stage production of astaxanthin by the green algaHaematococcus pluvialis (англ.) // Biotechnology and Bioengineering. — 2007. — Vol. 98, iss. 1. — P. 300—305. — ISSN 1097-0290 0006-3592, 1097-0290. — doi:10.1002/bit.21391.
  10. ↑ M. Orosa, E. Torres, P. Fidalgo, J. Abalde. Production and analysis of secondary carotenoids in green algae (англ.) // Journal of Applied Phycology. — 2000. — Vol. 12, iss. 3/5. — P. 553—556. — ISSN 0921-8971. — doi:10.1023/a:1008173807143.
  11. ↑ Zhang D. H., Lee Y. K. Enhanced accumulation of secondary carotenoids in a mutant of the green alga, Chlorococcum sp. (англ.) // Journal of Applied Phycology. — 1997. — Vol. 9, iss. 5. — P. 459—463. — doi:10.1023/A:1007902103419.
  12. ↑ D. H. Zhang, Y. K. Ng, S. M. Phang. Composition and accumulation of secondary carotenoids in Chlorococcum sp. (англ.) // Journal of Applied Phycology. — 1997. — Vol. 9, iss. 2. — P. 147—155. — doi:10.1023/A:1007926528388.
  13. ↑ Gene A. Spiller, Antonella Dewell. Safety of an Astaxanthin-Rich Haematococcus pluvialis Algal Extract: A Randomized Clinical Trial (англ.) // Journal of Medicinal Food. — 2003-03. — Vol. 6, iss. 1. — P. 51—56. — ISSN 1557-7600 1096-620X, 1557-7600. — doi:10.1089/109662003765184741.
  14. ↑ Jose Barredo, Carlos García-Estrada, Katarina Kosalkova, Carlos Barreiro. Biosynthesis of Astaxanthin as a Main Carotenoid in the Heterobasidiomycetous Yeast Xanthophyllomyces dendrorhous (англ.) // Journal of Fungi. — 2017-07-30. — Vol. 3, iss. 3. — P. 44. — ISSN 2309-608X. — doi:10.3390/jof3030044.
  15. ↑ Opinion of the Scientific Panel on additives and products or substances used in animal feed (FEEDAP) on the safety of use of colouring agents in animal nutrition - PART I. General Principles and Astaxanthin (англ.) // EFSA Journal. — 2005-12. — Vol. 3, iss. 12. — P. 291. — ISSN 1831-4732. — doi:10.2903/j.efsa.2005.291.
  16. ↑ Krause, Wolfgang; Henrich, Klaus; Paust, Joachim; et al. Preaparation of Astaxanthin. DE 19509955. 9 March 18, 1995
  17. ↑ 1 2 Astaxanthin Market Growth Projections Statistics 2019-2026 (англ.). Global Market Insights, Inc.. Дата обращения: 17 февраля 2020. Архивировано 17 февраля 2020 года.
  18. ↑ CFR - Code of Federal Regulations Title 21. www.accessdata.fda.gov. Дата обращения: 17 февраля 2020. Архивировано 9 августа 2020 года.
  19. ↑ F. H. Comhaire, Y. El Garem, A. Mahmoud, F. Eertmans, F. Schoonjans. Combined conventional/antioxidant "Astaxanthin" treatment for male infertility: a double blind, randomized trial (англ.) // Asian Journal of Andrology. — 2005-09. — Vol. 7, iss. 3. — P. 257—262. — ISSN 1745-7262 1008-682X, 1745-7262. — doi:10.1111/j.1745-7262.2005.00047.x.
  20. ↑ Anna Wisniewska, Witold K Subczynski. Effects of polar carotenoids on the shape of the hydrophobic barrier of phospholipid bilayers (англ.) // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. — 1998-01. — Vol. 1368, iss. 2. — P. 235—246. — ISSN 0005-2736. — doi:10.1016/s0005-2736(97)00182-x.
  21. ↑ Ruth Edge, Parimal Gaikwad, Suppiah Navaratnam, B.S. Madhava Rao, T. George Truscott. Reduction of oxidized guanosine by dietary carotenoids: A pulse radiolysis study (англ.) // Archives of Biochemistry and Biophysics[англ.]. — Elsevier, 2010-12. — Vol. 504, iss. 1. — P. 100—103. — ISSN 0003-9861. — doi:10.1016/j.abb.2010.07.026.
  22. ↑ 1 2 Jian-Ping Yuan, Juan Peng, Kai Yin, Jiang-Hai Wang. Potential health-promoting effects of astaxanthin: A high-value carotenoid mostly from microalgae (англ.) // Molecular Nutrition & Food Research. — 2010-11-18. — Vol. 55, iss. 1. — P. 150—165. — ISSN 1613-4125. — doi:10.1002/mnfr.201000414.
  23. ↑ Ignazio Grattagliano, Vincenzo O. Palmieri, Piero Portincasa, Antonio Moschetta, Giuseppe Palasciano. Oxidative stress-induced risk factors associated with the metabolic syndrome: a unifying hypothesis (англ.) // The Journal of Nutritional Biochemistry. — 2008-08. — Vol. 19, iss. 8. — P. 491—504. — ISSN 0955-2863. — doi:10.1016/j.jnutbio.2007.06.011.
  24. ↑ Jean Park, Jong Chyun, Yoo Kim, Larry L Line, Boon P Chew. Astaxanthin decreased oxidative stress and inflammation and enhanced immune response in humans (англ.) // Nutrition & Metabolism. — 2010. — Vol. 7, iss. 1. — P. 18. — ISSN 1743-7075. — doi:10.1186/1743-7075-7-18.
  25. ↑ Hiroshi Yoshida, Hidekatsu Yanai, Kumie Ito, Yoshiharu Tomono, Takashi Koikeda. Administration of natural astaxanthin increases serum HDL-cholesterol and adiponectin in subjects with mild hyperlipidemia (англ.) // Atherosclerosis. — 2010-04. — Vol. 209, iss. 2. — P. 520—523. — ISSN 0021-9150. — doi:10.1016/j.atherosclerosis.2009.10.012.
  26. ↑ Kiyotaka Nakagawa, Takehiro Kiko, Taiki Miyazawa, Gregor Carpentero Burdeos, Fumiko Kimura. Antioxidant effect of astaxanthin on phospholipid peroxidation in human erythrocytes (англ.) // British Journal of Nutrition. — 2011-01-31. — Vol. 105, iss. 11. — P. 1563—1571. — ISSN 1475-2662 0007-1145, 1475-2662. — doi:10.1017/s0007114510005398.
  27. ↑ Hiromi Miyawaki, Jiro Takahashi, Hiroki Tsukahara, Isao Takehara. Effects of Astaxanthin on Human Blood Rheology (англ.) // Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition. — 2008. — Vol. 43, iss. 2. — P. 69—74. — ISSN 0912-0009 1880-5086, 0912-0009. — doi:10.3164/jcbn.2008048.
  28. ↑ Akira Satoh, Shinji Tsuji, Yumika Okada, Nagisa Murakami, Maki Urami. Preliminary Clinical Evaluation of Toxicity and Efficacy of A New Astaxanthin-rich Haematococcus pluvialis Extract (англ.) // Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition. — 2009. — Vol. 44, iss. 3. — P. 280—284. — ISSN 0912-0009 1880-5086, 0912-0009. — doi:10.3164/jcbn.08-238.
  29. ↑ Xiaoli Zhang, Lishan Pan, Xiaoli Wei, Hong Gao, Jianguo Liu. Impact of astaxanthin-enriched algal powder of Haematococcus pluvialis on memory improvement in BALB/c mice (англ.) // Environmental Geochemistry and Health. — 2007-08-25. — Vol. 29, iss. 6. — P. 483—489. — ISSN 1573-2983 0269-4042, 1573-2983. — doi:10.1007/s10653-007-9117-x.
  30. ↑ Kumi Tominaga, Nobuko Hongo, Mariko Karato, Eiji Yamashita. Cosmetic benefits of astaxanthin on humans subjects (англ.) // Acta Biochimica Polonica. — 2012-03-17. — Vol. 59, iss. 1. — ISSN 0001-527X 1734-154X, 0001-527X. — doi:10.18388/abp.2012_2168.
  31. ↑ 1 2 Nicolantonio D’Orazio, Eugenio Gemello, Maria Gammone, Massimo de Girolamo, Cristiana Ficoneri. Fucoxantin: A Treasure from the Sea (англ.) // Marine Drugs. — 2012-03-07. — Vol. 10, iss. 12. — P. 604—616. — ISSN 1660-3397. — doi:10.3390/md10030604.
  32. ↑ Navideh Anarjan, Chin Ping Tan. Chemical stability of astaxanthin nanodispersions in orange juice and skimmed milk as model food systems (англ.) // Food Chemistry. — 2013-08. — Vol. 139, iss. 1—4. — P. 527—531. — ISSN 0308-8146. — doi:10.1016/j.foodchem.2013.01.012.