图2 虾青素的三种立体异构体
虾青素在多种生物体内具有很强的抗氧化作用，所以它是一种迄今为止自然界中最强的天然抗氧化剂，具有极强的抗氧化能力，它的抗氧化性约为维生素E的500倍，因此被誉为“超级维生素E"。
虾青素分子中间的碳氢长链具有疏水性，分子两端各有一个羟基具有一定的亲水性，但疏水碳氢链长，虾青素分子的疏水性较强，所以虾青素分子整体是亲油的。虾青素的最大每日安全摄入量在不同国家有所不同，范围在2-24mg之间。
02虾青素的抗氧化作用
人体在进行正常的生命活动时，可以产生少量的自由基。当人体受到阳光、辐射、彩妆、油烟以及污浊的空气刺激时，体内很容易产生大量的自由基(图3)。超氧阴离子自由基是体内常见的自由基。超氧阴离子自由基的氧分子的轨道上有两个未成对的电子，吸收能量后，激发为单线态氧。单线态氧即激发态氧分子，它很不稳定，反应活性很强，对细胞有一定的毒性。当机体内自由基水平超过内源性抗氧化酶系统的抗氧化能力时，引起氧化应激，打破细胞内氧化反应与抗氧化反应的平衡状态，细胞受损，严重时细胞凋亡，最终引发多种疾病。
虾青素具有独特的分子结构，分子中含有十三个碳碳共轭双键，两端各连有一个含氧的六元环，每个六元环上都连有羟基和酮基，而且羟基位于羰基的α位，形成α-羟基酮共轭结构。虾青素很长的共轭双键和α-羟基酮结构，具有较活泼的电子效应，可以向自由基提供电子，和自由基发生反应，从而清除自由基，终止自由基的链式反应，起到抗氧化作用。与其他类胡萝卜素不同，虾青素具有极性非极性-极性的线性分子结构，磷脂双分子层同样也是极性非极性极性的分子结构。因此，虾青素分子既亲脂又水，可以穿透血脑屏障，进入细胞膜或者线粒体膜的亲水层与疏水层之间，跨膜镶嵌在膜的磷脂双分子层中，这种独特的结构使其由外到内与细胞膜相结合,如图4所示。
在细胞膜中，虾青素的多烯长链可以与自由基反应，将自由基转化为更稳定的产物。在细胞膜外，末端环也可以终止自由基的链式反应,因此，虾青素可以有效地清除细胞膜内外的自由基，保护细胞膜免受氧化损伤，这也就是与其他类胡萝卜素相比。虾青素有强大的抗氧化活性的原因。值得一提的是，在一定条件下，常见的抗氧化剂在低剂量条件下具有抗氧化性，一旦达到某一剂量，抗氧化剂反而具有促氧化性，对体内引起的氧化反应产生不利的影响。但虾青素只具有抗氧化性，不会成为促氧化剂，没有副作用，明显优于其他的抗氧化剂。
虾青素不仅可以清除自由基，还可以淬灭单线态氧。目前已知的天然产物中，虾青素的共轭双键最多。共轭双键越多，淬灭单线态氧的能力越强，抗氧化能力越强。虾青素将单线态氧的能量转移到自身的共轭多烯链中，将能量以热量形式释放出来，返回到原来基态的虾青素分子继续进行单线态氧的淬灭。除此之外，虾青素还可以阻断脂肪酸的链式反应，阻止脂质过氧化，抑制过氧化物的产生。X射线衍射实验证明，虾青素可以通过强大的抗氧化活性来稳定细胞膜的结构。
不仅如此，虾青素还可以通过多种途径防止氧化带来的应激损伤。它可以提高机体内源性抗氧化酶的表达，使体内的自由基和活性氧减少。生物体内，清除自由基的第一个酶是超氧化酶歧化酶，超氧阴离子自由基是体内常见的自由基之一，超氧化酶歧化酶可以催化超氧阴离子发生歧化反应。硫氧还蛋白还原酶维持内源性底物硫氧还蛋白处于还原状态,参与基于氧化还原的信号传导途径,保护低密度脂蛋白不被氧化。例如，紫外线照射过程中，虾青素可以通过提高超氧化物歧化酶2(SOD2 )的表达来抑制活性氧的产生。实验表明，在家兔的饲料中添加虾青素，经检测分析 ,家免血清中的抗氧化酶活性提高，氧化诱导家兔的超氧化物歧化酶和硫氧还蛋白还原酶活性提高。这就是虾青素发挥抗衰老、抗炎以及抗光老化等诸多作用，为我们的健康保驾护航的原因。
03虾青素的其他运用
虾青素的抗炎作用与抗氧化活性密切相关。前面提到皮肤长时间暴露在紫外线下，会出现干燥粗糙、皱纹加剧等现象，这是因为表皮层和真皮层中的活性氧过度积累,白介素(IL-1、IL-6、IL-8 )和炎症相关的肿瘤坏死因子( TNF )等炎症细胞因子释放，导致角质形成细胞，基质金属蛋白酶( MMPs )家族(包括MMP1、MMP3和MMP9 )的基因表达和酶活性提高。通过MMPs的进一步积累，弹性酶的活性增加，胶原和弹性纤维降解，皱纹逐渐形成，皮肤弹性丧失。表皮IL-1a水平的升高可以诱导其他促炎细胞因子的产生，从而导致皮肤干燥。研究发现，虾青素可以通过多种机制有效抑制白介素IL- 8和肿瘤坏死因子( TNF )等炎症因子的表达，从而增强机体预防和抵抗炎症的能力。通过直接或间接的途径，虾青素可以抑制基质金属蛋白酶表达，保护真皮细胞外基质(即胶原蛋白、弹性纤维和糖胺聚糖)免受降解，从而延缓衰老。
虾青素除了抗氧化、抗炎，还有一个功能是抗光老化。引起皮肤光老化的紫外线为中波紫外线和长波紫外线。中波紫外线波长较短，作用于皮肤的表层，容易使皮肤晒伤和变黑。长波紫外线的波长较长, 为380-420nm，可以穿透皮肤的真皮层，对胶原蛋白和弹性蛋白造成-定的损伤。虾青素具有独特的分子结构，其吸收峰值为470 nm左右。虾青素分子的波长与长波紫外线的波长相近，阻挡紫外线的辐射，可以有效地吸收长波紫外线，防止皮肤光氧化损伤，改善皮肤光老化。
总而言之，作为自然界中抗氧化性最强的抗氧化剂，虾青素具有抗氧化、抗炎以及抗光老化的功能，不仅在人体延缓衰老、预防抵抗炎症以及改善皮肤光老化等方面发挥着重要作用,而且提高果实品质，促进了生态友好型农业的健康发展。目前，虾青素已被应用于食品、保健品、药品、农业以及化妆品等领域，有着广阔的应用前景。
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[1] 熊章远,张钰婕.虾青素的来源、功能与应用[J].中国食品工业,2024(05):174-176.返回搜狐，查看更多