Astaxanthin

BioAstin

Astaxanthin (Ax) is one of carotenoid with red color containing in salmon, salmon roe, shrimp and algae.

Ax have the strongest power to remove active oxygen.

We conducted the joint-study with several universities to confirm the effectiveness for health, and base on the study we not only sell for ingredients, and but also manufacturing the supplement and cosmetics formulated Ax.


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アスタキサンチンとサケ

サケは産卵のためにあの激流に逆らって、1日におよそ10数kmもの距離を紫外線を浴びながら遡上する。そして、過酷な運動に耐えたのち、なお一度に3,000~4,000個の卵を産み落とすと言われている。

必然、身体・筋肉は激しい運動や紫外線によって酸素ラジカルの連続的な攻撃に晒され、強度の疲労と障害が生じるはずである。

ところが、サケの耐久力は我々の想像を遥かに越えているようだ。 サケの筋肉内には活性酸素によるダメージを素早く回復する、つまり酸素を有効に効率的に利用する仕組みが体内で働いているに違いない。筋肉の赤味を帯びたオレンジ色は、どのような機能を持った色素なのであろうか。これから解説していくことにします。

身近にあるアスタキサンチン

アスタキサンチンは我々の生活の中に身近に目にすることができる。サケの筋肉、サーモンピンクやエビの甲殻に見られる赤い色素がアスタキサンチンそのものである。しかしサケやエビは自らの体内でアスタキサンチンを合成することはできない。魚介類においては主に藻やプランクトンが造るアスタキサンチンを食餌することによって体内に蓄積され赤味を呈するのである。

エビ、カニの甲殻類においてはしばしばアスタキサンチンはタンパクと結合して存在するため通常は黒ずんで見えるが一旦加熱するとタンパクは変性し、アスタキサンチン本来の色が現れる。また逆にマグロのように赤味の魚が加熱により白っぽく変化する場合があるが、これはミオグロビンと呼ばれるヘモグロビンと類似した、酸素を貯蔵するヘムタンパクである。自然界に広がるアスタキサンチンを含む生物とその含有量を表に示した。

含有量(mg/kg)
Sockeye Salmom 30~58
Coho 〃 9~28
Pink 〃 3~7
Chum 〃 1~8
Chinook King 〃 1~22
Atlantic 〃 5~7
ファフィア酵母* 2000~8000
ヘマトコッカス藻* 10000~25000

*アスタキサンチンを自己合成する生物

釜揚げ桜えび 1.47mg/100g
くるまえび 2.8mg/100g
くるまえび 0.40kg/100g

その他:イクラ、スジコ、エビ、ザリガニ、オキアミ、タイ、キンメダイ、サケ、マス、金魚、ニシキゴイ、ラビンチュラ*(海洋性真核微生物)

静岡県環境衛生化学研究所調べ

アスタキサンチンとカロテノイド

図1 抗酸化に働くカロテノイド及びビタミン

アスタキサンチンとカロテノイド自然界には際立った色彩を放つ生物が多く見られる。

トマト、パプリカ、ニンジン、熱帯魚、フラミンゴ等はカロテノイドと呼ばれる特有の化学構造(図1)を持った、脂溶性の色素によって色付けられている。

黄橙、赤または紫色を呈すカロテノイドは天然に約700種存在すると見られ 、多くの高等植物、一部の植物プランクトンと藻類、真菌及び細菌類によって造られる。自ら合成することが出来ない動物においては藻やプランクトンなどを摂取することによって体内に蓄える。フラミンゴはβ-カロテン、ゼアキサンチンで羽毛をピンクに染め、魚介類の多くはアスタキサンチンを主とし、ツナキサンチンやルテインなども呈色の基となっている。光合成を営む植物はカロテノイドを自ら合成し、それは集光性色素として光エネルギーをクロロフィルに伝達する補助的役割を担う。

一方では光合成に伴って生じる活性酸素の除去に働き、光、酸素による膜の破壊を防御するなど、極めて重要な役割を果たしている。さらに微生物においては走行性に関与する。カロテノイドは炭素数40(時にC30、C35、50)を基本として分子内にイソプレン

CH3

(CH2=C-CH=CH2)n

を縮合した高度な共役二重結合鎖を構成し、分子の端末にイオノン環を持つ特徴ある構造をしている。カロテノイドは構造式上、炭化水素のみで構成されるカロテン類と、末端残基に酸素(O)元素を含んだキサントフィル類に二分され共役系の構造や末端構造が少しずつ異なることによって色調や生物活性に大きな特徴を生み出している。(図1)

カロテノイドを含有する動植物
主なカロテノイド



α、β、γ、δ-カロテン 人参、カボチャ、さつまいも、ほうれん草などの緑黄色野菜、
オレンジ、パーム油、卵黄
黄橙色
リコペン トマト、すいか 赤色







アスタキサンチン サケ、マスの身、カニ、エビの殻 赤色
ツナキサンチン はまち、イクラなどの体表部分 赤色
フコキサンチン こんぶ、わかめなどの渇藻類 赤色
カンタキサンチン みかん、マッシュルーム、サケ、マス 赤色
カプサンチン カプサンチン 赤色
ゼアキサンチン とうもろこし、オレンジ、カボチャ、ほうれん草、卵黄、肝臓 黄橙色
ルテイン 緑黄色野菜 黄橙色
クリプトキサンチン カキ、トウモロコシ、オレンジ、卵黄 黄橙色

ビタミンAとカロテノイド

α、β、γ-カロテン、β-クリプトキサンチン、エキネノンなどを代表例とするレチニリデン残基を有するカロテノイドは小腸粘膜上皮細胞あるいは肝臓で代謝されてビタミンAに変化する(プロビタミンA活性)。アスタキサンチンは魚類においてビタミンAに変換されているという報告がある。1,2)さらに、カロテノイドおよびビタミンA欠乏食で飼育したラットの肝臓中にレチノールを認めている。3)しかし、人においては明らかにされていない。

生物の進化と活性酸素

およそ35億年前、地球上に現れた藍色単細胞 Cyanobacteria(Spirulinaはその一種)によって初めて大気中に酸素が放出され始めた。酸素の蓄積はやがて地球上に好気的な有核生物の出現を招き、以後、生物は長い進化の道をたどることになる。しかし、酸素は生命の維持に不可欠な必須性と同時に生体成分に酸化障害を与えてきた。
光合成を営む植物が数多く増えてくると、大気中の酸素濃度はさらに高まっていった。

生物の進化は、酸素濃度から身を守る(酸素毒性を消去する)機能を獲得することでもあり、その機能を備えた生物のみが生存に耐えてきた。
生命を保ちつづけるため酸素を必須とするわれわれにとって、酸素はまた疾病を招き、老化や寿命に悪影響を与える重要な要因ともなってきていることが多くの研究で分かってきた。

アスタキサンチンの商業生産

ヘマトコッカス藻の合理的培養技術の確立

アスタキサンチンに関する様々な研究は主として1980年代に入ってからである。それにはオキアミ抽出のものが使われていた。しかし、アスタキサンチンが単なる色素ではなく、健康の維持増進や代替医療にまで広く貢献できる大きな期待があったにもかかわらず市場への参入をさまたげていたのは生産コストの高いことと独特な臭いであった。それを可能にしたのがヘマトコッカス藻(H藻)の合理的培養技術の確立であった。衛生的にしかも大量、低コストを可能とする商業的な生産が行えるようになってようやくアスタキサンチンはひのき舞台へのぼることとなった。

アスタキサンチンの場合、他のカロテノイドと比べ生合成をする生物は多く存在しない(前項参照)。現在、アスタキサンチンの生産のためにはファフィア酵母、オキアミ(プランクトン摂取により体内に蓄積されたもの)から製したものに比べ、ヘマトコッカス藻由来によるものが圧倒的に主流となっている。

ハワイ島の独特の自然環境は藻類の培養にも最も適していると言えるであろう。
サイアノテック社はハワイ島西側の海岸地帯に豊富な太陽光と気温の恵み、岩盤を透過した水の使用、清浄な空気、等あらゆる条件で藻を育成する環境に恵まれているため、閉鎖式と屋外流路式を併用した循環装置を両立させることができ、高品質、低コスト化を実現した。

アスタキサンチンは藻体から溶媒を使わず、完全な超臨界ガスのみによって抽出され、現在オイル状の製品(アスタキサンチンとして7%~10%含有)が国内に輸入されている。更に35%前後を含有したオイルを原料に国内で粉末タイプ(2%含有)、透明水溶液タイプ(1%含有)、水分散タイプ(0.15%含有)に加工し各種の用途に供給されている。
本品はU.S.FDA及びCanadian Food Inspection Agencyに登録されている分析法によって適格に行われ、製品各々の含有量はフリー体(非エステル体)としての数値を表示しています。

アスタキサンチン生産に主として使われている種

緑 藻(Chlorophyata)
緑藻類(Chlorophyceae)
クラミドモナス目(Chlamydomonadales)
(和:コナミドリムシ目)
ヘマトコッカス(Haematococcaceae)
ヘマトコッカス(Haematococcus)
Volvocales:ボルボクス目
(和:オオヒゲマワリ目)に分類する場合もある。

体内で働く抗酸化物質と活性酸素消去作用

生成する活性酸素に対応するための自然防御機構として、生体はSODやカタラーゼ等、数種の酵素あるいはラクトフェリン、セルロプラスミン等のタンパク質を自ら合成しラジカルの発生を消去している。

しかし、ストレス、環境汚染や化学品を含む食品などによる現代生活の中では、ラジカル生成量が増し、体内で自然形成される抗酸化物質だけでは対応しきれない状況が生れる。その場合、他の抗酸化物質で、ラジカルの連鎖反応を遮断しなければならない。その主要な物質としてビタミンE、カロテノイド、ビタミンC、ポリフェノールなどが列挙されるが、これら天然の抗酸化物質はほとんど植物に由来すると考えてよい。

植物はクロロフィルによって光合成を営み、その過程で活性酸素が発生することが知られており、その場合、ビタミンEやカロテノイドは光や酸素によって膜の破壊を防御する役割を果たしている。植物は自己防衛のために自らそれらを合成する必要がある。ビタミンE(以下V.E)は抗不妊ビタミンと呼ばれた時もあったが、活性の本質は脂質の過酸化、特に生体膜(細胞、赤血球、ミトコンドリア、ミクロソームなど)を構成する脂質の過酸化を抑制することと位置づけられる。

ポリフェノール類に属するフラボノイドは植物界に広く分布し、野菜、果実、樹皮、特に柑橘類に多く含まれ、1O2・OH、2-、H2O2などの活性酸素種の消去作用が明らかにされている。4)

ビタミンE 大豆、胚芽、レバーやうなぎ、植物性油等
ビタミンC パセリ、ブロッコリー、レモン、いちごなど野菜や果物
ポリフェノール アントシアン 赤ワイン、いちご、なす、ブドウ等赤や紫のものに含まれる色素 赤〜紫
タンニン類 タンニン お茶やカキの渋み成分
カテキン 各種お茶の主成分
フラボノイド類 ケルセチン タマネギ、ブロッコリー、赤ワイン、ココア、イチョウ葉
イソフラボン 大豆など豆類
イソフムロン ビールの原料であるホップ

機能から見た生体の酸化障害に対する防御システム
文献30.二木鋭勇 生体の酸化的障害とそれに対する防御システムより一部編集

I. 予防的抗酸化物(Preventive antioxidants): フリーラジカル、活性酸素の生成の抑制

(a) ヒドロペルオキシド、過酸化水素の非ラジカル的分解
カタラーゼ 過酸化水素の分解
グルタチオンペルオキシターゼ(細胞質) 過酸化水素、脂肪酸ヒドロペルオキシドの分解
グルタチオンペルオキシターゼ(血漿) 過酸化水素、リン脂質ヒドロペルオキシドの分解
リン脂質ヒドロペルオキシドグルタチオンペルオキシターゼ リン脂質ヒドロペルオキシドの分解
(b) 金属イオンのキレート化、不活性化
トランスフェリン、ラクトフェリン 鉄イオンの安定化
ハプトグロビン ヘモグロビンの安定化
ヘモペキシン ヘムの安定化
セルロプラスミン、アルブミン 銅イオンの安定化、鉄イオンの酸化
(c) 活性酸素の消去、不均化
スーパーオキシドジスムターゼ(SOD) スーパーオキシドの不均化
カロテノイド 一重項酸素の消去

II ラジカル捕捉型抗酸化物 (radical-scavenging antioxidants)

ラジカルを補足して連鎖開始反応を抑制し、また連鎖成長反応を断つ水溶性
ビタミンC、尿酸、ビリルビン、アルブミン 水溶性ラジカルの捕捉、ビタミンEなど脂溶性ラジカル捕捉型抗酸化物の再生
脂溶性
ビタミンE、ユビキノール、カロテノイド 脂溶性ラジカルおよび水溶性ラジカルの捕捉安定化

III 修復・再生機能 (repair and de novo)

リパーゼ、プロデアーゼ、DNA修復酵素などによる損傷した膜脂質、タンパク質、遺伝子の修復、アシルトランスフェラーゼなどによる再生

IV 適応機能 (adaptation)

必要に応じて抗酸化酵素などを産生し、特定の場に遊走させる

ヘマトコッカス藻の生体

H藻は淡水に育ち葉緑体をもって光合成を営んで生活する。最大35μm程の卵型をした単細胞の緑藻で、栄養に富んだ培地では緑色のコロニーを作り2本の鞭毛で活発に遊泳する。温度、光、栄養、乾燥などの環境が個体の生活に適さない条件に変わると、生き残るための手段として、細胞内に胞子を形成し休眠状態に入る(シスト化)。胞子形成と同時に鞭毛を失って、活動期の細胞と比べると数倍も大きな球状体に成長する。細胞は、培養槽全体が真っ赤になるほどヘマトクローム(アスタキサンチン)を合成し蓄え、乾燥や光ストレスにも耐える準備をするのである。

活動期のヘマトコッカス細胞
活動期のヘマトコッカス細胞
シスト化した細胞
シスト化した細胞

ハワイ島コナでの商業生産

ハワイ島にそびえる4000mを超える2つの山は明らかに西側の海岸地帯の気候に影響し、藻類培養に絶好な条件を与えている。気温はいうまでもないがこの地区は実に太陽光が豊富である。90エーカー(約36万㎡)の敷地を擁し、1983年来、スピルリナの培養を始めたサイアノテック社は1995年よりH藻の培養とアスタキサンチンの生産を開始した。

サイアノテック社が採用したのは全工程の3/4をクローズド(閉鎖型)循環式による段階拡大培養を経て、最終工程の7~10日間を流路式屋外槽で自然と同じ環境で、光を直接(外壁を透過させることなく)細胞に照射させることによってアスタキサンチンを初めとする種々のカロテノイド合成を誘導し促進させる培養システムである。特にクローズド期間のPhyto Max PCS (Pure Culture System)と呼ばれる閉鎖循環式培養で活動期細胞を高濃度に増殖させたのち、流動式オープン槽へ移行する連系システムは合理的で、本法の採用によって微生物からのコンタミネーションの防止とともにアスタキサンチン含有量の高いH藻が得られ、高品質のアスタキサンチンの量産化と低コスト化に飛躍的な影響を与えたのである。

Bio Astinは天然アスタキサンチンを含むほか、β-カロチン、カンタキサンチン、ルテインなど数種類のカロテノイドを含有しU.S.FDAやOrthodox Union Kosher(食物を独自の観点で制約するユダヤ系連合体)にも認められた栄養補助食品として欧米各国で普及し、その有用性が注目されている。

閉鎖循環式 Phyto Dome
閉鎖循環式 Phyto Dome
流路式屋外槽
流路式屋外槽

H藻からの超臨界ガス(CO2)抽出されたアスタキサンチン

H藻は細胞破砕された後、超臨界炭酸ガスによって抽出される。この際、有機溶媒は使われない。アスタキサンチンは常温で油性液体であり、抽出後のOleoresinはサフラワー油で含量調整をされる。標準的な成分構成は、総カロテイド7.7%(そのうちアスタキサンチンは7%以上)不飽和脂肪酸39~54%、飽和脂肪酸10~11%、炭水化物28%、水分4%、たんぱく質0.7%である。主要な脂肪酸組成はリノール酸32%、オレイン酸15%、パルミチン酸8%、リレイン酸5%となっている。

アスタキサンチンの分子内には2つの水酸基(-OH)があり、この部分で脂肪酸とエステル結合している場合が多い。H藻由来のアスタキサンチンは、その中の約80%がモノエステル体、12%がジエステル体で残りはジアルコール体(フリー体)である。

ちなみに、オキアミはジエステル、ファフィア酵母はジアルコール体が多いとされている。5)アルコール体よりエステル体の方が化学的には安定である。従って商品の状態ではむしろエステル体が良い。
また、吸収もジエステル体が一番良いといわれている。5)著者らの研究グループでもラットに経口投与したときのアスタキサンチンのエステル体の体内分布を認めている。(図2)

アスタキサンチンの生理活性はジアルコール体(フリー体)で発現される。6)エステルは体内に存在するエステラーゼによりはずされフリー体に変換される。アスタキサンチンの活性部位は一重項酸素(1O2)の場合、水酸基やカルボニル基の有無、共役二重結合の長さに支配される7)とされ、一方、寺尾はβ-イオノン中のカルボニル基が補捉ラジカルの安定性を増大させ、従ってカンタキサンチンやアスタキサンチンの方がβ-カロテンよりも有効に作用する可能性を指摘している。8)また、アスタキサンチンには立体異性体が存在するが、異性体による生物活性の違いについては認められていない。7)

アスタキサンチンの体内分布
図2 アスタキサンチンの体内分布

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引用文献

1) 井上正康:活性酸素と医食同源、265~269、共立出版
2) 幹渉ほか:海洋生物のカロテノイド、恒星社厚生閣(1993)
3) 松野、幹:化学と生物、28(4)、219-227、学会出版センター(1990)
4) 二木鋭雄、島崎弘幸、美濃真:「抗酸化物質フリーラジカルと生体防御」P7.P267、学会出版センター(1996)
5) Food Style 21、5(12)、30、食品化学新聞社(2001)
6) MIKI:Pure.Appl.Chem.63、141-146(1991)
7) 幹渉:平成二年度日本水産学会秋季大会講演要旨集、P184(1990)
8) 寺尾純二:第3回カロテノイド研究談話会講演要旨集