摘 要：文章对目前β-胡萝卜素的理化性状、 人工合成品与天然产物的差异，生理功能及利用杜氏盐藻生产β-胡萝卜素的研究进展做一 介绍。
关键词：β-胡萝卜素；理化性状；生化制备
中图分类号：Q563 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)07—0424—03
β-胡萝卜素最早发现并广泛存在于自然界中。它是一种类胡萝卜素，英文名习惯命 名为：β-carotene。β-胡萝卜素是一种良好的自由基猝灭剂，具有良好的抗氧化性，它在 生命体中表现出许多生物学功能。β-胡萝卜素可用作食品添加剂，饲料添加剂和化妆品助 剂，特别是天然β-胡萝卜素具有明显的抗衰老、防癌抗癌等功效，在医药、保健品及营养 食品方面有着很大的应用市场。所以，β-胡萝卜素越来越引起人们的关注和兴趣。目前， 市场上有多种β-胡萝卜素的生产方法：
化学合成法：化学合成法是指采用有机化工原料，通过化学合成反应，人工合成β-胡萝卜 素的一种方法。
提取法：即从胡萝卜、枸杞、马铃薯、玉米等天然植物原料中直接提取β-胡萝卜素的一种 方法。
生化制备：生化制备是指利用微生物培养技术，通过微生物的培养，利用微生物在其体内合 成β-胡萝卜素，然后自微生物体内以层析、萃取等化学方法分离得到β-胡萝卜素的一种方 法 ［1］ 。利用杜氏盐藻生产β-胡萝卜素就是生化制备法的一种。该法以生物发酵 为基础，以化学提取为后续手段，生化方案相结合，达到优良效果。
下面就目前状况对其理化性状、人工合成品与天然产物的差异、生理功能以及利用杜氏盐藻 生产β-胡萝卜素的研究进展做一介绍。
1 β-胡萝卜素的理化性状
β-胡萝卜素，分子式为C40H56，分子量为 536.88 。深红紫至暗红色有光 泽的斜面6面体或板 状微结晶的晶体或结晶性粉末。有轻微异臭或异味。稀溶液呈橙黄色至黄色，浓度增大时带 橙色因溶液的极性可稍带红色。遇氧、热、光不稳定，在弱碱下较稳定。不溶于水、丙二醇 、甘油、酸和碱；溶于二硫化碳、苯、氯仿、己烷及植物油；几乎不溶于甲醇和乙醇。在人 体和动物的肠黏膜及肝脏中，1分子的β-胡萝卜素在15=15碳原子位置，通过加氧酶的催化 作用下，分裂为2分子的视黄醛，经过还原过程，形成2分子的视黄醛，经过还原过程，形成 2分子的视黄醇（VA）。
2 人工合成品与天然产物的差异
自1954年罗氏公司首次成功人工合成β-胡萝卜素以来，主要是β-胡萝卜素的人工合成品占 有了大部分市场份额。
从分子结构上来讲，天然产物与人工合成品的β-胡萝卜素是没有差异的，两者的化学性质 、物理性质也是相同的。但在药物和食品中使用的天然产物与人工合成品的β-胡萝卜素却 可能有不同的生物学效果。这主要是由于二者在异构体组成上的比例造成的。人工合成的β -胡萝卜素几乎完全由全反式异构体组成，而天然β-胡萝卜素却含有相当数量的顺式异构体 ，来自高等植物体的β-胡萝卜素含有5%～8%的顺式异构体，来自某些霉菌、微生物（如杜 氏 盐藻）的β-胡萝卜素可能含有30%左右的顺式异构体。实验结果表明，天然产物中各异构体 之间在体内的协同作用是天然产物表现出显著生物学功能的重要原因。
从天然胡萝卜素的本质上讲，可以这样定义：它是活 细胞中生物合成的产物或是动物体内代谢过程中必须的物质。
3 β-胡萝卜素的生理功能
3.1 β-胡萝卜素是维生素A的重要来源
由上述的β-胡萝卜素的理化性状可知，1分子的β-胡萝卜素在体内酶的作用下可转变为2分 子的维生素A，且在食物中含量最丰富，因而被认定是人体内维生素A的主要来源。在体内维 A缺乏时，体内酶将β-胡萝卜素转化为维A，当体内维A增加到需求量时，酶即停止转化，从 而通过酶的自动控制来维持体内维A的的需要。全世界，特别是发展中国家人体所需的维A60 %～70%来源于β-胡萝卜素。
维A是合成糖蛋白的载体，糖蛋白是细胞的重要结构物质，尤其是上皮细胞，如果缺少糖蛋 白将对眼、呼吸道、皮肤、消化道、泌尿道及生殖器官产生影响。免疫球蛋白也是一种糖蛋 白，维A缺乏将会影响抗体的形成。因此，维A对保证正常的生长和发育及抗感染具有重要的 作用。
但是，人体摄入大量的维A，会引起急性及慢性中毒主要是骨痛，皮肤黏膜改变，颅内压升 高等。而β-胡萝卜素本身无毒性，当摄入大量的β-胡萝卜素时体内产生积蓄，但不会引起 中毒 ［3］ 。因此，无论是治疗维A缺乏症还是防止癌症，使用β-胡萝卜素都更好， 更安全。
3.2 β-胡萝卜素是具有抗氧化作用
人体在正常的生理代谢过程中会产生少量的含氧自由基，而体内的防御机制（抗氧化酶或抗 氧化剂）会及时将其清除，因此一般不会对细胞，组织产生损伤。但随着年龄的增长，体内 抗氧化酶的作用下降，过多的氧自由基不能被及时清除而堆积在细胞内，使细胞膜、组织、 酶以及基因受损，从而引起机体多种疾病的发生和衰老。
β-胡萝卜素分子中的多个共轭多烯双键的特殊结构，这种结构使它能与含氧自由基发生不 可逆反应，达到清除自由基以及淬灭单线态氧的作用 ［2］ 。
一项研究表明，具有摄取含β-胡萝卜素这种健康饮食习惯的老人，发生心力衰竭的危险性 较低。现已知1分子β-胡萝卜素可抑制1 000个分子的活性氧 ［4］ ，同时还可以作为 一种弱氧化剂直接与自由基反应，阻止自由基的连锁反应，从而减少它对细胞的损伤。
3.3 β-胡萝卜素的可以增强免疫力，提高人体免疫系统抵抗致癌物的能力
免疫系统的两个主要功能是抵御细菌或病毒的侵染和防止癌症的发生。类胡萝卜素在增强人 体的免疫能力方面具有明显的作用。吃富含β-胡萝卜素的食物可增强生物机体的特异性及 非特异性免疫功能［3］。
世界卫生组织癌症研究中心与我国肿瘤研究所合作，在河南省林县肿瘤高发病区引导居民膳 食中添加β-胡萝卜素等多种营养素，居民血浆中的抗氧化剂水平明显增高，经过6年的随访 结果，林县居民的总死亡率下降13%。
3.4 β-胡萝卜素其他功能
最近临床研究表明，β-胡萝卜素的的抗氧化作用可减少紫外光对皮肤的损害，口服β-胡萝 卜素可防止光敏感性红斑者的形成，并可降低皮肤对紫外光的敏感性 ［4］ ；适量的 β-胡萝卜 素补充可使高密度脂蛋白（HDL）的含量显著增加，从而对心血管疾病发生具有保护作用； 冠心病、心肌梗死、心肌炎等的病发过程与心肌缺血缺氧再灌注有关，β-胡萝卜素对心肌 细胞缺氧具有保护作用，因此可以对此类疾病起到预防作用；由于β-胡萝卜素对机体脂质 的抗氧化作用，可用其制剂辅助治疗慢性迁移性肝炎及HIV感染者。
另外，β-胡萝卜素也可用作食品行业的营养和着色添加剂。β-胡萝卜素是联合国粮农组织 和世界卫生组织食品添加剂联合委员协会认可的无毒、安全、有营养的食品添加剂，目前世 界上有52个国家和地区批准使用。
基于β-胡萝卜素这些特殊生理功能，β-胡萝卜素被广泛用于医药工业、食品工业、化妆品 及饲料工业。
4 利用杜氏盐藻生产β-胡萝卜素的研究进展
杜氏藻是一类生活在富含NaCl的水中，如海洋、盐湖、盐池、盐碱等中的单细胞低等真核生 物，杜氏盐藻(Dunaliella salina)是唯一没有细胞壁的绿藻，也是真核生物中抗逆性最强 的一种藻类。杜氏盐藻能耐受饱和盐水（35%～36%）。此外，其对pH值耐受性也很强，pH在 1～14的环境也可生存。杜氏盐藻有显著的季节性，在夏季水温超过30℃时，群体最丰富。 在 杜氏盐藻中的β-胡萝卜素含量最高可达干细胞重量的13%，是提取天然β-胡萝卜素的理想 原料。其为多种异构体的混合物（在β-胡萝卜素中，反式异构体占90%～95%，9-、13-、15 -顺式异构体占5%～10%）。
我国内蒙古、青海等处有大量的盐湖资源，为杜氏盐藻的生长繁殖提供了优良的天然环境。 利用杜氏盐藻提取β-胡萝卜素是一种重要的工业途径。
4.1 培养方式和产率
利用杜氏盐藻合成β-胡萝卜素作为生产目的，与增加杜氏盐藻的生物产量为目的，两者的 生产培养条件截然不同，甚至是矛盾的。因此，在实际大规模生产中，有两种不同的培养方 式：二步法和一步法。二步法即先获得藻的最大生物产量，再转入以利用杜氏盐藻合成β- 胡萝卜素为目的的生产条件，进而获得高β-胡萝卜素产量。但是实现大量转移细胞培养物 的技术有一定困难，且成本高。一步法舍去大量培育藻类的阶段，采用分批培养。最终胡萝 卜素含量可达55mg/L。
4.2 生产场地的选择
用杜氏盐藻生产β-胡萝卜素，产量和效益的高低取决于藻的生物产量和其中β-胡萝卜素含 量的乘积。
杜氏盐藻的最宜生长温度大约为26℃～35℃，大量的雨水会使藻细胞渗透压突变而破裂。因 此，工业化的场地应选择降雨量少、温度高、光辐射强、常年日照充足的干旱地区。最好选 择靠近海边的盐田或内陆盐湖。
4.3 生产条件控制
温度：最宜生长温度大约为26℃～35℃，在高温季节，应注意防范污染物及捕食动物。
盐浓度：防范耐高盐的细菌感染。
酸度：最宜生长pH大约为7～9之间。
碳源：杜氏盐藻的唯一碳源是无机碳，CO 2气体最为常用。
氮源：工业生产通常补给硝酸盐。
其他营养源：天然盐湖或海水中含有丰富的磷酸盐、硫酸盐、钙离子、镁离子、钾离子等 ，一般无需另外补充。
4.4 絮凝收集
杜氏盐藻的细胞很小，大约长8～25m，宽5～15m。且无坚硬的细胞壁，只有一层弹性糖蛋白 细 胞膜包覆，采用过滤法收集易使细胞破裂，收集很困难。另外，体系中的黏液会堵塞过滤装 置，反洗的水流过强也会使细胞破裂，并使杂质被冲到培养基中造成污染。
比较好的方法是：趋光收集+絮凝法。①合理安排培养池与收获池的位置，设立光源，利 用杜氏盐藻的趋光性，使之聚集。②加入絮凝剂使藻细胞絮凝，然后沉降收集。絮凝剂的使 用浓度与无机盐的浓度、温度、pH、有机质、细菌含量等有多种因素有关，需要根据实际情 况再确定。同时，应严格防止絮凝剂重新循环进入培养液中，影响藻类的正常生长。
4.5 溶剂提取
絮凝液加入适量有机溶剂（常用有机溶剂为甲醇、无水乙醇、无水乙醚、石油醚、丙酮及石 油醚—丙酮），室温下浸泡提取3次以上，抽提液再减压抽干，除去有机溶剂，然后加入正 己烷溶解，加入NaOH-甲醇溶液，进行碱醇洗涤处理，除去蛋白杂质。得到的正己烷溶液经 过饱和盐水洗涤、无水硫酸钠干燥后，减压浓缩至干，即可得到天然β-胡萝卜素纯品，采 用紫外分光光度计测定最高吸收峰的吸光值，参照方法 ［5］ 测定并计算β-胡萝卜 素的含量。天然β-胡萝卜素的提取率为80%。
5 结束语
天然β-胡萝卜素在医药、食品、及保健领域有着很好的应用市场，特别是近年来 ，随着人们生活水平的提高，对个人保健问题的重视，天然β-胡萝卜素因其有着特异的功 效，成为市场上供不应求的紧俏商品。故此大力开发天然β-胡萝卜素的产业，将推动食品 、医药、饲料、化妆品行业的发展，具有很好的市场前景。
［参考文献］
［1］ 高建峰.β-胡萝卜素的营养价值及其生物合成［J］.粮食与饲料科技，2001， （1）：48～50.
［2］ Olson J A Molecular actions of carotenoids［M］.In:Canfield LM(ed).C arotenoids in Human Health,New York.Academy of Sciences,1993,156～166.
［3］ 范晓岚，杨军，糜漫天，杨慧．β-胡萝卜素的抗氧化作用与疾病预防［J］． 中国公共卫生，2003，（4）：479～480.
［4］ Stahl W，Heinrich U，Jungmann H，et al．Carotenoids and carotenoids pius vitamin E protect against ultraviolet light-induced erythema in humans．Am J Clin Nutr，2000，(71)：795～798.
［5］ 中华人民共和国国家标准［S］．食品添加剂β-胡萝卜素GB8821-88.
