《食品科学》：北京联合大学闫文杰教授等：类胡萝卜素类原料在缓解视觉疲劳保健食品中的应用研究进展

视觉疲劳是指眼睛由于长时间调节屈光，产生干涩、酸胀、视物不清等多种眼部不适感。研究显示，视觉疲劳群体涉及各个年龄段，特别是学生群体、长期的电脑屏幕使用者以及眼部功能出现老化的老年人（图1）。视觉疲劳发生的原因主要有环境、生理以及病理因素。补充适量有益的食物可有效促进眼部的健康并减少视觉疲劳的发生。其中，以叶黄素为代表的类胡萝卜素类原料具有良好的缓解视觉疲劳功能。

北京联合大学生物化学工程学院的段昊、闫文杰*和北京联合大学应用文理学院的松伟等阐述类胡萝卜素类原料在机体内的消化、吸收及代谢的途径，并综述类胡萝卜素类原料在缓解视觉疲劳方面的研究进展。同时，本文还统计分析类胡萝卜素类原料在我国缓解视觉疲劳保健食品中的配伍应用情况，以期为缓解视觉疲劳保健食品的开发提供一定的参考依据和启发。

1 类胡萝卜素概述

自然界中已发现的700多种类胡萝卜素主要来源于动物、植物和微生物。由于机体无法从头合成类胡萝卜素，因此人们必须通过饮食摄入含有这类物质的膳食才能满足自身机体的需求。目前，人类血清中的主要类胡萝卜素有β-胡萝卜素、α-胡萝卜素、番茄红素、叶黄素、玉米黄质和β-隐黄质等，这几种类胡萝卜素主要的生理作用详见图2。其中，β-胡萝卜素、α-胡萝卜素、β-隐黄素属于机体中主要的维生素A原，可经代谢转化为VA。总之，类胡萝卜素在体内主要作为VA前体和抗氧化剂发挥重要的生理作用。

1.1 类胡萝卜素在机体中的消化及吸收

类胡萝卜素通过消化从食物基质中释放，溶解在脂滴中，再进一步与其他膳食脂质共同转移到混合胶束中，形成胶团，随后被输送到小肠刷状缘膜的顶端黏膜表面，最终通过小肠上B类I型清道夫受体（SR-BI）、白细胞分化抗原36（CD36）和尼曼-匹克C1型类似蛋白1（NPC1L1）等蛋白介导，被肠上皮细胞吸收（图3）。在这一过程中，食物基质是决定类胡萝卜素生物利用度的重要因素，通过对食物基质进行热处理等加工，可以改善类胡萝卜素的吸收。其次，肠道食糜中存在的膳食脂肪是影响类胡萝卜素吸收的关键因素。研究表明，在摄入富含类胡萝卜素食物的同时增加膳食脂质的含量，可显著促进类胡萝卜素的吸收，并且共食脂质的种类也是影响类胡萝卜素吸收的重要因素之一。但由于机体摄入食物的多样性，因此，影响这一过程的原因也十分复杂。进入肠上皮细胞内的类胡萝卜素，被包裹于乳糜微粒（CM）中，随后进入淋巴系统输送到肝脏。

1.2 类胡萝卜素在机体中的代谢

类胡萝卜素的代谢分为维生素A原类和非维生素A原类，前者是机体提供VA的重要来源之一。

VA是一类包含视黄醛、视黄醇及视黄酸等不饱和有机化合物的脂溶性维生素，肠道是将类胡萝卜素转化为VA的最重要部位，其代谢途径如图3所示。此外，肝脏、肺和肾脏也可以将类胡萝卜素转化为VA。研究表明，个体之间的差异是影响类胡萝卜素转化效率的重要原因之一。吸收后的类胡萝卜素在机体内主要通过 β -胡萝卜素15,15′-单加氧酶（BCO1）和线粒体 β -胡萝卜素9′,10′-双加氧酶（BCO2）分别以对称及非对称裂解的方式裂解转化部分类胡萝卜素。目前研究认为肠道吸收的类胡萝卜素主要有3 种代谢途径：一是部分维生素A原类胡萝卜素经过BCO1催化转化为视黄醛，在视黄醇结合蛋白II（CRBP-II）参与的过程中，进一步通过视黄醛脱氢酶（RDH）将视黄醛还原为视黄醇。视黄醇再进一步通过卵磷脂视黄醇酰基转移酶（LRAT）转化为视黄醇酯，并包裹于CM中，最后进入淋巴系统循环，用于机体分配，在这一步骤中视黄醛与视黄醇的转化可逆；还有一部分视黄醛转化为视黄酸，在血白蛋白的参与下，形成白蛋白视黄醇复合物，被运输到肝脏中，这一过程是不可逆的。二是还有部分维生素A原类胡萝卜素会在BCO2催化下转化为类胡萝卜素氧化裂解产物（Apocarotenoids）。三是未经降解的类胡萝卜素及膳食脂质也会包裹于CM中用于体内分配。

非维生素A原类胡萝卜素在被肠道吸收后，与膳食脂质共同包裹于CM中。在CM运输过程中，一部分CM会被脂蛋白脂肪酶降解，因此，部分类胡萝卜素会被外周组织吸收，并由此产生CM残余物，通过低密度脂蛋白受体被肝脏吸收。而进入肝脏后，部分类胡萝卜素会被储存起来，还有一部分类胡萝卜素会被各种脂蛋白携带进入血液循环，如极低密度脂蛋白（VLDL）、低密度脂蛋白（LDL）、高密度脂蛋白（HDL）。其他未被吸收的类胡萝卜素则会被机体直接排出体外。研究显示，在禁食状态下，血浆中50%以上的类胡萝卜素是通过LDL运输，30%以上则是通过HDL运输，而剩余部分则是通过VLDL完成运输。在这一过程中，参与转运的蛋白质，如载脂蛋白B、载脂蛋白A-IV是间接影响血浆中类胡萝卜素含量的重要因素。

2 类胡萝卜素原料在缓解视觉疲劳方面的研究进展

2.1 类胡萝卜素原料在缓解视觉疲劳保健食品中应用的合规性依据

目前，可用于缓解视觉疲劳保健食品的类胡萝卜素原料有β-胡萝卜素、叶黄素、叶黄素酯、玉米黄质、番茄红素（主要成分为β-胡萝卜素）、盐藻及其提取物、雨生红球藻（主要成分为虾青素），各原料使用限量及使用依据见表1。

2.2 类胡萝卜素类原料缓解视觉疲劳的作用机制

研究显示，视觉疲劳产生的原因主要是视网膜上产生的氧化应激损伤、炎症损伤、视细胞衰老以及眼部所需营养因子不足所导致。因此，缓解视觉疲劳的关键是保护视网膜的健康。类胡萝卜素作为滤光器以及视觉发色团的前体物质，对于维持正常的视觉功能具有十分重要作用。据报道，类胡萝卜素可吸收的可见光波长为400～500 nm，使其能够有效保护视网膜以及晶状体免受光暴露引起的光损伤。同时，类胡萝卜素这类天然抗氧化剂，可有效淬灭复杂生理反应产生的自由基，从而发挥保护眼睛免受氧化应激、炎症损伤、细胞凋亡等不利影响。类胡萝卜素类原料缓解视觉疲劳的作用机制如表2所示。

2.2.1 改善氧化应激损伤

视网膜需氧量极高，因而也更容易遭受活性氧（ROS）的攻击，大量过氧化物及ROS的累积诱发了视网膜的氧化应激损伤，加剧视觉疲劳的发生。

据报道，叶黄素可淬灭单线态氧及自由基，从而有效抑制视网膜中的脂质过氧化物过量生成。并且口服叶黄素还可以提高小鼠眼中的抗氧化成分VC以及谷胱甘肽（GSH）水平。研究显示，每日食用10 mg叶黄素可有效缓解视觉疲劳人群视物模糊、眼干涩、眼胀、眼痛、畏光等症状。此外，细胞实验结果显示，叶黄素和番茄红素可以通过减少细胞内外ROS的产生，有效降低氧化应激引起的人视网膜上皮细胞ARPE-19细胞死亡，表明叶黄素及番茄红素对氧化应激诱导的细胞损伤具有明显的保护作用。

玉米黄质为叶黄素的同分异构体，通过补充玉米黄质可有效保护视网膜色素上皮细胞（RPE）免受线粒体氧化应激引起的损伤，抑制视网膜脂质过氧化物过量生成。通过给予视网膜受损小鼠为期20 d 10 mg/（kg m b ·d）剂量的叶黄素和玉米黄质组合物，可有效改善小鼠的视杆细胞、视锥细胞以及光感受器的功能。而β-胡萝卜素则可以显著抑制黄嘌呤氧化酶引起的脂质过氧化。研究显示，含有β-胡萝卜素的巧克力食品可有效缓解视觉疲劳人群的眼部不适感，并能改善视觉疲劳引起的主观注意力和记忆力减退等状况。

类胡萝卜素中的虾青素主要来源于雨生红球藻及虾类等生物，它具有较强的抗氧化活性，这是因为它能够结合并跨越细胞膜，中和细胞膜疏水和亲水边界的自由基，发挥强大的抗氧化作用，进而保护视网膜免受氧化应激引起的损伤。据报道，视网膜神经节细胞（RGC）受损会产生多种应激损伤，影响视网膜正常功能。Nakajima等通过体内外实验评价了虾青素对视网膜氧化应激损伤的保护作用，结果显示虾青素可有效抑制RGC-5细胞中自由基生成；在体内实验中，小鼠口服100 mg/kg m b 虾青素可有效减轻N-甲基-D-天冬氨酸引起的视网膜损伤，并显著降低脂质过氧化和DNA氧化损伤标志物的表达量，表明虾青素在体外和体内对视网膜损伤具有显著的神经保护作用，这可能与其强抗氧化作用有关。并且，虾青素对光感受器细胞具有剂量依赖性的保护作用，可通过清除自由基和激活磷脂酰肌醇激酶/蛋白激酶B/核因子E2相关因子2途径，显著防护蓝光LED照射引起的视网膜损伤。

以上研究表明，叶黄素、玉米黄质、β-胡萝卜素、番茄红素及虾青素均具有较强的抗氧化作用，并能通过清除自由基、抑制过氧化物及ROS过量堆积等作用，保护视网膜RPE、RGC细胞免受氧化应激损伤，有效减轻或修复氧化应激引起的视网膜损伤。

2.2.2 改善炎症损伤

ROS易氧化视网膜上的多不饱和脂肪酸，产生大量脂质过氧化，促使活性醛类成分大量生成，并进一步与细胞内蛋白质及DNA结合，触发细胞炎症和细胞凋亡反应，引起视觉疲劳。其次，视网膜受光暴露产生光氧化损伤后，促使核因子-κB（NF-κB）信号通路被激活，单核细胞趋化蛋白-1、白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-1β（IL-1β）等促炎症因子表达水平也随之增高，引起炎症损伤，也导致氧化损伤进一步加深。而研究发现，通过膳食补充叶黄素可有效缓解炎症反应，并抑制TNF-α、IL-6和IL-8等炎性因子的生成。动物实验也证实叶黄素和虾青素均可通过减少氧化应激、增加抗氧化酶活性、抑制NF-κB活性以及减少下游炎症介质的表达，从而抑制高糖引起的视网膜受损。同时，叶黄素还可通过减少视网膜Müller细胞的反应性胶质增生，有效发挥抗炎活性，进而延缓光感受器退化。此外，叶黄素还能显著抑制光暴露下大鼠血清中C反应蛋白、TNF-α和IL-6等炎性因子水平的升高，表明叶黄素可通过降低炎症损伤及促炎因子水平改善光损伤引起的视网膜损伤。

以上研究表明，叶黄素对光诱导及高糖诱导的视网膜损伤具有较好的抗炎作用，并能通过抑制NF-κB活性、减少炎性因子分泌的途径缓解视网膜损伤。

2.2.3 缓解视细胞衰老

随着年龄的衰老，RPE活力也随之下降，RPE的衰老容易引起黄斑色素光学密度（MPOD）降低，诱发黄斑受损，影响正常视力，产生视觉疲劳。叶黄素及其异构体玉米黄质是唯一在视网膜黄斑上被检测到的膳食类胡萝卜素，两者占人类血清中类胡萝卜素总量的20%～30%，占人类视网膜中类胡萝卜素总量的80%～90%。同时，叶黄素和玉米黄质作为黄斑色素的一部分，可有效过滤短波长光，防止光感受器受损，具有显著保护黄斑，促进视觉的功能。临床研究显示，1 176 名年龄性黄斑变性（AMD）患者通过饮食补充叶黄素和玉米黄质可显著改善其视觉功能。另一项长期饮食干预研究发现，对112 名AMD患者进行为期2 a的叶黄素和玉米黄质的饮食干预后，受试人群眼部黄斑色素水平及MPOD提升，视网膜衰老引起的不利影响得到改善。这些研究显示叶黄素及玉米黄质对黄斑的保护作用，同时通过膳食补充眼部所需的营养因子，可以有效促进黄斑色素的含量升高，缓解衰老引起的黄斑及视网膜损伤。

3 类胡萝卜素类原料在缓解视觉疲劳保健食品中的配伍关联性研究

3.1 数据来源

本研究数据来源于国家市场监督管理总局特殊食品信息查询平台（http://ypzsx.gsxt.gov.cn/specialfood/#/food）。数据选取2023年3月之前所收载产品。本次数据仅对首次申报产品进行统计，已剔除变更、延续及再注册产品。

3.2 数据筛选

对原料名称进行统一规范，如“叶黄素粉”“叶黄素”“叶黄素酯”等统一规范为“叶黄素（酯）”；“越橘”“欧洲越橘”“越桔”等统一规范为“越橘”；“葡萄糖酸锌”“柠檬酸锌”“乳酸锌”统一规范为“锌类矿物质”；“富硒酵母”“硒化卡拉胶”统一规范为“硒类矿物质”；“VB 1 ”“VB 2 ”“VB 12 ”统一规范为“B族维生素”。

3.3 数据处理

将原料数据全部输入Excel数据库中，使用SPSS Modeler 18.0软件对录入的数据进行统计、分析。得到各原料的使用频次，各原料之间互相配伍情况的网络图。其次，使用关联规则Apriori算法对原料进行关联度分析。

3.4 结果与结论

3.4.1 使用频数情况分析

截止到2023年3月，我国共批准缓解视觉疲劳产品共计190 个，其中，使用频次≥10的原料共计15 种，各原料具体使用频次见表3。

据统计数据显示，已获批含有类胡萝卜素类原料的缓解视觉疲劳保健食品共计109 个，其中叶黄素（酯）、玉米黄质、β-胡萝卜素、番茄红素、雨生红球藻、盐藻使用频数分别为92、2、35、1、1、4个。同时，这109 个产品涉及的配伍原料共计53 种。对各原料使用频数≥3的原料进行分析，共筛选出14 种原料，其中植物类原料共计8 种，营养素类原料共计6 种。具体种类、频数及占比见表4。

由表4可知，越橘和锌类矿物质等原料是类胡萝卜素类原料的常用配伍原料。越橘中的主要活性成分花青素可通过抗氧化、抗炎和抗凋亡机制缓解并保护可见光诱导的视网膜损伤。锌是机体中多种酶的催化因子，具有维持蛋白质结构及稳定性的重要作用，它在眼部含量最高的部位是RPE，是视网膜所必需的矿物质。因此，两者对于眼部的健康具有十分重要的作用。

3.4.2 原料配伍网络分析图

为阐述配方所用原料之间的配伍关联性，对配方中使用频数≥3的原料进行关联网络分析。连接的线条颜色越深表明二者的关联性越强，由图4可知，叶黄素（酯）与锌类矿物质、叶黄素（酯）与越橘、β-胡萝卜素与VA、β-胡萝卜素与VC、β-胡萝卜素与牛磺酸、雨生红球藻与越橘、盐藻与越橘、玉米黄质与越橘等二阶原料关联度较高。

3.4.3 原料关联度分析

利用SPSS Modeler18.0软件建模，设置最低支持度为15%（反映规则的普遍性），设置置信度≥75%（反映规则的可靠性），设置最大前向数为5，增益≥1（反映相关性的强弱，通常≥1时具有统计学意义）为条件，进一步分析含类胡萝卜素原料的缓解视觉疲劳产品中原料配伍的关系，分析结果见表5。可以看出类胡萝卜素类原料常用配伍包括1）叶黄素（酯）、锌类矿物质；2）叶黄素（酯）、VC；3）叶黄素（酯）、越橘；4）叶黄素（酯）、VA；5）叶黄素（酯）、锌类矿物质、越橘这5 种配伍组合。

3.4.4 类胡萝卜素类原料的配伍量效关系分析

目前，类胡萝卜素类原料应用于缓解视觉疲劳保健食品市场较多，且消费者认可度较高。产品组方多以多种类胡萝卜素配伍其他植物提取物组成。例如，以叶黄素3.04 mg/d、花青素20 mg/d、β-胡萝卜素6 mg/d为组方原料制成软胶囊，给予视觉疲劳人群为期60 d的干预后，能显著改善视觉疲劳人群眼酸痛、眼胀、畏光、视物模糊、眼干涩、异物感、流泪和全身不适这8 种指标中3 种以上的不适症状；实验组试食前后的视明持久度显著提升11.32%，并且该产品食用期间并未出现安全性隐患。以越橘提取物0.14 g/d、叶黄素微粒0.10 g/d、VC 0.06 g/d、葡萄糖酸锌0.056 g/d、维生素A醋酸脂干粉0.003 6 g/d、β-胡萝卜素0.003 g/d为组方原料形成的产品，可显著提高试食者视明持久度。除此之外，还有以叶黄素酯配伍枸杞提取物、菊花提取物和牛磺酸；以叶黄素配伍蓝莓粉、越橘浓缩粉和维矿预混料；叶黄素微粒配伍欧洲越橘提取物、蓝莓果汁粉等组方产品均表现出良好的辅助改善视觉疲劳的功效。总之，类胡萝卜素类原料缓解视觉疲劳的功效是明确的，这些产品使用的类胡萝卜素原料剂量范围均在法规推荐的范围内。但不同的配伍原料和配比均是影响缓解视觉疲劳功效的关键因素。因此，在今后的研究中可以通过正交试验的设计和扩大试食人群等多维度评价的方式进行深入研究。

4 结 语

4.1 重视类胡萝卜素类原料对眼部重要生理意义的基础研究

眼球作为需氧量极高的器官，容易遭受ROS攻击，因而易产生氧化损伤。同时，眼部暴露在空气中对于外界光刺激也十分敏感。而类胡萝卜素作为机体必需通过饮食途径获取的天然抗氧化剂，能够有效缓解眼部的氧化应激损伤。其次，类胡萝卜素作为VA的重要来源，其对于维护正常的视觉功能以及维持眼部所需营养的供应具有十分重要的作用。因此，掌握类胡萝卜素在机体中的吸收、转运及代谢产生VA的规律，有助于科研者更加充分的研究如何提高类胡萝卜素在机体中的生物利用度及向VA的转化率，从而充分发挥膳食类胡萝卜素在缓解视觉疲劳中的健康干预作用。

4.2 加强类胡萝卜素类原料在缓解视觉疲劳保健食品中的配伍研究

通过对缓解视觉疲劳保健食品的数据统计分析发现，我国缓解视觉疲劳保健食品配方配伍所用类胡萝卜素原料主要集中在叶黄素（酯）和β-胡萝卜素，对于其他原料玉米黄质、番茄红素、虾青素（主要来源于雨生红球藻）等使用较少，其原因可能是因为玉米黄质、雨生红球藻是分别在2017年及2010年才能作为新食品原料合规使用，在此之前企业均无法使用两者作为缓解视觉疲劳保健食品配伍的原料；番茄红素应用数量较少的原因则可能是缓解视觉疲劳功能的作用机制研究还不够充分所导致。其次，由于政策等原因造成保健食品申报受到影响，近几年用这类原料配伍缓解视觉疲劳保健食品申报还没有获批。近期研究显示，叶黄素与玉米黄质互为同分异构体，均是视网膜中重要且唯一聚集在黄斑的重要色素，对于光感受器及视觉的保护具有十分重要的意义。虾青素、番茄红素则均具有显著的抗氧化活性，能够缓解眼部产生的各种氧化应激损伤。因此，建议在今后的缓解视觉疲劳保健食品的配方配伍研究中，可以加大对这些原料的配伍研究，如量效关系、主要原料及次要原料的设计等，从而最大化发挥出类胡萝卜素类原料在缓解视觉疲劳保健食品中的作用。

本文《 类胡萝卜素类原料在缓解视觉疲劳保健食品中的应用研究进展》来源于《食品科学》2024年45卷6期317-325页. 作者：段昊，松伟，王峰，闫文杰. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230321-213. 点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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