เบต้าแคโรทีน และแคโรทีนอยด์

แคโรทีนอยด์ (carotenoids) เป็นสารสีที่พบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด เป็นสารที่มีความสำคัญหลายประการ อาทิ เป็นสารตั้งต้นของวิตามินเอ ต้านอนุมูลอิสระ (antioxidant) ช่วยในพัฒนาการของตัวอ่อน และระบบการสืบพันธุ์ ช่วยเสริมสร้างระบบภูมิคุ้มกัน รวมถึงเป็นสารที่ทำให้เกิดสีในสิ่งมีชีวิต

แคโรทีนอยด์จะพบมากในผัก และผลไม้ ซึ่งไม่แสดงสีให้เห็น เนื่องจากถูกสีเขียวของคลอโรฟิลล์บดบังไว้ แต่เมื่อผัก และผลไม้แก่ตัว คลอโรฟิลล์จะสลายตัวไป แล้วสารสีแคโรทีนอยด์จึงจะปรากฏสีให้เห็น เช่น สีเหลือง สีส้ม สีแดง เป็นต้น

แคโรทีนอยด์ เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว (Unsaturated hydrocarbon) มีคาร์บอน 40 อะตอม ประกอบด้วย 8 ไอโซพรีน ที่เชื่อมติดกันด้วยพันธะโควาเลนต์ที่เป็นพันธะคู่สายยาว มีคุณสมบัติในการดูดกลืนแสงอัลต้าไวโอเลต และแสงสีขาวได้ดี ทำให้สารแคโรทีนอยด์มีคุณสมบัติเป็นสารสีในสิ่งมีชีวิต นอกจากนั้น ยังมีคุณสมบัติในการต้านปฏิกิริยาออกซิเดชันทำให้มีคุณสมบัติเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ โดยสีของแคโรทีนอยด์จะเปลี่ยนแปลงไปตามจำนวนพันธะคู่ในโมเลกุล หากมีจำนวนพันธะคู่มากจะให้สีแดงเข้ม หากมีจำนวนพันธะคู่น้อยจะให้สีจาง จำนวนพันธะคู่ของแคโรทีนอยด์ที่มีน้อยที่สุดจะมีจำนวน 7 คู่ ให้สีออกเหลือง และพันธะคู่อาจอยู่ในรูปของ cis ที่ให้สีอ่อน และหากมีพันธะคู่ในรูปของ cis จะยิ่งให้สีจางลง ส่วนพันธะคู่ในรูป trans จะให้สีเข้ม และเข้มขึ้นเมื่ออยู่ในรูปของ trans มาก ทั้งนี้ แคโรทีนอยด์ส่วนมากมักพบอยู่ในรูปของ trans ที่โมเลกุลมักรวมกันเป็นกลุ่มทำให้มีคุณสมบัติในการละลาย และดูดซึมได้น้อยกว่าในรูปของ cis

ชนิดแคโรทีน
แคโรทีนอยด์ประกอบด้วยสารอนุพันธุ์หลายชนิด เช่น Carotene, Lycopene และ Xanthophylls เป็นต้น โดยแบ่งเป็น 2 กลุ่ม ตามลักษณะโครงสร้างทางเคมี คือ
1. แคโรทีน (carotene)
เป็นไฮโดรคาร์บอน ในกลุ่ม Hydrocarbon carotenes ประกอบไปด้วยอะตอมคาร์บอน และไฮโดรเจนที่เรียงตัวกันเป็นสายยาว [CH2=C-(CH3)-CH=CH2] เชื่อมต่อกันพันธะเดี่ยว (single bonds) สลับกับพันธะคู่ ( double bonds) ที่ปลายข้างใดข้างหนึ่งหรือทั้งสองปลายจะมีอะตอมคาร์บอนเป็นวง เรียกว่า ไอโอโนนริง ( ionone ring) จำนวนคาร์บอนในโมเลกุล 40 อะตอม มีสูตรโมเลกุลเป็น C40H56 ทำให้โมเลกุลไม่มีขั้ว ละลายได้ดีในไขมัน สารสีที่ให้จะเป็นสีส้มแดง สารในกลุ่มนี้ ได้แก่ β-carotene, ε-carotene และ Lycopene โดยแคโรทีนส่วนใหญ่จะให้สารสีส้ม แคโรทีนในกลุ่มนี้ ที่สำคัญ และเป็นที่รู้จักกัน คือ เบต้าแคโรทีน (beta carotene) เนื่องจากสามารถเปลี่ยนเป็นวิตามินเอได้ ทั้งนี้ แคโรทีนแบ่งเป็น 3 กลุ่ม คือ
1.1 Acyclic เป็นแคโรทีนที่ไม่มีวงแหวนในโมเลกุล ได้แก่ ไลโคพีน (Lycopene)

1.2 Monocyclic เป็นแคโรทีนที่มีวงแหวนในโมเลกุลที่ปลายด้านใดด้านหนึ่ง ได้แก่ แกมม่าแคโรทีน (γ-carotene) ทำให้โครงสร้างโมเลกุลครึ่งหนึ่งเหมือนกับไลโคพีน ส่วนอีกครึ่งหนึ่งเหมือนกับเบต้าแคโรทีน

1.3 Bicyclic เป็นแคโรทีนที่มีวงแหวนในโมเลกุลที่ปลายทั้งสองด้าน ได้แก่ แอลฟาแคโรทีน (α-carotene) และเบต้าแคโรทีน (β-carotene) โดยทั้งสองชนิดมีโครงสร้างโมเลกุลแตกต่างกันที่ตำแหน่งพันธะคู่ในวงแหวนตำแหน่งที่ 2

เบต้าแคโรทีน (Beta-carotene) ถือเป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์วิตามินเอมี ที่มีบทบาทสำคัญในการบำรุงร่างกาย ช่วยเสริมระบบภูมิคุ้มกัน เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ และลดอัตราเสี่ยงการเกิดโรคมะเร็ง ป้องกันโรคหัวใจ เป็นต้น โดยที่ร่างกายสามารถเปลี่ยนเบต้าแคโรทีนเป็นวิตามินเอได้ตามปริมาณที่ร่างกายต้องการ

เบต้าแคโรทีนพบมากในผัก และผลไม้ที่มีสีส้ม เหลือง หรือแดง เช่น ฟักทอง แครอท ข้าวโพดอ่อน แตงโม หน่อไม้ฝรั่ง แคนตาลูป และมะละกอสุก เป็นต้น รวมถึงผักที่มีสีเขียวทุกชนิด เช่น บร๊อคโคลี ผักคะน้า ตำลึง ผักบุ้ง ผักกวางตุ้ง และมะระ เป็นต้น

ปัจจุบันมีหลายบริษัททางด้านอาหาร และเครื่องดื่มที่มีการนำเบต้าแคโรทีนมาผสมในอาหารเสริมเพื่อบำรุงร่างกาย เช่น น้ำผลไม้ นมผง เครื่องดื่มเกลือแร่ เป็นต้น สำหรับการรับประทานวิตามินเอเพื่อรักษาสุขภาพจะอยู่ที่ประมาณ 5,000 หน่วยสากล (IU) หรือเทียบเท่ากับเบต้าแคโรทีนที่ 3 มิลลิกรัม/วัน ส่วนปริมาณเบต้าแคโรทีนที่รับประทานเพื่อรักษาสุขภาพให้แข็งแรงจะอยู่ที่ประมาณ 15 มิลลิกรัม/วัน

ประโยชน์เบต้าแคโรทีน
1. ป้องกันโรคต้อกระจก ป้องกันเยื่อบุตาอักเสบ ช่วยลดความเสื่อมของเซลล์ลูกตา และช่วยบำรุงสายตา ทำให้มองเห็นในที่มืดได้ดี โดยการสร้างสาร Rhodopsin ในดวงตาในส่วนเรติน่า (Retina) เพื่อให้สามารถมองเห็นในตอนกลางคืนได้ดี ช่วยลดความเสื่อมของเซลล์ตา และลดความเสี่ยงในการเป็นโรคต้อกระจก
2. ช่วยป้องกันผิวจากแสงรังสีอัลตราไวโอเลตที่มากับแสงแดด ทำให้ผิวไม่แลดูคล้ำ ไม่เกิดฝ้า เิกิดกระ ไม่มีริ้วรอย
3. เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ ช่วยบำรุงผิวพรรณให้มีสุขภาพดี ไม่มีริ้วรอย แลดูอ่อนกว่าวัย
4. ช่วยรักษาบำรุง และรักษาเซลล์เยื่อบุตาขาว กระจกตา ช่องปาก ทางเดินอาหาร ทางเดินหายใจ รวมถึงระบบทางเดินปัสสาวะให้เป็นปกติ
5. ช่วยเสริมสร้างระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย และช่วยป้องกันโรคภูมิแพ้
6. ป้องกัน และต้านโรคมะเร็ง
7. ป้องกันโรคในระับบหลอดเลือด และหัวใจ ช่วยลดปริมาณคอเลสเตอรอลในเส้นเลือด

ในประเทศอินเดียมีการใช้ประโยชน์ของเบต้าแคโรทีนจากผักหลายชนิด เพื่อลดการเกิดโรคมะเร็ง  และโรคหัวใจ เช่น ผักโขม ผักชี และสะระแหน่ เป็นต้น

โทษเบต้าแคโรทีน
สารเบต้าแคโรทีนเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ (Antioxidant) หากร่างกายได้รับเกินความต้องการจะกลายเป็นสาร Pro-Oxidant ที่ช่วยส่งเสริมการเกิดสารอนุมูลอิสระ ทำให้เพิ่มความเสี่ยงต่อโรคมะเร็ง และโรคในระบบหลอดเลือด และหัวใจ โดยเฉพาะการรับประทานเบต้าแคโรทีนจากผลิตภัณฑ์อาหารเสริมที่มีความเข้มข้นสูงหรือรับประทานในปริมาณที่มากเกินขนาด ประกอบกับปกติร่างกายจะรับเบต้าแคโรทีนได้จากอาหารที่รับประทาานในแต่ละวัน เช่น ผักสีเขียว และผลไม้ชนิดต่างๆ จึงอาจเสี่ยงต่อการได้รับสารเบต้าแคโรทีนเกินความต้องการของร่างกายได้ ดังนั้น การรับประทานอาหารเสริมเบต้าแคโรทีนจึงต้องรับประทานในปริมาณที่พอเหมาะกับความต้องการของร่างกาย

2. แซนโทฟิล (xanthophyll)
แคโรทีนอยด์ในกลุ่ม Oxygenated xanthophylls ที่เกิดจากออกซิเดชันของแคโรทีน โดยการเพิ่มออกซิเจนเข้าในโมเลกุลแคโรทีน ในธรรมชาติพบในรูปอิสระ (free form) เอสเทอร์ (esters) หรือแคโรทีโน โปรตีน (carotenoproteins) เป็นสารที่มีขั้วมากกว่ากลุ่มแคโรทีน ชนิดแซนโทฟิลที่พบมีประมาณ 20 ชนิด ได้แก่ ลูทีน (lutein) (3R,3’R,6’R β,ε-carotene-3, 3’diol), ซีเอแซนทิน (zeaxanthin) (3,3’R-β,β-carotene-3, 3’diol), ไวโอลาแซนทิน (Violaxanthin) (3S,5R, 6S, 3’S, 5’R, 6’S-5,5,5,’,6’-depoxy-5,6,5’,6’tetrahydro β,β-carotene-3,3 diol), แคนตาแซนทิน (canthaxanthin) และแอสตาแซนทิน ที่พบในปลาส่้วนใหญ่จะเป็นทาราแซนทีน ลูทีน และแอสตาแซนทีน

แซนโทฟิลล์ (Xanthophyll) มีองค์ประกอบหลักเป็นอะตอม C, H และ O โดยอะตอมออกซิเจนอาจอยู่ในรูปไฮดรอกซิล มีสูตรโครงสร้างทางโมเลกุล คือ C40H56O2 ที่ให้สีเหลืองเข้ม หรือสีเหลืองแกมน้ำตาล มีคุณสมบัติไม่ละลายน้ำ ละลายได้ดีในตัวทำละลายที่มีขั้ว เช่น เอธิลแอลกอฮอล์ อะซิโตน เอธิลอีเทอร์ เป็นต้น แต่ละลายได้ในไขมันแต่จะน้อยกว่าแคโรทีน พบได้ในพืช และสาหร่ายทุกชนิด เป็นสารที่ช่วยบำรุงสายตา ป้องกันเลนส์ตาจากอนุมูลอิสระ ช่วยลดการเกิดโรคต้อกระจก การเสื่อมของสายตา รวมถึงยับยั้งการเกิดโรคมะเร็งลำไส้

ซีแซนทีน (Zeaxanthin) มีคุณสมบัติแตกต่างจากแคโรทีน เนื่องจากไม่สามารถเปลี่ยนเป็นวิตามินเอได้ เป็นสารที่ร่างกายสังเคราะห์เองไม่ได้ ในร่างกายมนุษย์พบได้ที่เลนส์ตา และจอรับภาพของตา (Retina) และพบได้ที่ไต ต่อมหมวกไต ตับ ตับอ่อน ม้าม และเต้านม ทำหน้าที่ป้องกันดวงตาจากรังสีของแสงแดด ป้องกันเซลล์จอประสาทตาไม่ให้ถูกทำลาย บำรุงสายตา ทำให้มองเห็นได้ดีทั้งกลางวัน และกลางคืน นอกจากนี้ ยังช่วยป้องกันโรคหลายชนิด เช่น โรคต้อกระจก โรคจอรับภาพเสื่อม โรคระบบหลอดเลือด และหัวใจ (โรคความดันโลหิตสูง โรคหัวใจ โรคหลอดเลือดสมองตีบ เป็นต้น) โรคเบาหวาน โรคหัวใจ โรคมะเร็งตับ มะเร็งเต้านม  เป็นต้น

การสังเคราะห์ และสกัดแคโรทีนอยด์

แคโรทีนอยด์ที่มีการสังเคราะห์ และสกัดจากธรรมชาติที่นิยมมี 2 ชนิด คือ เบต้าแคโรทีนที่ใช้เป็นอาหารเสริมสำหรับรับประทาน และแอสตาแซนทินที่ใช้เป็นอาหารเสริมในการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ การเสริมในอาหารสัตว์เพื่อเพิ่มคุณสมบัติของเนื้อในด้านสี และรสสัมผัส รวมถึงช่วยเสริมสร้างการเจริญเติบโตของสัตว์
1. สังเคราะห์ทางเคมี
ปัจจุบันมีหลายบริษัทที่ผลิตแคโรทีน และแอสตาแซนทินจากกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี แต่ปัจจุบัน แคโรทีนอยด์ที่ได้จากการสังเคราะห์ทางเคมีมีแนวโน้มการได้รับความนิยมลดลง เนื่องจากผู้คนส่วนใหญ่เริ่มให้ความระมัดระวังในการบริโภคอาหารที่ได้จากการสังเคราะห์หรืออาหารที่เลี้ยงจากอาหารที่เสริมสารสังเคราะห์มากขึ้น

2. การสกัดจากธรรมชาติ
แคโรทีน และแอสตาแซนทินสามารรถสกัดได้จากธรรมชาติ โดยเฉพาะพืชผัก และผลไม้ชนิดต่างๆ ที่มีสีเหลือง สีแดง เขียว น้ำตาล น้ำเงิน เป็นต้น รวมถึงการสกัดจากสัตว์ชนิดต่างๆ เช่น ไข่ปลา และเปลือกกุ้ง เป็นต้น