Каротин
Термин каротин (также каротин , от латинского carota — «морковь»). [1] [2] ) используется для многих родственных ненасыщенных углеводородных веществ формулы C 40 H x , которые синтезируются растениями, но в целом не могут вырабатываться животными (за исключением некоторых тлей и паутинных клещей , которые приобрели синтезирующие гены от грибов). [3] Каротины — это фотосинтетические пигменты, важные для фотосинтеза . Каротины не содержат атомов кислорода. Они поглощают ультрафиолетовый, фиолетовый и синий свет и рассеивают оранжевый или красный свет и (в низких концентрациях) желтый свет.
Каротины отвечают за оранжевый цвет моркови , в честь которой назван этот класс химических веществ, а также за цвет многих других фруктов, овощей и грибов (например, сладкого картофеля , лисичек и оранжевой дыни ). Каротины также отвечают за оранжевый (но не весь желтый) цвет сухой листвы. Они также (в более низких концентрациях) придают желтую окраску молочному жиру и сливочному маслу. Всеядные виды животных, которые относительно плохо конвертируют цветные пищевые каротиноиды в бесцветные ретиноиды, такие как люди и куры желтого цвета , имеют жировые отложения в результате задержки каротиноидов из растительной части их рациона.
Каротины способствуют фотосинтезу, передавая поглощаемую ими световую энергию хлорофиллу . Они также защищают ткани растений, помогая поглощать энергию синглетного кислорода , возбужденной формы молекулы кислорода O 2 , которая образуется во время фотосинтеза.
β-каротин состоит из двух ретинильных групп и расщепляется в слизистой оболочке человека тонкой кишки под действием β-каротин-15,15'-монооксигеназы до ретиналя , формы витамина А. β-каротин может храниться в печени и жировых отложениях и при необходимости превращаться в сетчатку глаза, что делает его формой витамина А для человека и некоторых других млекопитающих. Каротины α-каротин и γ-каротин , благодаря своей единственной ретинильной группе (β- иононовое кольцо), также обладают некоторой активностью витамина А (хотя и меньшей, чем β-каротин), как и ксантофилл -каротиноид β- криптоксантин . Все другие каротиноиды, включая ликопин , не имеют бета-кольца и, следовательно, не обладают активностью витамина А (хотя они могут обладать антиоксидантной активностью и, следовательно, биологической активностью другими способами).
Виды животных сильно различаются по способности превращать содержащие ретинил (бета- ионон ) каротиноиды в ретинали. Плотоядные животные в целом являются плохими переработчиками пищевых иононсодержащих каротиноидов. У чистых плотоядных животных, таких как хорьки, отсутствует β-каротин-15,15'-монооксигеназа, и они вообще не могут превращать каротиноиды в сетчатку (в результате чего каротины не являются формой витамина А для этого вида); в то время как кошки могут превращать следы β-каротина в ретинол, хотя этого количества совершенно недостаточно для удовлетворения их ежедневных потребностей в ретиноле. [4]
Молекулярная структура
[ редактировать ]Каротины — это полиненасыщенные углеводороды, содержащие 40 атомов углерода на молекулу, переменное количество атомов водорода и никаких других элементов. Некоторые каротины имеют кольца на одном или обоих концах молекулы. Все они окрашены из-за наличия сопряженных двойных связей . Каротины являются тетратерпенами , что означает, что они происходят из восьми 5-углеродных изопреновых единиц (или четырех 10-углеродных терпеновых единиц).
Каротины встречаются в растениях в двух основных формах, обозначаемых буквами греческого алфавита : альфа-каротин (α-каротин) и бета-каротин (β-каротин). Также существуют гамма- , дельта- , эпсилон- и зета-каротин (γ, δ, ε и ζ-каротин). Поскольку они являются углеводородами и, следовательно, не содержат кислорода, каротины жирорастворимы и нерастворимы в воде (в отличие от других каротиноидов , ксантофиллов , которые содержат кислород и, следовательно, менее химически гидрофобны).
История
[ редактировать ]Открытие каротина из морковного сока приписывают Генриху Вильгельму Фердинанду Вакенродеру , открытие, сделанное во время поиска противогельминтных средств , которое он опубликовал в 1831 году. Он получил его в виде маленьких рубиново-красных хлопьев, растворимых в эфире, которые при растворении в жирах давали " красивый желтый цвет». Уильям Кристофер Зейзе признал его углеводородную природу в 1847 году, но его анализы дали ему состав C 5 H 8 . Именно Леон-Альбер Арно в 1886 году подтвердил его углеводородную природу и дал формулу C 26 H 38 , близкую к теоретическому составу C 40 H 56 . Адольф Либен в исследованиях красящего вещества жёлтого тела , также опубликованных в 1886 году , впервые наткнулся на каротиноиды в тканях животных, но не распознал природу пигмента. Иоганн Людвиг Вильгельм Тудичум в 1868–1869 годах после стереоскопического спектрального исследования применил термин «лютеин» ( лютеин ) к этому классу желтых кристаллизующихся веществ, обнаруженных у животных и растений. Рихард Мартин Вильштеттер , получивший Нобелевская премия по химии 1915 года, главным образом за работы по хлорофиллу , присвоила состав C 40 H 56 , отличая его от аналогичного, но насыщенного кислородом ксантофилла C 40 H 56 O 2 . Генрих Эшер в 1910 году ликопин выделил из томатов и показал, что он является изомером каротина. Более поздняя работа Эшера также дифференцировала « лютеиновые » пигменты в яичном желтке от каротинов в желтом теле коровы. [5]
Диетические источники
[ редактировать ]Следующие продукты содержат каротины в заметных количествах: [6]
Усвоение этих продуктов усиливается, если их есть с жирами, поскольку каротины растворимы в жирах, а также если пища готовится в течение нескольких минут, пока стенка растительных клеток не расщепится и цвет не выделится в любую жидкость. [6] 12 мкг пищевого β-каротина обеспечивают эквивалент 1 мкг ретинола, а 24 мкг α-каротина или β-криптоксантина обеспечивают эквивалент 1 мкг ретинола. [6] [8]
Формы каротина
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( Октябрь 2009 г. ) |
Два первичных изомера каротина, α-каротин и β-каротин, различаются положением двойной связи (и, следовательно, водорода) в циклической группе на одном конце (правый конец на диаграмме справа).
β-каротин является более распространенной формой и содержится в желтых , оранжевых и зеленых листовых фруктах и овощах . Как правило , чем интенсивнее оранжевый цвет фрукта или овоща, тем больше в нем содержится β-каротина.
Каротин защищает растительные клетки от разрушительного воздействия ультрафиолета, поэтому β-каротин является антиоксидантом .
β-каротин и физиология
[ редактировать ]β-каротин и рак
[ редактировать ]В статье Американского онкологического общества говорится, что Кампания по исследованию рака призвала разместить предупреждающие надписи на добавках β-каротина, чтобы предупредить курильщиков о том, что такие добавки могут увеличить риск рака легких. [11]
Медицинский журнал Новой Англии опубликовал статью [12] в 1994 году об исследовании, в котором изучалась связь между ежедневным приемом β-каротина и витамина Е (α- токоферола ) и заболеваемостью раком легких. Исследование проводилось с использованием добавок, и исследователи знали об эпидемиологической корреляции между фруктами и овощами, богатыми каротиноидами, и снижением заболеваемости раком легких. Исследование пришло к выводу, что у участников, принимавших эти добавки, не было обнаружено снижения заболеваемости раком легких, и, более того, эти добавки могут фактически иметь вредные последствия.
Журнал Национального института рака и Медицинский журнал Новой Англии опубликовали статьи в 1996 году. [13] [14] об исследовании с целью определить, оказывают ли добавки витамина А (в форме ретинилпальмитата ) и β-каротина (примерно 30 мг/день, что в 10 раз превышает рекомендуемую суточную дозу ) какие-либо полезные эффекты для предотвращения рака. Результаты показали повышенный риск рака легких и простаты у участников, которые принимали добавку β-каротина и у которых было раздражение легких от курения или воздействия асбеста , что привело к досрочному прекращению исследования. [14]
Обзор всех рандомизированных контролируемых исследований в научной литературе, проведенный Кокрановским сотрудничеством, опубликованный в JAMA в 2007 году, показал, что синтетический β-каротин увеличивает смертность на 1–8% (относительный риск 1,05, 95% доверительный интервал 1,01–1,08). [15] Однако этот метаанализ включал два крупных исследования курильщиков, поэтому неясно, применимы ли результаты к общей популяции. [16] В обзоре изучалось только влияние синтетических антиоксидантов, и результаты не следует переводить на потенциальное воздействие фруктов и овощей.
β-каротин и фоточувствительность
[ редактировать ]Перорально β-каротин назначают людям, страдающим эритропоэтической протопорфирией . Это дает им некоторое облегчение от светочувствительности. [17]
Каротинемия
[ редактировать ]Каротинемия или гиперкаротинемия — это избыток каротина, но в отличие от избытка витамина А каротин нетоксичен. Хотя гиперкаротинемия не представляет особой опасности, она может привести к покраснению кожи (каротинодермии), но не конъюнктивы глаз (что позволяет легко отличить ее визуально от желтухи ). Чаще всего это связано с употреблением большого количества моркови , но также может быть медицинским признаком более опасных заболеваний.
Производство
[ редактировать ]
Каротины производятся обычным способом для других терпеноидов и терпенов, т.е. реакциями сочетания, циклизации и оксигенации производных изопрена . Ликопин является ключевым предшественником каротиноидов. Он образуется путем сочетания геранилгеранилпирофосфата и гераниллинилпирофосфата . [18]
Большая часть мировых поставок синтетического каротина поступает из производственного комплекса, расположенного во Фрипорте, штат Техас и принадлежащего DSM . Другой крупный поставщик BASF также использует химический процесс для производства β-каротина. Вместе на долю этих поставщиков приходится около 85% β-каротина на рынке. [19] В Испании Vitatene производит природный β-каротин из гриба Blakeslea trispora , как и DSM, но в гораздо меньших количествах по сравнению с его синтетическим β-каротином. В Австралии органический β-каротин производится компанией Aquacarotene Limited из сушеных морских водорослей Dunaliella salina, выращенных в прудах для сбора урожая, расположенных в Каррате, Западная Австралия . BASF Australia также производит β-каротин из микроводорослей, выращенных на двух участках в Австралии, которые являются крупнейшими в мире фермами по выращиванию водорослей. В Португалии промышленная биотехнологическая компания Biotrend производит натуральный полностью транс -β-каротин из негенетически модифицированных бактерий рода Sphingomonas, выделенных из почвы.
Каротины также содержатся в пальмовом масле , кукурузе и молоке коров. [20] что приводит к тому, что коровье молоко становится светло-желтым, в зависимости от корма крупного рогатого скота и количества жира в молоке (молоко с высоким содержанием жира, например, производимое коровами Гернси , имеет тенденцию быть более желтым, потому что из-за содержания жира в нем содержатся больше каротина).
Каротины также обнаружены у некоторых видов термитов, где они, по-видимому, поступают из рациона насекомых. [21]
Синтез
[ редактировать ]В настоящее время широко используются два метода полного синтеза β-каротина. Первый был разработан BASF и основан на реакции Виттига, патентообладателем которого является сам Виттиг: [22] [23]
Вторая реакция – реакция Гриньяра . [24] разработан Хоффманом-Ла Рошем на основе оригинального синтеза Инхоффена и др. Они оба симметричны; синтез BASF - C20 + C20, а синтез Хоффмана-Ла Роша - C19 + C2 + C19.
Номенклатура
[ редактировать ]Каротины – это каротиноиды, не содержащие кислорода. Каротиноиды, содержащие некоторое количество кислорода, известны как ксантофиллы .
Два конца молекулы β-каротина структурно идентичны и называются β-кольцами . В частности, группа из девяти атомов углерода на каждом конце образует β-кольцо.
Молекула α-каротина имеет на одном конце β-кольцо; другой конец называется ε-кольцом . Не существует такого понятия, как «α-кольцо».
Эти и подобные названия концов молекул каротиноидов составляют основу систематической схемы наименования, согласно которой:
- α-каротин – это β,ε-каротин ?
- β-каротин представляет собой β,β-каротин ;
- γ-каротин (с одним β-кольцом и одним нециклизованным концом, обозначенным psi ) представляет собой β,ψ-каротин ;
- δ-каротин (с одним ε-кольцом и одним нециклизованным концом) представляет собой ε,ψ-каротин ;
- ε-каротин — это ε,ε-каротин
- ликопин - это ψ,ψ-каротин
ζ-каротин является биосинтетическим предшественником нейроспорина , который является предшественником ликопина, который, в свою очередь , является предшественником каротинов от α до ε.
Пищевая добавка
[ редактировать ]Каротин используется для окраски таких продуктов, как соки, торты, десерты, масло и маргарин. [3] Он одобрен для использования в качестве пищевой добавки в ЕС (указан как добавка E160a). [25] Австралия и Новая Зеландия (в списке 160a) [26] и США. [27]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Медицинский, сестринский и смежный словарь Мосби, четвертое издание, Ежегодник Мосби, 1994 г., стр. 273
- ^ «каротин» . Интернет-словарь этимологии .
- ^ Перейти обратно: а б Мармион Д., обновлено сотрудниками (2012 г.). «Красители для пищевых продуктов, лекарств и косметики». Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . дои : 10.1002/0471238961.0315121513011813.a01.pub3 . ISBN 978-0471238966 .
- ^ Грин А.С., Тан Дж., Ланго Дж., Класинг К.С., Фашетти А.Дж. (2011). «Домашние кошки преобразуют ((2) H(8))-β-каротин в ((2) H(4))-ретинол после однократного перорального приема». Журнал физиологии животных и питания животных . 96 (4): 681–92. дои : 10.1111/j.1439-0396.2011.01196.x . ПМИД 21797934 .
- ^ Теодор Л. Соуркс, «Открытие и ранняя история каротина», http://acshist.scs.illinois.edu/bulletin_open_access/v34-1/v34-1%20p32-38.pdf
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот «Каротиноиды» . Информационный центр по микроэлементам, Институт Лайнуса Полинга, Университет штата Орегон. 1 августа 2016 года . Проверено 19 августа 2019 г.
- ^ Аджила CM, Прасада Рао UJ (2008). «Определение каротиноидов и их эфиров в плодах Lycium barbarum Linnaeus методом ВЭЖХ-DAD-APCI-MS». J Pharm биомедицинский анал . 47 (4–5): 812–8. дои : 10.1016/j.jpba.2008.04.001 . ПМИД 18486400 .
- ^ Перейти обратно: а б с д «Витамин А: информационный бюллетень для медицинских работников» . Управление пищевых добавок, Национальные институты здравоохранения США. 9 июля 2019 года . Проверено 19 августа 2019 г.
- ^ Швайггерт Р.М., Копец Р.Э., Вильялобос-Гутьеррес М.Г., Хёгель Дж., Кесада С., Эскивель П., Шварц С.Дж., Карл Р. (12 августа 2013 г.). «Каротиноиды более биодоступны для человека из папайи, чем из помидоров и моркови: рандомизированное перекрестное исследование» . Британский журнал питания . 111 (3): 490–498. дои : 10.1017/s0007114513002596 . ISSN 0007-1145 . ПМК 4091614 . ПМИД 23931131 .
- ^ Адевуси С.Р., Брэдбери Дж.Х. (1993). «Каротиноиды в маниоке: сравнение методов анализа на открытой колонке и ВЭЖХ». Журнал науки о продовольствии и сельском хозяйстве . 62 (4): 375. doi : 10.1002/jsfa.2740620411 .
- ^ «Британская организация по борьбе с раком призывает к созданию предупреждающих этикеток о бета-каротине» . 2000-07-31. Архивировано из оригинала 4 декабря 2006 г. Проверено 15 марта 2007 г.
- ^ Исследовательская группа по предотвращению рака альфа-токоферола и бета-каротина (1994). «Влияние витамина Е и бета-каротина на заболеваемость раком легких и другими видами рака у курящих мужчин» . N Engl J Med . 330 (15): 1029–35. дои : 10.1056/NEJM199404143301501 . ПМИД 8127329 .
- ^ Оменн Г.С., Гудман Г.Е., Торнквист, доктор медицинских наук и др. (1996). «Факторы риска рака легких и эффекты вмешательства в CARET, исследовании эффективности бета-каротина и ретинола» (PDF) . J Национальный онкологический институт . 88 (21): 1550–9. дои : 10.1093/jnci/88.21.1550 . ПМИД 8901853 .
- ^ Перейти обратно: а б Оменн Г.С., Гудман Г.Е., Торнквист, доктор медицинских наук и др. (1996). «Влияние комбинации бета-каротина и витамина А на рак легких и сердечно-сосудистые заболевания» (PDF) . N Engl J Med . 334 (18): 1150–5. дои : 10.1056/NEJM199605023341802 . ПМИД 8602180 .
- ^ Белакович Г., Николова Д., Глууд Л.Л., Симонетти Р.Г., Глууд С. (2007). «Смертность в рандомизированных исследованиях антиоксидантных добавок для первичной и вторичной профилактики: систематический обзор и метаанализ». ДЖАМА . 297 (8): 842–57. дои : 10.1001/jama.297.8.842 . ПМИД 17327526 .
- ^ См. письмо в JAMA Филипа Тейлора и Сэнфорда Доуси и ответ авторов оригинальной статьи.
- ^ Мэтьюз-Росс М. (1977). «Бета-каротиновая терапия эритропоэтической протопорфирии и других заболеваний, связанных с фоточувствительностью». Архив дерматологии . 113 (9): 1229–1232. дои : 10.1001/archderm.1977.01640090077011 . ПМИД 900968 .
- ^ Продам КС (2006). «Терпеноиды». Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . дои : 10.1002/0471238961.2005181602120504.a01.pub2 . ISBN 0471238961 .
- ^ Галанакис CM (2020). Каротиноиды: свойства, обработка и применение . Лондон: Академическая пресса. ISBN 9780128173145 .
- ^ Улла Р., Хан С., Али Х., Билал М., Салим М. (18 мая 2017 г.). «Идентификация коровьего и буйволиного молока по концентрации бета-каротина и витамина А с помощью флуоресцентной спектроскопии» . ПЛОС ОДИН . 12 (5): e0178055. Бибкод : 2017PLoSO..1278055U . дои : 10.1371/journal.pone.0178055 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 5436857 . ПМИД 28542353 .
- ^ Кришна К. (2012). Биология термитов . Эльзевир. п. 414. ИСБН 9780323144582 .
- ^ Виттиг Г.; Поммер Х.: DBP 954247, 1956 г.
- ^ Wittig G.; Pommer H. (1959). Chem. Abstr . 53: 2279
- ^ Патент США 2609396 , Инхоффен Ханс Херлофф и Поммер Хорст, «Соединения с углеродным скелетом бета-каротина и способ их производства», опубликован 2 сентября 1952 г.
- ^ Агентство по пищевым стандартам Великобритании: «Текущие одобренные ЕС добавки и их номера E» . Проверено 27 октября 2011 г.
- ^ Кодекс пищевых стандартов Австралии и Новой Зеландии «Стандарт 1.2.4 – Маркировка ингредиентов» . 8 сентября 2011 года . Проверено 22 декабря 2014 г.
- ^ FDA США: «Список статусов пищевых добавок» . Управление по контролю за продуктами и лекарствами . Проверено 22 декабря 2014 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Каротин Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
