β-каротин ( бета -каротин) представляет собой органический ярко окрашенный красно-оранжевый пигмент , распространенный в грибах, [7] растениях и фруктах. Он входит в группу каротинов , которые представляют собой терпеноиды (изопреноиды), синтезированные биохимически из восьми единиц изопрена и, таким образом, имеющие 40 атомов углерода .
Диетический β-каротин представляет собой соединение провитамина А , превращающееся в организме в ретинол (витамин А). [8] В пищевых продуктах его большое содержание содержится в моркови , тыкве , шпинате и сладком картофеле . [8] Он используется в качестве пищевой добавки и может быть назначен для лечения эритропоэтической протопорфирии , наследственного состояния чувствительности к солнечному свету. [9]
β-каротин – наиболее распространенный каротиноид в растениях. [8] При использовании в качестве пищевого красителя он имеет номер E E160a. [10] : 119 Структура была выведена в 1930 году. [11]
Выделение β-каротина из фруктов, богатых каротиноидами, обычно осуществляется с помощью колоночной хроматографии . Его добывают в промышленных масштабах из более богатых источников, таких как водоросли Dunaliella salina . [12] Отделение β-каротина от смеси других каротиноидов основано на полярности соединения. β-каротин является неполярным соединением, поэтому его разделяют неполярным растворителем, например гексаном . [13] Будучи высококонъюгированным , он имеет глубокую окраску и, как углеводород, лишенный функциональных групп, является липофильным .
Растительные каротиноиды являются основным пищевым источником провитамина А во всем мире, при этом β-каротин является самым известным каротиноидом провитамина А. [8] Другие включают α-каротин и β-криптоксантин . [8] Всасывание каротиноидов ограничивается двенадцатиперстной кишкой тонкой кишки . Одна молекула β-каротина может расщепляться кишечным ферментом β,β-каротин-15,15'-монооксигеназой на две молекулы витамина А. [8] [14] [15]
В рамках пищеварительного процесса каротиноиды пищевого происхождения должны быть отделены от растительных клеток и включены в липидсодержащие мицеллы, чтобы стать биодоступными для кишечных энтероцитов . [8] Если он уже экстрагирован (или синтетический), а затем представлен в наполненной маслом капсуле с пищевой добавкой, биодоступность выше, чем в пищевых продуктах. [16]
На клеточной стенке энтероцитов β-каротин поглощается мембранным рецептором белка-переносчика класса B, типа 1 (SCARB1). Абсорбированный β-каротин затем либо включается как таковой в хиломикроны , либо сначала превращается в ретиналь, а затем в ретинол, связанный с ретинол-связывающим белком 2 , прежде чем включаться в хиломикроны. [8] Процесс преобразования состоит из одной молекулы β-каротина, расщепляемой ферментом бета-каротин-15,15'-диоксигеназой , который кодируется геном BCO1, на две молекулы ретиналя. [8] Когда уровень ретинола в плазме находится в нормальном диапазоне, экспрессия генов SCARB1 и BCO1 подавляется, создавая петлю обратной связи, которая подавляет поглощение и преобразование β-каротина. [16]
Большая часть хиломикронов поглощается печенью, затем секретируется в кровь и переупаковывается в липопротеины низкой плотности (ЛПНП). [8] Из этих циркулирующих липопротеинов и хиломикронов, минувших печень, β-каротин попадает в клетки через рецептор SCARB1. Ткани человека различаются по экспрессии SCARB1 и, следовательно, по содержанию β-каротина. Примеры выражены в нг/г, сырая масса: печень=479, легкие=226, простата=163 и кожа=26. [16]
После поглощения клетками периферических тканей поглощенный β-каротин в основном используется в качестве предшественника сетчатки посредством симметричного расщепления ферментом бета-каротин-15,15'-диоксигеназой, который кодируется геном BCO1. [8] Меньшее количество метаболизируется митохондриальным ферментом бета-каротин-9',10'-диоксигеназой, который кодируется геном BCO2. Продуктами этого асимметричного расщепления являются две молекулы бета-ионона и розафлуен. BCO2, по-видимому, участвует в предотвращении чрезмерного накопления каротиноидов; Дефект BCO2 у кур приводит к желтому цвету кожи из-за накопления в подкожном жире. [17] [18]
Для подсчета потребления витамина А с пищей β-каротин можно конвертировать либо с использованием новых эквивалентов активности ретинола (RAE), либо с использованием более старых международных единиц (МЕ). [8]
С 2001 года Институт медицины США использует эквиваленты активности ретинола (RAE) для своих эталонных диетических норм, определяемых следующим образом: [8] [19]
RAE учитывает вариабельную абсорбцию каротиноидов и превращение их в витамин А у человека лучше, чем старый эквивалент ретинола (RE) и заменяет его (1 мкг RE = 1 мкг ретинола, 6 мкг β-каротина или 12 мкг α-каротина или β- криптоксантин). [19] RE был разработан в 1967 году Организацией Объединенных Наций/ Всемирной организацией здравоохранения, Продовольственной и сельскохозяйственной организацией (ФАО/ВОЗ). [20]
Еще одной старой единицей активности витамина А является международная единица (МЕ). [8] Как и эквивалент ретинола, международная единица не учитывает переменную абсорбцию каротиноидов и превращение их в витамин А человеком, а также более современный эквивалент активности ретинола. К сожалению, на этикетках продуктов питания и пищевых добавок по-прежнему обычно указываются МЕ, но МЕ можно преобразовать в более полезный эквивалент активности ретинола следующим образом: [19]
По данным совокупного анализа 500 000 женщин, живущих в США, Канаде и некоторых европейских странах, среднесуточное потребление β-каротина находится в диапазоне 2–7 мг. [21] Бета-каротин содержится во многих продуктах питания и продается в качестве пищевой добавки . [8] β-каротин придает оранжевый цвет многим различным фруктам и овощам. Особенно богатыми источниками являются вьетнамский гак ( Momordica cochinchinensis Spreng.) и сырое пальмовое масло , а также желтые и оранжевые фрукты, такие как дыня , манго , тыква и папайя , а также оранжевые корнеплоды , такие как морковь и сладкий картофель . [8]
Цвет β-каротина маскируется хлорофиллом в зеленолистных овощах, таких как шпинат , капуста , листья сладкого картофеля и листья сладкой тыквы . [8] [22]
Министерство сельского хозяйства США перечисляет продукты с высоким содержанием β-каротина: [23]
Правительственные и неправительственные организации не установили диетическую потребность в β-каротине. [16]
Избыток β-каротина преимущественно хранится в жировых тканях организма. [8] Наиболее распространенным побочным эффектом чрезмерного потребления β-каротина является каротинодермия, физически безвредное состояние, которое проявляется в виде заметного оранжевого оттенка кожи , возникающего в результате отложения каротиноида в самом внешнем слое эпидермиса . [8] [9] [16] [24]
Каротинодермия , также называемая каротинемией, представляет собой доброкачественное и обратимое заболевание, при котором избыток пищевых каротиноидов приводит к оранжевому обесцвечиванию внешнего слоя кожи. [8] Это связано с высоким содержанием β-каротина в крови. Это может произойти через месяц или два употребления продуктов, богатых бета-каротином, таких как морковь, морковный сок, мандариновый сок, манго или, в Африке, красное пальмовое масло. Биологически активные добавки с β-каротином могут оказывать такой же эффект. Изменение цвета распространяется на ладони и подошвы ног, но не на белок глаза , что помогает отличить данное состояние от желтухи . Каротинодермия обратима после прекращения чрезмерного потребления. [25] Было подтверждено, что потребление более 30 мг/день в течение длительного периода времени приводит к каротинемии. [16] [26]
На клеточной стенке энтероцитов β-каротин поглощается мембранным рецептором белка-переносчика класса B, типа 1 (SCARB1). Абсорбированный β-каротин затем либо включается как таковой в хиломикроны, либо сначала превращается в ретиналь, а затем в ретинол, связанный с ретинол-связывающим белком 2 , прежде чем включаться в хиломикроны. Процесс преобразования состоит из одной молекулы β-каротина, расщепляемой ферментом бета-каротин-15,15'-диоксигеназой , который кодируется геном BCO1, на две молекулы ретиналя. Когда ретинол в плазме находится в нормальном диапазоне, экспрессия генов SCARB1 и BCO1 подавляется, создавая петлю обратной связи, которая подавляет абсорбцию и преобразование. Благодаря этим двум механизмам высокое потребление не приведет к гипервитаминозу А. [16]
β-каротин может взаимодействовать с лекарствами, используемыми для снижения уровня холестерина . [8] Их совместный прием может снизить эффективность этих лекарств и считается лишь умеренным взаимодействием. [8] Секвестранты желчных кислот и ингибиторы протонной помпы могут снижать всасывание β-каротина. [27] Употребление алкоголя с β-каротином может снизить его способность превращаться в ретинол и, возможно, привести к гепатотоксичности . [28]
Хронический прием высоких доз β-каротина увеличивает вероятность рака легких у курильщиков . [8] [29] Эффект специфичен для дозы добавки, поскольку у тех, кто подвергается воздействию сигаретного дыма и принимает физиологическую дозу β-каротина (6 мг), не было обнаружено повреждения легких (в отличие от высоких фармакологических доз). 30 мг). Поэтому онкология от β-каротина основана как на сигаретном дыме, так и на высоких суточных дозах β-каротина. [8] [30]
Увеличение заболеваемости раком легких может быть связано с тенденцией β-каротина к окислению [31] и может ускорять окисление больше, чем другие пищевые красители, такие как аннато . Продуктом распада β-каротина, предположительно вызывающим рак при высоких дозах, является транс -β-апо-8'-каротин (обычный апокаротин ), который, как было обнаружено в одном исследовании, обладает мутагенным и генотоксичным действием в клеточных культурах, не реагирующих на β-каротин. -каротин сам. [32]
Кроме того, дополнительные высокие дозы β-каротина могут увеличить риск рака простаты , внутримозгового кровоизлияния , а также сердечно-сосудистой и общей смертности у людей, которые курят сигареты или имеют в анамнезе высокий уровень воздействия асбеста . [8] [9]
β-каротин производится в промышленных масштабах либо путем полного синтеза (см. Ретинол § Промышленный синтез ), либо путем экстракции из биологических источников, таких как овощи, микроводоросли (особенно Dunaliella salina ) и генетически модифицированные микробы. Синтетический путь является дешевым и высокодоходным. [33]
Медицинские авторитеты обычно рекомендуют получать бета-каротин из продуктов питания, а не из пищевых добавок. [8] Метаанализ рандомизированных контролируемых исследований 2013 года пришел к выводу, что прием высоких доз (≥9,6 мг/день) бета-каротина связан с увеличением риска смертности от всех причин на 6% , тогда как низкие дозы (< 9,6 мг/день) добавка не оказывает существенного влияния на смертность. [34] Исследования недостаточны, чтобы определить, необходим ли минимальный уровень потребления бета-каротина для здоровья человека, а также определить, какие проблемы могут возникнуть из-за недостаточного потребления бета-каротина. [35] Однако метаанализ 2018 года, в основном проспективных когортных исследований, показал, что как пищевой, так и циркулирующий бета-каротин связаны с более низким риском смертности от всех причин. Самая высокая категория циркулирующего бета-каротина по сравнению с самой низкой коррелировала со снижением риска смертности от всех причин на 37%, тогда как самая высокая категория потребления бета-каротина с пищей по сравнению с самой низкой была связана со снижением на 18% в риске смертности от всех причин. [36]
Возрастная дегенерация желтого пятна (ВМД) представляет собой ведущую причину необратимой слепоты у пожилых людей. ВМД — это окислительный стресс, заболевание сетчатки, поражающее желтое пятно и вызывающее прогрессирующую потерю центрального зрения. [37] Содержание β-каротина подтверждено в пигментном эпителии сетчатки человека. [16] В обзорах сообщалось о неоднозначных результатах обсервационных исследований: в некоторых сообщалось, что диеты с высоким содержанием β-каротина коррелировали со снижением риска развития ВМД, тогда как в других исследованиях не сообщалось о каких-либо преимуществах. [38] В обзорах сообщалось, что в интервенционных исследованиях с использованием только β-каротина не было никаких изменений в риске развития AMD. [8] [38] [39]
Метаанализ пришел к выводу, что добавление β-каротина, по-видимому, не снижает риск развития рака в целом или конкретных видов рака, включая рак поджелудочной железы, колоректальный рак, простату, грудь, меланому или рак кожи в целом. [8] [40] Высокий уровень β-каротина может увеличить риск рака легких у нынешних и бывших курильщиков. [8] [41] Вероятно, это связано с тем, что бета-каротин нестабилен в легких, подвергшихся воздействию сигаретного дыма, где он образует окисленные метаболиты, которые могут индуцировать ферменты, биоактивирующие канцерогены. [42] Результаты в отношении рака щитовидной железы не ясны. [43]
В Кокрейновском обзоре рассматривались добавки β-каротина, витамина С и витамина Е, независимо и в сочетании, с целью изучения различий в риске развития катаракты , экстракции катаракты, прогрессирования катаракты и замедления потери остроты зрения. Эти исследования не обнаружили никаких доказательств какого-либо защитного действия добавок β-каротина на предотвращение и замедление возрастной катаракты. [44] Второй метаанализ собрал данные исследований, в которых измеряли уровень бета-каротина, полученного из диеты, и сообщил о статистически незначимом 10% снижении риска катаракты. [45]
Высокие дозы β-каротина (до 180 мг в день) могут использоваться для лечения эритропоэтической протопорфирии , редкого наследственного нарушения чувствительности к солнечному свету, без токсических эффектов. [8] [9]
Продукты, богатые картеноидными красителями, при высыхании обесцвечиваются. Это связано с термической деградацией картеноидов, возможно, посредством реакций изомеризации и окисления. [46]