Ксантофилл - это собирательный термин, обозначающий группу желтых жирорастворимых пигментов, которые в естественном виде содержатся в растениях, особенно во фруктах и овощах.

Он относится к более широкому классу каротиноидных пигментов, в который также входят каротин и ликопин.

Ксантофилловые пигменты играют важную роль в процессе фотосинтеза и обеспечивают защиту растений от окислительного стресса.

A. Химическая структура и свойства

Ксантофиллы - производные тетратерпенов, состоящие из 40 атомов углерода, расположенных в чередующейся системе двойных связей.

Они содержат атомы кислорода в виде гидроксильных (-OH), эпоксидных или кето-групп, что отличает их от каротинов.

К распространенным ксантофилловым пигментам относятся лютеин, зеаксантин, виолаксантин и неоксантин.

Ксантофиллы обычно имеют желтый, оранжевый или красный цвет, оттенки которого зависят от их химической структуры.

Они являются липофильными (жирорастворимыми) соединениями и нерастворимы в воде, но растворимы в органических растворителях, таких как гексан, хлороформ и этанол.

a. Химическая структура

Ксантофиллы - это класс каротиноидных пигментов, обладающих оксигенированной структурой, содержащей атомы кислорода в виде гидроксильных (-OH), эпоксидных или кето-групп. Основной структурной основой ксантофиллов является тетратерпен, состоящий из восьми изопреноидных звеньев, соединенных между собой и образующих длинную сопряженную цепь из 40 атомов углерода. Конкретная химическая структура отдельных ксантофиллов варьируется в зависимости от количества, положения и типа присутствующих оксигенированных функциональных групп, а также от наличия и расположения двойных связей.

Некоторые распространенные примеры структур ксантофиллов включают в себя:

Лютеин: 3R,3'R,6'R-β,ε-каротин-3,3′-диол

Зеаксантин: 3R,3'R-β,β-каротин-3,3′-диол

Виолаксантин: 5,6,5′,6′-диэпокси-5,6,5′,6′-тетрагидро-β,β-каротин-3,3′-диол

Неоксантин: 5′,6′-эпокси-6,7-дидегидро-5,6,5′,6′-тетрагидро-β,β-каротин-3,5,3′-триол

b. Физико-химические свойства

Молекулярный вес: Ксантофиллы имеют относительно высокую молекулярную массу, обычно от 568 до 616 г/моль, в зависимости от их конкретной структуры.

Цвет: Ксантофиллы обладают широким спектром цветов, включая желтый, оранжевый и красный, благодаря уникальной системе сопряженных двойных связей и наличию оксигенированных функциональных групп.

Растворимость: Ксантофиллы являются липофильными (жирорастворимыми) соединениями и нерастворимы в воде, но растворимы в различных органических растворителях, таких как гексан, хлороформ, этанол и ацетон.

Поглощение света: Ксантофиллы демонстрируют сильное поглощение в видимом диапазоне электромагнитного спектра, обычно между 400-500 нм, что обусловливает их яркие цвета и роль в фотосинтезе.

Изомеризация: Ксантофиллы могут существовать в различных геометрических изомерных формах, таких как цис- и транс-изомеры, которые могут влиять на их физико-химические свойства и биологическую активность.

Термическая стабильность: Ксантофиллы обычно стабильны при умеренных температурах, но длительное воздействие высоких температур или света может привести к их разрушению и потере цвета.

Чувствительность к окислению: Как и другие каротиноиды, ксантофиллы подвержены окислению, особенно в присутствии света, кислорода и некоторых прооксидантов, что может привести к образованию продуктов окисления и потере их биологической активности.

B. Источники и происхождение:

Ксантофиллы широко распространены в природе и содержатся в различных растениях, включая фрукты и овощи, такие как кукуруза, шпинат, капуста, апельсины и яичные желтки.

Они также присутствуют в некоторых водорослях, бактериях и грибках.

Одними из самых богатых источников ксантофиллов являются цветы ноготков, которые часто используются для коммерческой добычи этих пигментов.

a. Растительные источники

(1) Зеленые листовые овощи

Ксантофиллы в изобилии содержатся в зеленых листовых овощах, таких как шпинат, кейл, капуста и горчичная зелень.

Преобладающим ксантофиллом в этих источниках является лютеин, а также меньшее количество зеаксантина и неоксантина.

(2) Кукуруза и продукты из нее

Кукуруза и продукты на ее основе, такие как кукурузное масло, кукурузная мука и попкорн, являются богатыми источниками ксантофиллов, в частности лютеина и зеаксантина.

Содержание ксантофиллов может варьироваться в зависимости от сорта, условий выращивания и методов обработки.

(3) Фрукты и овощи

Различные фрукты и овощи содержат разное количество ксантофиллов, в том числе апельсины, перец, помидоры, тыквы, сквош и дыни.

Конкретный профиль ксантофиллов может отличаться: одни источники богаче лютеином, другие содержат больше зеаксантина или других ксантофилловых пигментов.

(4) Яичные желтки

Яичные желтки - отличный источник ксантофиллов, в первую очередь лютеина и зеаксантина, которые откладываются в желтках благодаря рациону кур.

Содержание ксантофиллов в яичных желтках может варьироваться в зависимости от состава корма и породы курицы.

b. Водорослевые и микробные источники

(1) Микроводоросли

Известно, что некоторые виды микроводорослей, такие как Haematococcus pluvialis и Chlorella, производят большое количество ксантофиллов, в частности астаксантина и лютеина.

Эти водорослевые источники часто используются для коммерческого производства ксантофиллов для различных целей.

(2) Бактерии и грибки

Было обнаружено, что некоторые бактерии и грибы производят ксантофилловые пигменты, хотя их коммерческое использование ограничено по сравнению с растительными и водорослевыми источниками.

В качестве примера можно привести бактерию Bradyrhizobium и гриб Xanthophyllomyces dendrorhous, которые могут производить зеаксантин и астаксантин, соответственно.

c. Коммерческие источники

(1) Цветы ноготков

Цветы ноготков (Tagetes erecta) являются одним из основных коммерческих источников для извлечения ксантофиллов, в частности лютеина и зеаксантина.

Живица ноготков, получаемая из лепестков, является богатым источником этих пигментов и широко используется в пищевой промышленности, кормах и добавках.

(2) Паприка и красный перец

Паприка и красный перец (Capsicum annuum) также используются в коммерческих целях для извлечения ксантофилловых пигментов, в первую очередь капсантина и капсорубина.

Эти богатые ксантофиллами экстракты используются в качестве натуральных пищевых красителей и антиоксидантов.

C. Биологические функции

В растениях ксантофиллы играют важнейшую роль в процессе фотосинтеза, участвуя в работе светоулавливающих комплексов и защищая фотосинтетический аппарат от окислительного повреждения.

Они также действуют как антиоксиданты, уничтожая свободные радикалы и защищая клетки от окислительного стресса.

У людей и животных ксантофиллы, такие как лютеин и зеаксантин, важны для здоровья глаз и, как считается, защищают макулу и сетчатку от повреждений, вызванных синим светом и окислительным стрессом.

a. Функция фотосинтеза

Ксантофиллы играют важнейшую роль в процессе фотосинтеза в растениях, водорослях и некоторых фотосинтезирующих бактериях. Они являются компонентами светоулавливающего комплекса (СКУ) мембраны пузырька в хлоропластах и выступают в качестве вспомогательных пигментов наряду с хлорофиллом. Хлорофиллы поглощают световую энергию в синей и зеленой областях видимого спектра, которая затем передается хлорофиллам для запуска фотосинтетической цепи переноса электронов.

Эта светоулавливающая функция ксантофиллов повышает общую эффективность фотосинтеза, особенно в условиях низкой освещенности.

b. Фотозащита

Лютеин является фотопротектором и защищает фотосинтетический аппарат от окислительного повреждения, вызванного избытком световой энергии. В условиях сильного освещения лютеин участвует в ксантофилловом цикле - процессе, который рассеивает избыточную энергию в виде тепла, предотвращая образование реактивных видов кислорода (ROS) и окислительный стресс. Ксантофилловый цикл, включающий в себя взаимопревращения малых ксантофиллов, фломных ксантофиллов и зеаксантина, помогает регулировать поток энергии и защищает фотосинтетический механизм от фотоингибирования и фотоповреждения.

c. Антиоксидантная активность

Лютеин обладает сильными антиоксидантными свойствами, поскольку он гасит реактивные формы кислорода (ROS) и нейтрализует свободные радикалы. Система сопряженных двойных связей и наличие кислородсодержащих функциональных групп в молекулах лютеина позволяют им сжигать и нейтрализовать различные виды реактивного кислорода, такие как моно-линейные виды кислорода, супероксидные радикалы и пероксильные радикалы. Эта антиоксидантная активность помогает защитить клетки и ткани от повреждений, вызванных окислительным стрессом, который связан с различными заболеваниями и процессом старения.

d. Здоровье глаз и зрение

Два специфических пигмента лютеина, лютеин и зеаксантин, особенно важны для здоровья глаз и зрения.

Эти пигменты сосредоточены в макуле - центральной части сетчатки, отвечающей за зрение с высоким разрешением. Лютеин и зеаксантин действуют как фильтры синего света, защищая клетки макулы и сетчатки от окислительного повреждения, вызванного высокоэнергетическим синим светом и ультрафиолетовым излучением. Считается, что они играют определенную роль в снижении риска возрастной макулярной дегенерации (ВМД), которая является основной причиной потери зрения у пожилых людей.

e. Другие потенциальные преимущества для здоровья

Потенциальная польза лютеина для здоровья изучалась в различных областях, включая

Сердечно-сосудистое здоровье: Некоторые исследования показывают, что, уменьшая окислительный стресс и воспаление, лютеин может оказывать защитное действие против сердечно-сосудистых заболеваний.

Когнитивная функция: Предварительные исследования показывают, что лютеин, особенно лютеин и зеаксантин, может оказывать положительное влияние на когнитивные функции и снижать риск возрастного снижения когнитивных способностей.

ПРОФИЛАКТИКА РАКА: Потенциальная роль антиоксидантных и противовоспалительных свойств лютеина в профилактике рака уже изучалась, но необходимы дополнительные исследования в этой области.

D. Приложения

a. Пищевые красители и добавки

Ксантофиллы широко используются в качестве натуральных пищевых красителей, придающих разнообразным продуктам желтые, оранжевые и красные оттенки.

Обычные приложения включают

Молочные продукты (например, сыр, масло, йогурт)

Хлебобулочные изделия (например, хлеб, выпечка, печенье)

Напитки (например, фруктовые соки, безалкогольные напитки, алкогольные напитки)

Кондитерские изделия (например, конфеты, помадка)

Соусы и приправы

Ксантофиллы часто предпочитают синтетическим пищевым красителям из-за их природного происхождения и полезных свойств.

К особым ксантофилловым пигментам, используемым в качестве пищевых красителей, относятся лютеин, зеаксантин, капсаицин и ксантофиллы из шафрана.

b. Кормовые добавки для животных

Ксантофиллы, особенно лютеин и зеаксантин, добавляют в корма для животных, в основном для домашней птицы и аквакультуры.

Эти пигменты усиливают цвет яичных желтков, кожи бройлеров и мяса рыбы, делая их более привлекательными для потребителей. Ксантофиллы в кормах также улучшают репродуктивные показатели и общее состояние здоровья животных. Коммерческие источники ксантофиллов для использования в кормовых добавках включают экстракты ноготков, водорослевые источники (например, гематококк) и синтетические формы.

c. Пищевые добавки и продукты для здоровья

Лютеиновые добавки, особенно содержащие лютеин и зеаксантин, продаются как нутрицевтики благодаря их потенциальной пользе для здоровья глаз и поддержания зрения. Эти добавки часто предназначены для людей, подверженных риску возрастной макулярной дегенерации (ВМД), или для тех, кто стремится сохранить здоровое зрение. Добавки с ксантофиллами также могут продаваться в связи с их антиоксидантными свойствами и потенциальной пользой для сердечно-сосудистого здоровья и когнитивных функций.

d. Косметика и средства личной гигиены

Ксантофиллы используются в различных косметических средствах и средствах личной гигиены благодаря своим красящим и антиоксидантным свойствам.

Их применение включает

Помады, блески для губ и другие средства для губ (можно желтого, оранжевого или красного оттенка)

Средства по уходу за кожей (например, кремы, лосьоны, сыворотки) с антиоксидантными и фотозащитными свойствами

Средства по уходу за волосами (например, шампуни, кондиционеры), улучшающие цвет светлых или белых волос

E. Нормативный статус и безопасность:

Ксантофиллы признаны Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США безопасными (GRAS) для использования в качестве пищевых добавок и красителей.

Они разрешены для использования в различных пищевых и косметических продуктах во многих странах, при условии соблюдения нормативных требований и установленных ограничений.

Ксантофиллы считаются безопасными для человека в пределах рекомендуемых диетических норм, но большие дозы могут вызвать побочные эффекты, такие как каротинодермия (пожелтение кожи).

a. Нормативный статус

(1) Применение в пищевой промышленности и кормах

В США Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств (FDA) считает ксантофиллы безопасными (GRAS) для использования в качестве пищевых добавок и ингредиентов. FDA установило специальные правила и рекомендации по использованию лютеина в продуктах питания, включая максимально допустимые уровни и требования к маркировке. Ксантофиллы также одобрены для использования в качестве кормовых добавок для животных, при этом существуют специальные правила использования для различных видов животных.

(2) Диетические добавки

В США добавки с лютеином регулируются как диетические ингредиенты в соответствии с Законом о диетических добавках для здоровья и образования (DSHEA). Производители добавок с лютеофиллом должны соблюдать требования надлежащей производственной практики (GMP) и маркировки, установленные FDA. В Европейском союзе добавки с лютеином регулируются Директивой о пищевых добавках, которая устанавливает требования к безопасности, качеству и маркировке добавок с лютеином.

(3) Косметика и средства личной гигиены

Использование ксантофиллов в косметике и средствах личной гигиены разрешено в различных юрисдикциях, включая США, ЕС и другие страны. Регулирующие органы, такие как Cosmetic Ingredient Review (CIR) в США и Scientific Committee on Consumer Safety (SCCS) в ЕС, оценивают безопасность ксантофиллов для использования в косметических продуктах и предоставляют рекомендации по их безопасным концентрациям и применению.

b. Безопасность и токсикологические соображения:

(1) Токсичность и побочные эффекты

Общепризнано, что лютеин может безопасно потребляться человеком в пределах рекомендуемого диапазона диетического потребления.

Однако чрезмерное потребление ксантофиллов, особенно из пищевых добавок, может привести к каротиноидному дерматозу - безобидному состоянию, характеризующемуся пожелтением кожи из-за отложения каротиноидных пигментов. Аллергические реакции на ксантофиллы встречаются крайне редко, но у некоторых людей они были зарегистрированы.

(2) Взаимодействие и противопоказания

Ксантофиллы могут взаимодействовать с некоторыми лекарственными средствами, такими как препараты для снижения уровня холестерина (статины) и антикоагулянты (препараты для разжижения крови), возможно, изменяя их всасывание или эффективность.

Лицам с определенными медицинскими заболеваниями (например, заболеваниями печени или почек) перед приемом добавок с ксантофиллом следует проконсультироваться с медицинским работником.

(3) Нормативные ограничения и рекомендации

Регулирующие органы установили предельно допустимые уровни использования лютеина в продуктах питания, кормах для животных и диетических добавках. Эти ограничения основаны на оценках безопасности и риска, проведенных регулирующими органами и научными организациями. Эти ограничения основаны на оценках безопасности и риска, проведенных регулирующими органами и научными организациями.

Производители и составители рецептур должны следовать этим рекомендациям, чтобы обеспечить безопасное использование лютеина в своих продуктах.