簡介
類胡蘿蔔素類胡蘿蔔素(carotenoids)是一類重要的天然色素的總稱，屬於類萜化合物，普遍存在於動物、高等植物、真菌、藻類中的黃色、橙紅色或紅色的色素之中。主要是β-胡蘿蔔素和γ-胡蘿蔔素，因此而得名。1831年由化學家Wachenrooder從胡蘿蔔根中分離得出，故以“胡蘿蔔素”命名，此後隨著生化科技的發展，又分離出一系列的天然色素，命名為“類胡蘿蔔素”。
類胡蘿蔔素不溶於水，溶於脂肪和脂肪溶劑。亦稱脂色素。自從19世紀初分離出胡蘿蔔素，至今已經被發現的天然類胡蘿蔔素已達600多種，在人休中存在的主要有α-胡蘿蔔素、β-胡蘿蔔素、葉黃素、玉米黃質、番茄紅素以及β-隱黃素等。利用新的分離分析技術如薄層層析、高壓液相層析以及質譜分析還不斷發現新的類胡蘿蔔素。植物的類胡蘿蔔素存在於各種黃色質體或有色質體內；如秋季的黃葉，黃色花卉，黃色和紅色的果實和黃色塊根。動物的類胡蘿蔔素主要是脂肪、卵黃、羽毛和魚鱗以及蝦蟹的甲殼的色素。動物的類胡蘿蔔素一般與蛋白質結合在一起，如蝦青蛋白含有蝦青素，蝦卵綠蛋白是蝦青素與一種富含磷脂的脂蛋白的複合物。β-胡蘿蔔素是哺乳動物合成維生素A的前體，稱為維生素A原。葉綠體內除含有葉綠素外也含有類胡蘿蔔素，類胡蘿蔔素能將吸收的光能傳遞給葉綠素a，是光合作用不可少的光合色素。
類胡蘿蔔素吸收光涵蓋範圍在OD303—505nm，它提供食物的顏色，並影響人體對食物的攝取；在動物體中大多與蛋白質形成複合物而呈現綠色或藍色；在藻類、植物以及微生物中，則因其顏色被葉綠素覆蓋而無法呈現。在植物細胞中，產生的類胡蘿蔔素除了吸收並轉移能量幫助光合作用之進行，同時還具有保護細胞免於被『激態』的單電子鍵氧分子破壞的功能；而在動物動物體內可以將部分類胡蘿蔔素代謝成維生素A，卻無法自行合成類胡蘿蔔素。
截至2008年為止已發現600種以上的類胡蘿蔔素。其中大約有50種具有維生素A的活性。以類胡蘿蔔素的化學結構而言，可分為兩類：一類為只含碳氫結構分子的胡蘿蔔素，B—胡蘿蔔素是一代表範例，其他類胡蘿蔔素如：a—carotene、番茄紅素等；另一類為除了含有碳氫結構分子之外另含氧分子的類胡蘿蔔素，例如：木質黃素、B—cyptoxanthin(隱黃質)、蝦青素和canthaxanthin等。
結構與命名
類胡蘿蔔素結構式另外很多天然類胡蘿蔔素的名稱是根據它們的來源，如從番茄中分離出的番茄紅素,從胡蘿蔔中分離出的 -β-γ-以及δ-胡蘿蔔素,從硅藻分離出的岩藻黃質等等。這些俗名仍被沿用。
分類與特性
類胡蘿蔔素環結構類胡蘿蔔素是高度不飽和化合物（多烯），含有一系列共軛雙鍵和甲基支鏈。色素的顏色隨著共軛雙鍵的數目而變動。共軛雙鍵的數目越多，顏色移向紅色越遠。
有些類胡蘿蔔素在工業上利用作為食物和脂肪的著色劑，如β－胡蘿蔔素、番茄紅素、玉米黃質、葉黃素、辣椒紅、藏花素、藏花酸、胭脂樹橙、紅酵母紅素等。
類胡蘿蔔素的生物合成也是按照類萜的合成模式，兩個單位“頭對頭”縮合成為衍生物即類胡蘿蔔素──八氫番茄紅素。高等植物、藻類和真菌都能將八氫番茄紅素逐步脫氫，按次序生成六氫番茄紅素,δ-胡蘿蔔素，鏈孢紅素，最後產生番茄紅素。類胡蘿蔔素分子兩端的環化過程尚未完全闡明，但已有證據說明鏈孢紅素或番茄紅素是環化類胡蘿蔔素的前體。含氧的類胡蘿蔔素──葉黃素是通過直接引入分子氧而合成的。
維生素 A是無色的脂溶性類異戊二烯醇。在動物體內,β-胡蘿蔔素加兩分子的水，斷裂成為兩分子的視黃醇(即維生素A,A存在於動物肝臟，血液和眼球的視網膜中;A只發現於淡水魚中)。在暗中全反式視黃醛轉變成為11順視黃醛才能與視蛋白結合形成視紫紅質，後者與暗視覺有關，故缺維生素A導致夜盲症。
作用與功效
抗氧化：簡單來講，抗氧化就是抵禦自由基對於機體中蛋白質、脂質和核酸等的侵害。類胡蘿蔔素具有具有顯著的抗氧化功能，其分子結構中含有多個共軛雙鍵，能有效抵制自由基的活性，從而減少其對細胞遺傳物質（DNA、RNA）和細胞膜（如蛋白質、脂質和碳水化合物）的損傷。免疫調節：研究發現，類胡蘿蔔素能增強免疫系統中B細胞、CD4細胞的活力，增加免疫細胞嗜中性白細胞的數目，從而提升機體免疫防禦的能力；同時，還具有免疫監督的作用，體外試驗結果表明，類胡蘿蔔素能增加自然殺傷細胞NK的數目或刺激吞噬細胞的吞噬作用，從而起到消滅癌細胞、預防癌症的作用。
延緩衰老：人體衰老的進程與抗氧化和免疫調節能力息息相關，類胡蘿蔔素兼具抗氧化和免疫調節的功效，對延緩衰老有很好的作用。在抗氧化方面，類胡蘿蔔素尤其是β-胡蘿蔔素不但能直接作為抗氧化課濟來清除自由基，還能增加體內超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的含量，進而強化機體自身的抗氧化能力，延緩細胞和機體的衰老。
抗癌：多項證據表明，許多類胡蘿蔔素具有專長抗活力，其套用可能使癌症致死的危險性降低20%-30%。流行病學、藥理實驗都肯定α-、β-胡蘿蔔素、番茄紅素、葉黃素等類胡蘿蔔素具有抗癌作用，這與其抗化和免疫調節功能相關同時期還與其在癌症產生的啟動、促進和發展等各個階段的作用相關。
預防其他慢性病：隨著對類胡蘿蔔素抗氧化認識的不斷深入，其與心血管疾病間的關係也引起人們的關注，類胡蘿蔔素尤其是β-胡蘿蔔素具有預防心血管疾病的重要作用；葉黃素和玉米黃素具有抗氧化和光過濾作用，能預防老年性黃斑變性、白內障等眼科疾病；另外類胡蘿蔔素的強大抗氧化作用，對一些與自由基或氧化傷害有關疾病，如白內障、關節炎、糖尿病、腎小球腎炎、肝炎、肝硬化等均具有一定的防治作用。
分類及特性
根據其分子的組成，類胡蘿蔔素可分為含氧類胡蘿蔔素及不含氧類胡蘿蔔素兩類。含氧類胡蘿蔔素被稱為葉黃素（Xanthophyll），如：類胡蘿蔔素酯和類胡蘿蔔素酸等；不含氧類胡蘿蔔素被稱為胡蘿蔔素（Carotene）或類胡蘿蔔素碳氫化合物。製備方法
類胡蘿蔔素的製備方法有3種,即化學合成法、生物合成法以及天然提取的方法。
化學合成法
化學合成法是大批量生產類胡蘿蔔素的主要方法。類胡蘿蔔素的合成最早可以追溯到1950年,Karrer和Eugster開發了合成B2胡蘿蔔素和番茄紅素的方法。同時期的另一位科學家Inhoffen提出了合成B2胡蘿蔔素更好的方法,從而實現了B2胡蘿蔔素的工業合成和商業化。迄今為止,已有8種天然類胡蘿蔔素實現了工業合成。然而在食品工業中,合成化合物帶來了許多負面影響,合成食品安全問題越來越受到社會的關注,因此迫使人們尋求更為綠色的製備方法。
生物合成法
生物合成法是一種用菌類或植物合成類胡蘿蔔素的方法。該方法起源於20世紀50年代,但由於技術的原因,其套用曾一度受到限制。現代分子遺傳技術的出現促進了基因的分離,實現了體內功能互補、重組酶的特性最佳化和轉基因植物的創造,推動了類胡蘿蔔素的生物合成進展。由細菌、真菌和藻類生產的類胡蘿蔔素已經成為工業合成類胡蘿蔔素的很好替代品。由高等植物合成類胡蘿蔔素的方法研究也已經有了很大突破。
天然提取法
當今社會,人們對綠色食品的要求越來越高,從天然原料中直接提取類胡蘿蔔素無疑是最好、最受信賴的方法。類胡蘿蔔素的天然提取已經被廣泛研究,但主要限於番茄紅素和B2胡蘿蔔素。目前已有的提取和純化方法有:溶劑萃取、超臨界流體萃取、蒸餾、膜分離、色譜法和結晶法。從工業生產的觀點看,溶劑萃取法因其簡單性和低成本,是天然提取的首選。但是,當今食品生產技術正在儘量減少有機溶劑的使用,因此溶劑萃取法的發展也受到了限制。
類胡蘿蔔素的超臨界流體萃取是近年來發展起來的新技術。該方法的原理是:在一定溫度、壓力條件下,超臨界流體(一般用CO2)具有氣體(流動性)和液體(溶解能力)的雙重性能,能有效地將類胡蘿蔔素從混合物中提取出來,然後在另一溫度和壓力參數下,降低超臨界流體對類胡蘿蔔素的溶解能力,類胡蘿蔔素晶體從解析塔中分離,而超臨界流體可經壓縮泵加壓重複利用。該方法有很多優點,如提取效率高,成本低,產率高,對環境友好等,並且保持了產品的純天然性。
