Penulis :
Latifa Amalia
(22/495177/PFA/2168)
Magister Ilmu Farmasi, Universitas Gadjah Mada
Karotenoid adalah sekelompok zat pemberi warna (pigmen) kuning, oranye, dan merah yang dihasilkan oleh semua tumbuhan, microalgae dan makroalgae, serta semua organisme fotoautotrof laut. Karotenoid juga dapat dihasilkan oleh beberapa bakteri nonfotosintesis, serangga (kutu daun polong, tungau merah, lalat gandum) dan jamur [1]. Biosintesis dan penyimpanan karotenoid pada microalga dan tumbuhan dilakukan di plastid. Karotenoid berperan penting dalam fotosintesis oksigen (pengambilan cahaya), fotoproteksi (detoxifikasi radikal bebas yang dihasilkan selama fotosintesis), dan jalur pensinyalan [2].
Karotenoid mempunyai delapan unit isopren berulang yang membuat mereka masuk dalam golongan tetraterpenoid (atom C40). Secara umum, karotenoid dapat dibagi menjadi dua kelompok: (i) karoten, yang terdiri hanya dari karbon dan hydrogen, seperti α-karoten, β-karoten, dan lycopene; dan (ii) xanthophylls, yang merupakan versi oksigenasi dari rantai hidrokarbon, seperti lutein dan zeaxanthin [4], [5]. Struktur beberapa senyawa karotenoid dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Struktur beberapa senyawa karotenoid
Buah dan sayuran berwarna adalah sumber utama karotenoid dalam makanan manusia [6]. United States Departement of Agriculture (USDA) Food and Nutrient Database mencantumkan tomat kering sebagai sumber likopen terbesar (46 mg/100 g likopen). Karena kandungan likopen yang sangat tinggi dan konsumsi yang substansial, tomat dan produk berbasis tomat seperti saus tomat adalah sumber likopen yang paling penting, terutama di Amerika Serikat. Satu porsi (120 g) saus tomat menyediakan ~7 mg likopen, dan rata-rata orang dewasa di Amerika Serikat mengkonsumsi 4,5 mg lycopeen / hari [7]. Selain tomat, likopen juga ditemukan di semangka (1.6–3.5 mg/100 g FW), papaya (1.8–4.2 mg/100g FW) dan jambu biji (3.2–7.0 mg/g100 g FW) [8]
β-karoten paling banyak ditemukan di wortel, ubi ungu, cabai, dan sayuran hijau (6.1-7.1 mg/100 g FW) [8]. Sayuran hijau juga banyak mengandung lutein, β-karoten, neoxantin, dan violaxantin, misalnya 100 g kale mentah mengandung 5-6 mg lutein, 5-6 mg β-karoten, 1.2-2.3 mg neoxantin, dan 2.0-3.4 mg violaxantin. Lactucaxanthin hanya dapat ditemukan di selada (Lactuca sativa L.), dan paling banyak ditemukan di selada romain (2.3 mg/100 g FW) [9]. Lutein dan zeaxanthin juga dapat ditemukan di biji jangung (Zea mays L.) dan kuning telur yang berperan sebagai pemberi warna kuning-oranye yang intens [10].
Dunaliella salina (Dunal) Teodoresco dan Haematococcus pluvialis Flotow adalah mikroalga yang paling banyak menghasilkan β-karoten dan astaxanthin. D. salina dapat menghasilkan hingga 15% β-karoten (berat sel kering (DCW)) dan H. pluvialis menghasilkan astaxanthing hingga 7% DCW, membuat keduanya menjadi mikroalga popular untuk produksi komersial [12].
Karotenoid juga dapat ditemukan pada spesies kerang dan crustacean (contoh : kerang dan kepiting). Astaxanthin ditemukan pada salmon dan udang, echinenone pada bulu babi, pectenoxanthin dan pectenolon (suatu metabolit oksidatif dari diatoxanthin) pada kerang, peridinin, pyrrhoxanthin, dan diadinoxanthin pada kerang tridacnid, fucoxanthin dan fucoxanthinol pada Modiolus modiolus L. dan Pecten maximus L [15].
Penelitian terkait potensi karotenoid untuk mengobati beberapa penyakit telah banyak dilakukan [16]. Saat ini juga sudah banyak ditemukan suplemen kesehatan berbasis provitamin A (α-karoten, β-karoten) dan non provitamin A yang tersedia di pasaran untuk membantu meningkatkan asupan karotenoid [2]. Beberapa manfaat karotenoid terhadap kesehatan antara lain :
A. Sumber Vitamin A
Karotenoid seperti β-karoten, α-karoten, γ-karoten, dan β-cryptoxanthin yang diperoleh dari wortel, bayam, ubi ungu, dan jeruk memiliki aktivitas sebagai provitamin A, yaitu senyawa yang dapat diubah menjadi vitamin A (retinol). Sumber utama vitamin A adalah β-karoten karena kemampuannya mengubah dua molekul retinol [18], [19]. Vitamin A sangat penting untuk perkembangan dan pemeliharaan kesehatan mata. Selain itu, vitamin A juga berperan dalam modulasi ekspresi gen, perkembangan embrio, reproduksi, meningkatkan sistem imun, merangsang proses metabolisme di saluran pencernaan, dan mengurangi resiko kanker [20], [21]. Kebutuhan vitamin A pada pria dan wanita dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Rekomendasi asupan untuk vitamin A
B. Antioksidan
Antioksidan dapat menunda atau mencegah kerusakan yang disebabkan oleh proses oksidasi dengan cara memadamkan radikal bebas dan menstabilkan molekul. Karotenoid diketahui memiliki aktivitas antioksidan yang dapat membantu melindungi dari penyakit kronis seperti katarak, jantung koroner, kanker, obesitas, dan asma. Aktivitas antioksidan yang tinggi dapat ditemukan pada β-karoten, α-karoten, zeaxanthin, β-kriptoxanthin, lutein, dan lycopen [18], [23].
Konsumsi antioksidan dalam kombinasi lebih efektif daripada saat dikonsumsi secara terpisah dalam mencegah stres oksidatif. Konsumsi β-karoten, astaksantin, dan likopen dapat mencegah oksidasi LDL, menetralkan pembentukan radikal peroksida, dan mengurangi agregasi platelet (penggumpalan darah pada pembuluh darah). Karotenoid seperti lutein dan zeaksantin melindungi sel-sel makula mata dari stres oksidatif dan menghambat pembentukan drusen (endapan lemak) yang terkait dengan degenerasi makula [24], [25].
C. Manfaat lainnya
Karotenoid memiliki sifat antikarsinogenik dan dapat menginduksi apoptosis (kematian sel terprogram) yang berhubungan dengan sifat antioksidan yang dimilikinya. Karotenoid memiliki efek positif terhadap beberapa jenis kanker, seperti leukemia, kanker usus besar, kanker prostat, kanker serviks, kanker payudara, hepatokarsinoma, dan kanker kulit. Karotenoid telah digunakan dalam pengobatan kanker karena mampu mengatur perubahan dalam ekspresi protein yang terlibat dalam proliferasi sel, diferensiasi sel, apoptosis, angiogenesis, perbaikan DNA, eliminasi karsinogen, dan kekebalan tubuh. Beberapa karotenoid seperti β-karoten, likopen, zeaksantin, dan lutein memiliki efek menghambat pertumbuhan sel kanker dan dapat memicu apoptosis [26], [27].
Karotenoid diketahui juga memiliki efek positif dalam pengobatan diabetes, osteoarthritis, osteoporosis, arthritis, katarak terkait usia, dan degenerasi makula terkait usia. Karotenoid memiliki efek bermanfaat dengan mengurangi stres oksidatif dan respons peradangan pada penyakit kardiovaskular. Selain itu, karotenoid juga memiliki peran sebagai pengatur kekebalan tubuh, mengurangi peradangan, dan dapat melindungi terhadap penyakit seperti tuberkulosis pada pasien dengan HIV [18], [27].
Gambar 2. Produk di pasaran yang mengandung karotenoid
Saat ini karotenoid banyak dipasarkan sebagai suplemen kesehatan dan produk kecantikan (Gambar 2.). Contoh suplemen yang mengandung β-karoten adalah Nature’s Bounty Carotenoid Complex, Seloxy, dan Bevizil. Likopen dan astaksantin biasa digunakan pada produk perawatan kulit untuk melindungi kulit dari paparan sinar matahari. Produk perawatan mata biasanya menggunakan lutein atau zeaksantin untuk menjaga kesehatan mata dan melindungi mata dari dari degenerasi makula.
DAFTAR PUSTAKA
[1] R. K. Saini, S. H. Nile, and S. W. Park, “Carotenoids from fruits and vegetables: Chemistry, analysis, occurrence, bioavailability and biological activities,” Food Res. Int., vol. 76, pp. 735–750, Oct. 2015, doi: 10.1016/j.foodres.2015.07.047.
[2] R. K. Saini et al., “Carotenoids: Dietary Sources, Extraction, Encapsulation, Bioavailability, and Health Benefits—A Review of Recent Advancements,” Antioxidants, vol. 11, no. 4, Art. no. 4, Apr. 2022, doi: 10.3390/antiox11040795.
[3] K.-P. Jia, L. Baz, and S. Al-Babili, “From carotenoids to strigolactones,” J. Exp. Bot., vol. 69, no. 9, pp. 2189–2204, Apr. 2018, doi: 10.1093/jxb/erx476.
[4] R. Anand, L. Mohan, and N. Bharadvaja, “Disease Prevention and Treatment Using β-Carotene: the Ultimate Provitamin A,” Rev. Bras. Farmacogn., vol. 32, no. 4, pp. 491–501, 2022, doi: 10.1007/s43450-022-00262-w.
[5] K. Gul, A. Tak, A. K. Singh, P. Singh, B. Yousuf, and A. A. Wani, “Chemistry, encapsulation, and health benefits of β-carotene – A review,” Cogent Food Agric., vol. 1, no. 1, p. 1018696, Dec. 2015, doi: 10.1080/23311932.2015.1018696.
[6] A. J. Meléndez-Martínez et al., “A comprehensive review on carotenoids in foods and feeds: status quo, applications, patents, and research needs,” Crit. Rev. Food Sci. Nutr., vol. 62, no. 8, pp. 1999–2049, Mar. 2022, doi: 10.1080/10408398.2020.1867959.
[7] J. L. Rowles and J. W. Erdman, “Carotenoids and their role in cancer prevention,” Biochim. Biophys. Acta BBA – Mol. Cell Biol. Lipids, vol. 1865, no. 11, p. 158613, Nov. 2020, doi: 10.1016/j.bbalip.2020.158613.
[8] M. G. Dias et al., “Comprehensive Database of Carotenoid Contents in Ibero-American Foods. A Valuable Tool in the Context of Functional Foods and the Establishment of Recommended Intakes of Bioactives,” J. Agric. Food Chem., vol. 66, no. 20, pp. 5055–5107, May 2018, doi: 10.1021/acs.jafc.7b06148.
[9] D.-E. Kim, X. Shang, A. D. Assefa, Y.-S. Keum, and R. K. Saini, “Metabolite profiling of green, green/red, and red lettuce cultivars: Variation in health beneficial compounds and antioxidant potential,” Food Res. Int., vol. 105, pp. 361–370, Mar. 2018, doi: 10.1016/j.foodres.2017.11.028.
[10] S. K. Biswas, D.-E. Kim, Y.-S. Keum, and R. K. Saini, “Metabolite profiling and antioxidant activities of white, red, and black rice (Oryza sativa L.) grains,” J. Food Meas. Charact., vol. 12, no. 4, pp. 2484–2492, Dec. 2018, doi: 10.1007/s11694-018-9865-6.
[11] M. Ochoa Becerra, L. Mojica Contreras, M. Hsieh Lo, J. Mateos Díaz, and G. Castillo Herrera, “Lutein as a functional food ingredient: Stability and bioavailability,” J. Funct. Foods, vol. 66, p. 103771, Mar. 2020, doi: 10.1016/j.jff.2019.103771.
[12] C. Liu, B. Hu, Y. Cheng, Y. Guo, W. Yao, and H. Qian, “Carotenoids from fungi and microalgae: A review on their recent production, extraction, and developments,” Bioresour. Technol., vol. 337, p. 125398, Oct. 2021, doi: 10.1016/j.biortech.2021.125398.
[13] M. Bae, M.-B. Kim, Y.-K. Park, and J.-Y. Lee, “Health benefits of fucoxanthin in the prevention of chronic diseases,” Biochim. Biophys. Acta BBA – Mol. Cell Biol. Lipids, vol. 1865, no. 11, p. 158618, Nov. 2020, doi: 10.1016/j.bbalip.2020.158618.
[14] A. G. Pereira et al., “Xanthophylls from the Sea: Algae as Source of Bioactive Carotenoids,” Mar. Drugs, vol. 19, no. 4, Art. no. 4, Apr. 2021, doi: 10.3390/md19040188.
[15] X. Li et al., “Tissue distribution and seasonal accumulation of carotenoids in Yesso scallop (Mizuhopecten yessoensis) with orange adductor muscle,” Food Chem., vol. 367, p. 130701, Jan. 2022, doi: 10.1016/j.foodchem.2021.130701.
[16] Y.-J. Zhang et al., “Antioxidant Phytochemicals for the Prevention and Treatment of Chronic Diseases,” Molecules, vol. 20, no. 12, Art. no. 12, Dec. 2015, doi: 10.3390/molecules201219753.
[17] H. S. Black, F. Boehm, R. Edge, and T. G. Truscott, “The Benefits and Risks of Certain Dietary Carotenoids that Exhibit both Anti- and Pro-Oxidative Mechanisms—A Comprehensive Review,” Antioxidants, vol. 9, no. 3, Art. no. 3, Mar. 2020, doi: 10.3390/antiox9030264.
[18] M. A. González-Peña, A. E. Ortega-Regules, C. Anaya De Parrodi, and J. D. Lozada-Ramírez, “Chemistry, Occurrence, Properties, Applications, and Encapsulation of Carotenoids—A Review,” Plants, vol. 12, no. 2, p. 313, Jan. 2023, doi: 10.3390/plants12020313.
[19] T. Chacón-Ordóñez, P. Esquivel, V. M. Jiménez, R. Carle, and R. M. Schweiggert, “Deposition Form and Bioaccessibility of Keto-carotenoids from Mamey Sapote (Pouteria sapota), Red Bell Pepper (Capsicum annuum), and Sockeye Salmon (Oncorhynchus nerka) Filet,” J. Agric. Food Chem., vol. 64, no. 9, pp. 1989–1998, Mar. 2016, doi: 10.1021/acs.jafc.5b06039.
[20] A. Cañete, E. Cano, R. Muñoz-Chápuli, and R. Carmona, “Role of Vitamin A/Retinoic Acid in Regulation of Embryonic and Adult Hematopoiesis,” Nutrients, vol. 9, no. 2, p. 159, Feb. 2017, doi: 10.3390/nu9020159.
[21] H. Takasaki et al., “Importance of free water in controlling granule and tablet properties in a novel granulation method, green fluidized bed granulation (GFBG),” Int. J. Pharm., vol. 570, p. 118647, Oct. 2019, doi: 10.1016/j.ijpharm.2019.118647.
[22] L. P. Rubin, A. C. Ross, C. B. Stephensen, T. Bohn, and S. A. Tanumihardjo, “Metabolic Effects of Inflammation on Vitamin A and Carotenoids in Humans and Animal Models,” Adv. Nutr., vol. 8, no. 2, pp. 197–212, Mar. 2017, doi: 10.3945/an.116.014167.
[23] T. Bohn et al., “Host-related factors explaining interindividual variability of carotenoid bioavailability and tissue concentrations in humans,” Mol. Nutr. Food Res., vol. 61, no. 6, p. 1600685, 2017, doi: 10.1002/mnfr.201600685.
[24] D. Ribeiro, M. Freitas, A. M. S. Silva, F. Carvalho, and E. Fernandes, “Antioxidant and pro-oxidant activities of carotenoids and their oxidation products,” Food Chem. Toxicol., vol. 120, pp. 681–699, Oct. 2018, doi: 10.1016/j.fct.2018.07.060.
[25] E. Pons et al., “Metabolic engineering of β-carotene in orange fruit increases its in vivo antioxidant properties,” Plant Biotechnol. J., vol. 12, no. 1, pp. 17–27, Jan. 2014, doi: 10.1111/pbi.12112.
[26] A. Roohbakhsh, G. Karimi, and M. Iranshahi, “Carotenoids in the treatment of diabetes mellitus and its complications: A mechanistic review,” Biomed. Pharmacother. Biomedecine Pharmacother., vol. 91, pp. 31–42, Jul. 2017, doi: 10.1016/j.biopha.2017.04.057.
[27] A. Milani, M. Basirnejad, S. Shahbazi, and A. Bolhassani, “Carotenoids: biochemistry, pharmacology and treatment,” Br. J. Pharmacol., vol. 174, no. 11, pp. 1290–1324, 2017, doi: 10.1111/bph.13625.