β-胡萝卜素(β-carotene)是类胡萝卜素的一种,又称它为维生素A原,人体所需的VA有60%～70%来自于β-胡萝卜素。β-胡萝卜素为红紫色至暗红色的结晶性粉末。稀溶液呈橙黄至黄色,浓度大时呈橙红色,因溶剂的极性可能稍带红色。天然β-胡萝卜素与人体健康密切相关,尤其能预防和治愈癌症。现广泛应用于化妆品、保健品医学等方面。β-胡萝卜素分子式为C40H56,化学结构式如下:
二、β-胡萝卜素的生产方法
β-胡萝卜素的生产方法有化学合成法、天然物提取法、微生物发酵法3种。1.化学合成法。化学合成法是指,通过化学合成采用有机化工原料进行的一种人工反应。化学合成法合成的β-胡萝卜素为全反式构型。目前合成β-胡萝卜素主要有两条技术路线:A.以VA合成过程的中间产物C14醛为原料将C14醛延长碳链成C19醛,再将两分子C19醛由乙炔格利雅反应生成β-胡萝卜素。B.以VA为原料将VA转化成视黄醛和甲基维梯希试剂,再经缩合而成β-胡萝卜素。以前,在人们生活领域中多采用人工合成的β-胡萝卜素。随着科技的不断发展,化学法合成的β一胡萝卜素虽然纯度相对较高,生产成本低,但容易掺入少量有致染色体突变作用的有毒化学物质,且与天然β一胡萝卜素相比吸收效果差;随着人们认识的增长,天然β一胡萝卜素将在占据未来市场的主要地位。2.天然提取法。目前,采用萃取法、酶法从天然植物、藻类、盐藻中提取β-胡萝卜素。从天然植物中萃取β-胡萝卜素的技术主要有:用有机溶剂来进行萃取和超临界流体萃取。从盐藻中提取β一胡萝卜素的方法主要是湿法萃取即将盐藻浓集后,进行萃取再分离回收得到β-胡萝卜素。工业上采用的盐藻有盐生杜氏藻D.salina和巴氏杜氏藻D.barolauril。杜氏藻培养生产β-胡萝卜素的条件比较苛刻,需考虑到藻类退化的问题,需大面积培养。目前在我国最大的内蒙古吉蓝盐场,就利用地理优势,大面积种植盐藻,并提取β-胡萝卜素。天然植物等所含β-胡萝卜的量较少,难以大量生产且产品着色力差,成本高,在现有市场中所占份额也较小。3.微生物发酵法。是指利用微生物培养技术,利用微生物在其体内发酵合成β-胡萝卜素,然后自微生物体内分离得到β-胡萝卜素的一种方法。国内外微生物合成β-胡萝卜素的研究主要集中在丝状真菌(三孢布拉氏霉菌)和红酵母方面除此之外,也有杜氏盐藻提取法、螺旋藻提取法以及基因工程法用于β-胡萝卜素的生产研究。3.1红酵母发酵法。红酵母是一类抗逆性较强的腐生菌。红酵母法有成本低、周期短、发酵易于控制的优点。据报道,利用高静水压处理过的红酵母,通过响应面分析法优化发酵培养基,可使β-胡萝卜素的产量达13.43mg/L。3.2三孢布拉氏霉发酵法。三孢布拉氏霉属于真菌,它生长速度很快且产生发达的菌丝。重要的一点就是产量很高。培养两天两夜,每升发酵液就能获干菌种50多克。培养5-6天总胡萝卜素含量可高于lg/L,其中β-胡萝卜素可占80%-90%。如果采用正负孢子混合培养,可促进β-胡萝卜素的积累。如果在三孢布拉霉培养基中加入10-4mol/L-10-3mol/L的β-紫罗酮后,β-胡萝卜素的含量就会比空白时提高250%。响应面法可优化β-胡萝卜素液体发酵培养基,这样会得到更高产量的β-胡萝卜素。3.3杜氏盐藻提取β-胡萝卜素。杜氏盐藻是一类生活在富含NaCl的水(如海洋、盐湖、盐池、盐碱等)中的单细胞低等真核生物。β-胡萝卜素作为盐藻光合作用的产物,受生长环境的盐度、温度、光照射条件及磷源的影响。由于条件的影响性,采用二步法培养杜氏盐藻,首先在有利于盐藻生长的条件下培养,此时藻体繁殖迅速,待藻体生长成熟,再将藻体转入不利于藻体生长但有利于积累β-胡萝卜素的强光、高盐、低氮、高温条件下培养。这样就在很大程度上提高了产量。3.4螺旋藻培养提取法。螺旋藻是一种新兴的食疗食物,6g螺旋藻中的β-胡萝卜素含量就相当于20个鸡蛋。因为螺旋藻中β-胡萝卜素的含量远大于某些动植物,所以从螺旋藻中提取β-胡萝卜素已经成为目前研究的重点。如梁静娟等人研究了螺旋藻β-胡萝卜素的提取和分离纯化方法:用丙酮一甲醇(体积比为7:2)可快速彻底地将螺旋藻的色素提取出来,再用乙醚和5%NaCl水溶液分离纯化,后经分光光度法分析得知产品为纯度较高的β-胡萝卜素,产量为每克干螺旋藻中含6.75mg的β-胡萝卜素,提取率约为75%。3.5基因工程法。随着转基因技术的迅速发展,利用基因工程法产生的菌类生产类胡萝卜素成为研究的热点。近年来对其主要合成途径的研究取得了重大进展,已从分子水平阐释其生物合成途径,并已初步实现通过遗传工程技术改变植物和微生物中类胡萝卜素的组成和含量。
三、检测方法
目前,胡萝卜素的测定方法主要有分光光度法、薄层色谱法、纸层析法和高效液相色谱法等。而HPLC法因其具有分离效果好、选择性强、检测灵敏度高、分离速度快等优点,近年来已成为胡萝卜素的主要分析检测方法。
四、应用领域
1.β-胡萝卜素在医学上的应用。β-胡萝卜素具有较强的抗氧化作用,能淬灭单线态氧且是自由基前体单线态氧的强猝灭剂: 1O2 + Q → Q3 + 3O2单线态氧胡萝卜素活化胡萝卜素三线态氧它的抗氧化作用能有效地预防多种疾病的发生发展,尤其是对某些肿瘤和心血管疾病。作为VA的前体补充,β-胡萝卜素能补充人体VA的不足,还能避免VA过量的毒副作用和不良反应。2.β-胡萝卜素在食品业上的应用。β-胡萝卜素还作为食品添加剂和营养增补剂,被联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)食品添加剂联合专家委员会推荐,被认为是A类优秀和有营养的食品添加剂。β-胡萝卜素也被用作食物(例如人造奶油)的着色剂。3.β-胡萝卜素在日用化妆品上的应用。研究表明高剂量的β-胡萝卜素会减少人们对太阳的敏感度,尤其对那些由于被太阳暴晒而引起皮肤病(例如:某些寻麻疹或湿疹)的人特别有帮助。β-胡萝卜素的提取物中还含丰富的氨基酸、维生素、天然保湿因子、微量元素和其它生物活性物质,很受国际权威美容专家的好评和消费者的欢迎。在化妆品中添加β-胡萝卜素,色泽莹润、自然,对皮肤没有伤害。目前,β-胡萝卜素护肤品已上市。4.β-胡萝卜素在饲料上的应用。β-胡萝卜素、虾青素等类胡萝卜素是天然色素,而且是人和动物体内重要的生物活性物质,具有增色和营养双重功效。作为饲料添加剂,能提高动物的生长速率和肉类质量,提高牛、马、猪的繁殖能力,增强蛙鱼、虾的色质,加深禽蛋的颜色。
参考文献:[1]童海宝,蔡杨,徐大刚.β-胡萝卜素的生产方法[J].精细与专用化学品,2005,1(7):1-4.[2]詹豪强.β-胡萝卜素的工业合成[J].化工生产与技术,1997(2):14-17.
