类胡萝卜素是一种自然界存在的天然色素，也是蛋鸡生产中重要的饲用添加剂。迄今为止自然界中已经鉴定出超过600种类胡萝卜素，而通过摄食接触的只有40种左右。类胡萝卜素是优秀的抗氧化剂，具有多种生物学功能，是一种很有潜力的功能性饲用添加剂。本文介绍了类胡萝卜素的分类、理化性质以及生物学特性，以及生产上的制备工艺，并对类胡萝卜素在蛋鸡生产上的研究进行了总结和展望，旨在为类胡萝卜素在蛋鸡生产中的新功能的进一步研究和生产上的应用提供参考和思路。

　　1 类胡萝卜素的分类和理化性质

　　1.1 类胡萝卜素的分类

　　类胡萝卜素是一种外观呈黄色、橙红色、红色的天然的色素，广泛分布于自然界中。天然的类胡萝卜素由植物和微生物合成，广泛存在于植物和藻类等光合生物的叶绿体和染色质中。动物没有合成类胡萝卜素的能力，但可以通过食物摄食获得并在体内存积。类胡萝卜素是一种亲脂性四萜化合物。目前已知的类胡萝卜素高达上百种，根据其化学构成可分为两个亚型:β-胡萝卜素(分子式:C40H56)、番茄红素(分子式:C40H56)等由纯碳氢构成的化合物被称为胡萝卜素;而叶黄素(分子式:C40H56O2)、玉米黄质(分子式:C40H56O2)、角黄素(分子式:C40H52O2)等具有的含氧官能团的被称为类胡萝卜素含氧衍生物。

　　1.2 类胡萝卜素的理化性质

　　类胡萝卜素是亲脂性的疏水分子，不溶于水但可溶于有机溶剂，溶解度受温度影响，温度越高溶解度越高。在非极性介质中，类胡萝卜素以单分子的形式存在，而在极性介质中，类胡萝卜分子在氢键范德华力的作用下易以聚集体的形式存在，使得类胡萝卜素在不同类型的溶剂中颜色不同，这也是类胡萝卜素在有机介质中比在极性溶剂中吸收率高的原因。类胡萝卜素的亲脂性受含氧官能团数量影响，含氧官能团数量越多亲脂性越差。大部分的类胡萝卜素是由8个异戊二烯单元聚合而来的四萜色素。由于碳碳单键(C-Cbonds)周围存在异构，类胡萝卜素可能出现顺式异构和反式异构，顺式结构更容易溶解吸收和运输，拥有不同的分子几何形状。反式异构更耐热，在自然界中更普遍，是线性和刚性分子。类胡萝卜素含有的共轭双键的数量决定了类胡萝卜素的颜色，随着共轭双键的增加颜色会更加趋近于红色。共轭多烯生色团则让胡萝卜素能拥有巨大摩尔吸光系数，而共轭多烯链中的双键结构让其具备直接淬灭高活性单线态氧的能力，这也造成类胡萝卜素的化学性质不稳定，保存时应注意光照、温度、含氧等因素。

　　2 类胡萝卜素的生物学功能

　　2.1提高机体抗氧化能力

　　生物体内的自由基存在动态平衡，但当自由基积累过多平衡被打破时，自由基就会对细胞膜和细胞质中的蛋白质、糖类、DNA进行攻击，造成组织的氧化损伤。类胡萝卜素可以抑制或下调由活性氧自由基(ROS)引起的氧化应激，以及机体在应对环境应激时产生的不稳定化合物。研究表明，类胡萝卜素中的虾青素抗氧化能力是维生素E的110倍。虾青素可以保护人类淋巴细胞和中性粒细胞免受某些白血球的氧化应激，且不会降低白血球的杀伤作用。类胡萝卜素通过三个步骤清除自由基:首先通过氧化还原反应对自由基进行电子转移;其次抽氢反应使自由基获得氢;最后通过加成反应清除自由基。

需要注意的是类胡萝卜素可以形成中性自由基。例如，β-胡萝卜素在较低浓度下起到抗氧化作用，但在较高浓度下显示出促氧化特性。类胡萝卜素能防止脂质过氧化，研究表明饲料中添加75mg/kg虾青素能够提高鲑鱼肝脏的抗氧化防御，抗氧化功能保护细胞免受反应性自由基的伤害。此外，类胡萝卜素能够改善细胞膜的流动性，对细胞膜的完整性起到促进作用。Shi等研究发现胡萝卜素和番茄红素单独使用时，分别将过氧化水平降低至51%和25%。当β-胡萝卜素和番茄红素形成混合物使用时，过氧化水平降低到21%。叶黄素和番茄红素分别将过氧化水平降低到77%和25%，而混合物将过氧化降低到16%。表明当类胡萝卜素形成混合物时，其抗氧化能力优于单一类胡萝卜素，类胡萝卜在抗氧化功能上存在协同作用。

　　2.2增强免疫功能

　　研究表明，类胡萝卜素可以通过促进淋巴细胞增殖、调节细胞因子释放、增强免疫细胞吞噬和杀灭病原菌从而增强机体的免疫功能。虾青素是一种具有含氧官能团的类胡萝卜素，可通过降低超氧阴离子、过氧化氢、白介素6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)细胞因子水平，提高中性粒细胞的吞噬和杀灭微生物能力，并通过增强T细胞的增殖来调节机体适应性免疫。虾青素增强了小鼠的细胞毒性T淋巴细胞(CytotoxicTlymphocyte)的活性，并缓解了应激诱导的自然杀伤细胞活性抑制。在体外试验中，虾青素刺激小鼠脾细胞和胸腺细胞的细胞增殖。虾青素处理的人类细胞在实验室水平上呈现免疫蛋白生成增强。在临床试验中，8周的虾青素摄入刺激了有丝分裂原诱导的淋巴细胞增殖，增加自然杀伤细胞的细胞毒性活性，增加总T细胞和B细胞亚群，降低了急性蛋白并增强了机体免疫反应。叶黄素促进核因子E2相关因子2(Nrf2)活化和Nrf2靶向的血红素氧合酶1(HO-1)、醌氧化还原酶1(NQO1)、谷胱甘肽巯基转移酶(GST)、SOD、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶抗氧化基因的表达，降低了活性氧水平，从而减少由ROS所引发的炎症反应。在脂肪细胞分化的早期阶段，叶黄素减少脂滴的形成并下调增强子结合蛋白α(CEBP-α)和氧化物酶体活化增殖受体γ(PPAR-γ)，从而抑制肥胖相关炎症。在小鼠上，叶黄素通过增加Nrf2信号相关的NQO1、HO-1和GST抗氧化酶的水平，减少ROS和丙二醛，从而减轻砷对肝的损伤。

　　2.3改善视觉功能

　　同时，类胡萝卜素中的胡萝卜素是体内维生素A的来源之一，动物可以将摄食的胡萝卜素转化为维生素A，维生素A与视觉和生长密切相关。人通过消耗维生素A合成视紫红质来维持视觉。玉米黄质和叶黄素被称为黄斑色素，大量存在于于人眼黄斑区中央凹处。这些黄斑色素能够帮助吸收大量蓝光以减少高能光对眼睛的损伤，并通过高抗氧化性对减少黄斑区的氧化应激。

　　3 类胡萝卜素的制备工艺

　　类胡萝卜素广泛存在于动植物体中，通过从富含类胡萝卜素的天然物中人工提取是获得类胡萝卜素的有效途径之一。万寿菊是用于提取叶黄素的主流作物。叶黄素以酯的形式存在于万寿菊的花瓣中，利用类胡萝卜素易溶于有机溶剂的原理，使用正己烷、石油醚、乙醇等有机溶剂对叶黄素进行直接提取。萃取后再经过皂化和重结晶获得叶黄素产品。也有通过超临界流体技术、超声波和微波辅助、酶介质处理，对花瓣中的叶黄素酯进行萃取的方法，但生产上使用的不多。正己烷溶剂浸提技术生产是叶黄素天然物提取的常规生产方法。例如用万寿菊油树脂溶于乙酸乙酯后用正己烷-乙酸乙酯进行解析，并浓缩后得到叶黄素酯浸膏，再经过醇碱液抗氧化剂在通入二氧化碳的反应釜中皂化，将皂化产物稀释静置过滤得到粗品叶黄素晶体，再经过重结晶获得产品(公开号CN110590629B)。番茄及其附属产物是番茄红素的来源，提取方法与叶黄素的提取方法相近，例如使用番茄打碎用乙酸乙酯混合并均质过滤提取(专利号CN103160140A)。目前国际上有利用食用油作为萃取剂的研究方向，使得类胡萝卜素的提取变得更加绿色安全。虾青素的天然来源主要来自于微生物和甲壳动物加工下脚料，提取以传统的有机溶剂提取为主。但目前有脉冲电场、液体加压、超临界流体、亚临界流体、微波、超声波和高压均质这几个技术方向，由于市场上9成以上的虾青素都来源于人工合成，所以虾青素的天然提取新方法大多停留在实验室阶段。近几年随着对合成虾青素随食物链对人类健康安全影响的担忧，对天然虾青素的需求越来越大，天然虾青素的提取拥有广阔的前景。