アスタキサンチンの機能特性と研究の進展
ヘマトコッカス・プルビアリス抽出物 アスタキサンチン (アスタキサンチン）、別名アスタキサンチン、現在アスタキサンチン10mgは、エビやカニの甲羅、カキ、サケ、一部の藻類に含まれるカロテノイド酸素含有誘導体で、活性酸素を効果的に抑制することができ、高い栄養価と健康管理価値がある。
早くも1930年代には、研究者はエビやカニの殻からアスタキサンチンを分離したが、その生理学的機能は、1980年代まで広く注目を集めなかった。動物実験や臨床実験では、純粋なアスタキサンチンサプリメントは、強力な抗酸化剤、抗がん剤、抗がん剤、免疫力を高め、心血管疾患やその他の健康機能を予防し、広範なアプリケーションの見通しを持っていることが示されている。
純度の物理化学的特性 アスタキサンチン
結晶ivarssonsアスタキサンチンはピンク色であり、融点は215℃〜216℃、水に不溶、脂溶性、クロロホルム、アセトン、ベンゼンおよび他のアスタキシン120有機溶剤に可溶である。アスタキサンチンの分子構造中の共役二重結合鎖と純度製品アスタキサンチンの末端の不飽和ケトン基と水酸基は、フリーラジカルの不対電子を引き付けたり、フリーラジカルに電子を提供することができ、それによってフリーラジカルを除去し、強力な抗酸化作用を有する、比較的活性な電子効果を持っている。
また、光、熱、酸化物と相互作用しやすい構造になっており、構造変化後はアスタキサンチンに分解される。
可視光線はアスタキサンチンにほとんど影響を与えないが、紫外線はアスタキサンチンに大きなダメージを与えることがわかった。70℃以下では、温度はアスタキサンチンにほとんど影響を与えず、70℃以上では、アスタキサンチンは熱によって損傷を受け始める。pH4~11の範囲では、pHのアスタキサンチンに対する影響は小さく、pH 13のときにアスタキサンチンの分解が始まった。Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Zn2+および他の金属イオンはアスタキサンチンに影響を与えず、Fe2+、Fe3+、Cu2+はアスタキサンチンに明らかな破壊的影響を有し、中でもFe3+が最も大きな影響を与える。
アスタキサンチン は主に遊離型とエステル化型で存在する。
遊離型のアスタキサンチンは非常に不安定で、酸化されやすい。アスタキサンチンは通常、遊離型で化学合成される。エステル化アスタキサンチンは、アスタキサンチンの末端環構造に水酸基があり、脂肪酸とエステルを形成しやすいため安定である。水生動物の皮膚や甲羅、ロドコッカス・バルカニスや紅麹に含まれるアスタキサンチンは主にエステル化されている。エステル化アスタキサンチンは、結合する脂肪酸の違いにより、アスタキサンチンモノエステルとアスタキサンチンジエステルに分けられる。エステル化後、アスタキサンチンの疎水性は強化され、ダブルエステルの親油性はシングルエステルのそれよりも強かった。同時に、エステル化されたアスタキサンチンはタンパク質と複合体を形成し、異なる色を生成する。
の機能特性 アスタキサンチン
近年、アスタキサンチンの重要な生理機能と巨大な経済的価値が徐々に人々に認識されるようになったため、国内外でアスタキサンチンの機能性、特に抗酸化、抗がん・抗癌、免疫増強、抗高血圧、心血管疾患の予防、抗紫外線放射線の側面に関する研究がますます盛んに行われている。
酸化防止剤
アスタキサンチンは、強い抗酸化作用を持つ鎖切断型抗酸化物質である。体内では、呼吸鎖での電子伝達や体内の他の物質の酸化など、通常の生命活動で少量の酸素フリーラジカルを生成することができ、化学試薬や紫外線の刺激を受けると大量の酸素フリーラジカルを生成する。
これらのフリーラジカルは、バイオフィルム上の脂質過酸化、アミノ酸酸化、タンパク質分解およびDNA損傷を引き起こす可能性があり、また、細胞膜上の不飽和脂肪酸の連鎖反応を引き起こす可能性があり、したがって、細胞の組成に影響を与える。アスタキサンチンは、一重項酸素をクエンチし、直接酸素フリーラジカルを除去するだけでなく、脂肪酸の連鎖反応をブロックすることができます。
複数のカロテノイドの酸素消衰能は、アスタキサンチン＞α-カロテン＞β-カロテン＞エリスロキサンチン＞ゼアキサンチン＞ルテイン＞ビリルビン＞ビリベルジンという順位であることがわかった。
大豆油の光酸化におけるルテイン、ゼアキサンチン、リコピン、イソゼアキサンチン、アスタキサンチン5種のカロテノイドとその誘導体の活性酸素消光効果を比較したところ、共役二重結合の増加とともに活性酸素消光能が向上し、アスタキサンチンが最も強い消光性能を示した。
また、チオバルビツール酸法を用いて、第一鉄イオンを含むヘムタンパク質をフリーラジカル生成物質、リノール酸を受容物質として、カロテノイドとその誘導体、α-トコフェロール（VE）のフリーラジカル消去半減有効量ED50を検出した研究者もいる（表1参照）。また、アスタキサンチンが最も強いフリーラジカル消去能を持つことがわかった。
近年、継続的な研究により、アスタキサンチンの抗酸化作用は、「スーパーVE」として知られるα-トコフェロールの100倍以上であることが証明されている。一方、アスタキサンチンは、効果的にリン脂質や他の脂質の過酸化を防ぐことができます。さらに、アスタキサンチンはまた、抗酸化酵素の活性とタンパク質発現を増加させることができ、アスタキサンチンの異なる用量は、動物細胞におけるペルオキシヒドロゲナーゼとスーパーオキシドジスムターゼのタンパク質発現を有意に増加させることができ、それらの生物活性も有意に改善される。
抗がん剤
食事からのカロテノイド摂取量とがん罹患率または死亡率との関係に関する研究を通じて、がん罹患率または死亡率はカロテノイド摂取量と有意に負の相関があることが判明した[14]。西野[15]は、様々なカロテノイドの抗がん作用を比較し、アスタキサンチンが最も強い抗がん作用を持つと結論づけた。
Savoureらは、アスタキサンチンの腫瘍形成抑制効果が腫瘍増殖の抑制にあることを証明した。現在、細胞の正常な増殖と分化、そして組織自体の安定性において、細胞間隙連絡（Cell Gap Junction Communication）が重要な調節的役割を果たしており、その機能の阻害や破壊が発がんを促進する重要なメカニズムであることが、研究によって示されている。
アスタキサンチンの抗がん作用は、細胞間隙の連結コミュニケーションを誘導するその能力と密接に関連している。それは、正常細胞間の接続能力を強化することができ、がん細胞を分離し、がん細胞間の接続を低減し、その成長を制御し、腫瘍の形質転換を防ぐ。
さらに、国内外の多くの研究により、アスタキサンチンが様々ながんに対して有意な抑制効果または予防効果を有することが示されている。例えば、田中らは動物実験により、アスタキサンチンが口腔がんや膀胱がんの予防効果を有することを観察している。また、Gradeletらの研究結果によると、アスタキサンチンには肝臓がんを抑制する大きな効果があるという。また、アスタキサンチンは、ヒト線維芽細胞（1BR-3）、メラノサイト（HEMAc）、腸管CaCo-2細胞において、紫外線によるDNA損傷を予防し、皮膚がんの発生率を低下させることが示されている。
免疫強化
アスタキサンチンおよびカロテノイドのin vitroマウスリンパ球組織培養系に対する免疫調節効果に関する城之内らの研究により、アスタキサンチンが強い免疫調節効果を有することが明らかになった。その結果、アスタキサンチンは胸腺依存性抗原（TD-Ag）に対する脾臓細胞の応答において抗体の産生を有意に促進し、T特異的抗原に依存する体液性免疫応答の結論を改善することができることが示された。
同時に、ヒトの血液細胞を用いた試験管内の研究でも、アスタキサンチンやカロテノイドは、TD-Agで刺激されると抗体の産生を有意に促進し、IgGやIgMを分泌する細胞の数が増加すること、また、アスタキサンチンを補充することで、TD-Agに反応する高齢マウスの抗体の産生を部分的に回復させ、高齢動物の体液性免疫の回復に役立つことが判明している。
Chewらは、β-カロテノイド、アスタキサンチン、カンタリジンがマウスの脾臓細胞の機能に及ぼす影響について研究し、β-カロテノイドとアスタキサンチンがマウスの脾臓リンパ球の機能を著しく高め、身体の免疫力を高めることを示した。
さらに、アスタキサンチンはヒト免疫グロブリンの産生を増加させ、マウスのインターロイキン-1および腫瘍壊死因子の放出能力をβ-カロチンやケラキサンチンよりも強く増強した。したがって、アスタキサンチンは細胞分裂を誘導する強い活性を持ち、免疫調節に重要な役割を果たしている。
抗高血圧
Husseinら[27]は、高血圧自然発症ラット（SHR）に対するアスタキサンチンの降圧効果を検討し、その結果、アスタキサンチンを14日間継続摂取させることにより、SHRの動脈血圧を有意に低下させることができた。また、脳梗塞を発症しやすいSHRにアスタキサンチン（50mg-kg-1）を5週間継続摂取させたところ、血圧が有意に低下し、SHR脳梗塞の発症が遅延した。
アスタキサンチンの降圧作用の作用機序については、アスタキサンチンが交感神経アドレナリン受容体経路を含む血行動態を調節し、αアドレナリン受容体感受性の正常化を確保し、AngⅡや活性酸素種による血管収縮能を弱め、血管緊張を修復して降圧効果を発揮することが研究で示されている。
Harryらは、Zucker fatty acid rat（ZFR）をモデルとして実験を行い、アスタキサンチンがレニン-アンジオテンシン系（RAS）の活性を低下させ、抗高血圧作用を有することを証明した。
心血管疾患の予防
臨床医学的研究から、低比重リポ蛋白（LDL）の酸化が動脈硬化の重要な原因であることが示されている。人体内のLDL濃度が高く、血管が細く、血小板の沈着による血流の閉塞があるほど、動脈硬化の危険性が高くなる［30］。
LDLは通常、非酸化状態で存在し、酸化低比重リポ蛋白（ox-LDL）は細胞を泡沫細胞に変化させ、脂肪線を生成する。一方、炎症性血管壁泡沫細胞の存在は、酸化能の増大、周囲の平滑筋細胞の増殖、動脈の狭窄をもたらす。
疫学的データと臨床データは、食事性抗酸化物質が心血管疾患を予防することを示唆している。これは、アスタキサンチンが動脈硬化を効果的に予防できる重要な理由でもある。さらに、アスタキサンチンはまた、動脈プラーク中のマクロファージの浸潤を減少させ、動脈硬化の形成を防止し、プラークを安定させる役割を果たすことができる。
Murilloらは、アスタキサンチンが体内のHDLを有意に増加させ、LDLを減少させる効果を有することを見出した。したがって、アスタキサンチンは、動脈硬化、冠状動脈性心臓病、虚血性脳損傷などの心血管疾患を予防する効果がある。
紫外線からの保護
強い光、特に紫外線にさらされた皮膚やその他の組織は、細胞膜や組織に単原子酸素やフリーラジカルを発生させ、身体に酸化ダメージを与えることが研究で明らかになっている。
β-カロテンに代表されるカロテノイドのような抗酸化物質を食物から十分に摂取すれば、これらのダメージを効果的に軽減することができる。自然界に存在するカロテノイドは、紫外線による酸化から組織を守る上で重要な役割を果たしている。
アスタキサンチンは、ベータカロチンやルテインよりも紫外線によるダメージを防ぐ効果が高い。一方、アスタキサンチンはトランスグルタミナーゼに対して特別な作用があり、皮膚が光にさらされるとプトレシンを消費してプトレシンの蓄積を防ぐことができる。
日本では、アスタキサンチンの対応する皮膚保護試験が実施され、その結果は、アスタキサンチンは、皮膚の緊張、水分、トーン、弾力性、滑らかさなどの面で有意な改善効果があることを示している。したがって、アスタキサンチンは、酸化的損傷から細胞膜やミトコンドリア膜を保護し、皮膚の光老化を防止し、皮膚の健康を維持する上で重要な役割を果たしている潜在的な紫外線保護剤として使用することができる。
機能性食品への応用
アスタキサンチンは、筋肉細胞の運動によって生成されたフリーラジカルを効果的に除去し、有酸素代謝を強化し、有意な抗疲労および抗老化効果を有することが国内外の多くの研究によって示されている。人間の免疫力を大幅に向上させることができます。それは血液脳関門を通過することができ、目の抗酸化保護の利点を持っている唯一のカロテノイドであり、様々な重要かつユニークな健康機能特性を持っています。また、新たな機能性食品添加物として、食品着色料、抗酸化剤などとして使用することができ、食品の品質を向上させ、食品の知覚を高めることができる。
アンチエイジング機能性食品への応用
生体の老化は、主にミトコンドリア内の連鎖酸化反応で生成される大量のフリーラジカルによって引き起こされ、時間内に除去されなければ、ミトコンドリアの酸化的損傷につながり、生体細胞の老化を加速させる。アスタキサンチンは強い抗酸化活性を持ち、酸素フリーラジカルを効率的に除去することができ、その効率はVEの100倍以上である。
アスタキサンチンは強い抗酸化力を維持するだけでなく、加齢に伴う機能低下を遅らせ、老化と闘うのを助ける。したがって、機能性食品にアスタキサンチンを加えることは、臓器の老化によって引き起こされる一連の疾患を予防し、人々の健康を改善するのに役立つ。
現在、海外ではアスタキサンチンのアンチエイジング機能性食品の研究開発が進められており、米国シアノテック社はダーマアスティン（Dema）天然アスタキサンチンカプセルを発売した。
また、アスタキサンチンを美容成分と組み合わせてアンチエイジング美容食品を製造し、化粧品と併用することでアンチエイジング効果を高めている。調査によると、資生堂の「Living face G+C」など、国際的な第一線化粧品ブランドの90%がアスタキサンチン含有美容食品を発売している。
免疫機能を高める食品への応用
Astaxanthin can significantly promote the ability of spleen cells to produce antibodies in the presence of antigens, and enhance T cells to stimulate the production of immunoglobulin in human blood cells.
Astaxanthin can also enhance specific humoral immune response at the initial stage of antigen invasion. Astaxanthin has the best activity to induce cell division, can improve the production of human immunoglobulin, and has an important role in immune regulation. Goswami et al. found that astaxanthin can play a huge role as an immunomodulator.
Therefore, the application of astaxanthin to enhance the body’s immune health food is an important direction to develop astaxanthin. Japan has launched a variety of astaxanthin products, such as Fancl brand “astaxanthin 30 days” and other nutritional products to enhance immune function.
Japan’s Suntory company uses astaxanthin and other functional extracts to produce a variety of new products with higher functional effects. For example, astaxanthin is combined with other carotenoids to strengthen its immunity.
Application in eye care functional food
The main diseases that cause visual damage and even blindness are age-related macular degeneration (AMD) and senile cataracts, both of which are related to the photooxidation process inside the eye. The human retina contains more polyunsaturated fatty acids and high concentrations of oxygen than any other tissue. Singlet oxygen and oxygen free radicals produced by photooxidation will cause peroxidation damage to the retina.
For humans and other animals, dietary carotenoids are necessary to protect eye health by quenching these damaging reactive oxygen species and helping the retina resist oxidative damage. Studies have shown that astaxanthin can effectively prevent retinal oxidation and photoreceptor cell damage through the blood-brain barrier, indicating that astaxanthin has a good effect in preventing and treating “age-related macular degeneration” and improving retinal function.
Therefore, the application of astaxanthin in functional food to protect eyesight and maintain eye health is a hot topic at home and abroad. For example, Japan combines astaxanthin with blueberry extract to strengthen the protective effect on vision; Natural astaxanthin capsules and other products have been developed in the United States to protect vision and improve age-related macular degeneration.
Application in functional food additives
In the food industry, astaxanthin can not only be used as an immune enhancer, anti-aging agent and other functional ingredients added to food, but also can effectively play the role of preservation, color, taste and quality preservation, as a food coloring agent, antioxidant and so on. It is used to keep the original nutritional content of food from being damaged or to improve sensory properties and enhance the appeal of food to consumers.
アスタキサンチン is a fat soluble pigment, which is gorgeous red, natural and realistic, with strong pigmentation ability, strong coloring power, safe and non-toxic, less dosage, no odor and good taste. It can be used for coloring of many health care products and coloring of tablet icing and capsule. It can also be directly used in food, such as edible oil, margarine, ice cream, candy, pastries, noodles, seasonings, especially the food containing more fat, which has good coloring effect and significant quality preservation effect. It can also be used for beverage coloring, especially for juices containing VC.
In Japan, the use of astaxanthin as a functional food additive has been relatively common, and the red oil containing astaxanthin is widely used in the pickling of vegetables, seaweed and fruits, and has also been reported in drinks, noodles, seasoning coloring.
A large number of studies at home and abroad have proved that astaxanthin has potential special health care effects in human body, which makes astaxanthin more and more favored by people. At present, the main sources of astaxanthin include chemical synthesis and natural extraction.
Chemical synthesis of astaxanthin and natural astaxanthin have certain differences in structure, properties, application and safety, and its stability, antioxidant, coloration and other important properties are significantly lower than natural astaxanthin. The efficient extraction and preparation of natural astaxanthin will be the focus of the development of astaxanthin in the future, especially the industrial fermentation of astaxanthin by yeast, algae and other microorganisms with a short production cycle. The prospects are promising.
Therefore, the further development and application of astaxanthin will be greatly facilitated by screening high-yield strains, improving fermentation technology and introducing gene improvement technology in time to increase yield and reduce cost.
The application of astaxanthin in the field of functional food, foreign countries mainly position its effect in strengthening immunity, anti-cancer, anti-aging, protecting retina, anti-inflammation, preventing oxidative damage of low density lipoprotein cholesterol (LDL-C) in the blood, etc., research and development and production of many health nutrition foods and dietary supplements containing astaxanthin.
But our country is still in the initial stage. With the deepening of the research on the functional properties of astaxanthin, the improvement of production technology, and the combination of China’s traditional “medicine and food” concept, using astaxanthin to develop functional nutritional food will have excellent application prospects and far-reaching development significance.
References: Tao Shuying, Ming Jian, Research progress on the functional properties of astaxanthin and its application in Functional Foods.
アンディ
