[科普中國]-蝦青素

蝦青素是一種酮或類胡蘿卜素，色澤為粉紅色，具脂溶性，不溶于水，可溶于有機(jī)溶劑。1亦稱蝦黃素。從河螯蝦外殼，牡蠣和鮭魚等水生動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一種紅色類胡蘿卜素，化學(xué)名3，3′-二羥基-4，4′-二酮基-β，β′-胡蘿卜素。在體內(nèi)可與蛋白質(zhì)結(jié)合而呈青色、藍(lán)色。2特別是水生動(dòng)物如蝦、蟹、魚和鳥類的羽毛中，起顯色的作用。1

蝦青素是一種斷鏈抗氧化劑。具有極強(qiáng)的抗氧化能力，可以清除二氧化氮、硫化物、二硫化物等，也可降低脂質(zhì)過氧化作用，有效的抑制自由基引起的脂質(zhì)過氧化蝦青素。1同時(shí)，有抑制腫瘤發(fā)生，增強(qiáng)免疫力，清除體內(nèi)自由基等多方面的生理作用，對(duì)紫外線引起的皮膚癌有很好的治療效果，對(duì)糖尿病引起的眼病也有防治作用，在保健品、醫(yī)藥、化妝品、食品添加劑以及水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。1

蝦青素除利用生物提取法獲得外，也可用化學(xué)合成法，也可利用藻類、細(xì)菌、酵母等生產(chǎn)。此外應(yīng)用DNA重組技術(shù)構(gòu)建高產(chǎn)蝦青素基因工程也在研究中。1

簡(jiǎn)介蝦青素又名蝦黃素、蝦黃質(zhì)。1933年從蝦、蟹等水產(chǎn)品中提取出一種紫紅色結(jié)晶，后確定是一種與蝦紅素有密切關(guān)系的類胡蘿卜素，故命名為蝦青素。其廣泛存在于蝦、蟹、魚、鳥、某些藻類及真菌等生物中。作為一種非維生素A原的類胡蘿卜素，蝦青素在動(dòng)物體內(nèi)不能轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A，但具有與類胡蘿卜素相同的抗氧化作用，它淬滅單線態(tài)氧和捕捉自由基的能力比β-胡蘿卜素高10余倍，比維生素E強(qiáng)100多倍，人們又稱其“超級(jí)維生素E”。蝦青素的抗氧化性、著色性、增強(qiáng)機(jī)體免疫力的特性，已被廣泛認(rèn)可。美國等國家已允許作為食品添加劑應(yīng)用于生產(chǎn)，作為天然食品添加劑，有著廣闊的發(fā)展前景。3

天然蝦青素是一種氧化性極強(qiáng)的類胡蘿卜素，具有抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、預(yù)防心腦血管疾病的作用，國際上已將其應(yīng)用于保健食品、高檔化妝品、藥品等領(lǐng)域中。蝦青素本身穩(wěn)定性不高，易氧化、見光易分解，市場(chǎng)上多以蝦青素凝膠的形式保留其活性。4

蝦青素的生產(chǎn)方法包括天然提取和化學(xué)合成兩種?；瘜W(xué)合成蝦青素同天然蝦青素在結(jié)構(gòu)、功能、應(yīng)用及安全性等方面差別顯著，其穩(wěn)定性、抗氧化活性著色性也明顯低于天然蝦青素，因此進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)一般傾向于天然蝦青素的提取。5

化學(xué)性質(zhì)分子結(jié)構(gòu)蝦青素屬酮式類胡蘿卜素，是一種萜烯類不飽和化合物，化學(xué)名稱為3，3-二羥基-4，4-二酮基-β，β-胡蘿卜素，分子式為C40H52O4，相對(duì)分子質(zhì)量為596.86，其化學(xué)結(jié)構(gòu)是由4個(gè)異戊二烯單位以共軛雙鍵形式連接，兩端又有2個(gè)異戊二烯單位組成的六節(jié)環(huán)結(jié)構(gòu)。3

理化性質(zhì)蝦青素化學(xué)名稱為：化學(xué)名3，3′-二羥基-4，4′-二酮基-β，β′-胡蘿卜素，分子式C40H52O46晶體狀蝦青素為粉紅色，熔點(diǎn)215-216℃ ，不溶于水，具脂溶性，易溶于氯仿、丙酮、苯等大部分有機(jī)溶劑。蝦青素分子結(jié)構(gòu)中的共軛雙鍵鏈，及共軛雙鍵鏈末端的不飽和酮基和羥基，能吸引自由基未配對(duì)電子或向自由基提供電子，從而清除自由基起抗氧化作用，該結(jié)構(gòu)也使其易與光、熱、氧化物發(fā)生作用，結(jié)構(gòu)改變后降解為蝦紅素，特別是紫外光對(duì)其影響最為明顯，連續(xù)照射約4h蝦青素就會(huì)完全被破壞；在70℃以下、pH4-7范圍內(nèi)，蝦青素較穩(wěn)定；Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Zn2+金屬離子對(duì)蝦青素基本沒影響，F(xiàn)e2+、Fe3+、Cu2+有明顯破壞作用；3

蝦青素分子結(jié)構(gòu)中的發(fā)色團(tuán)在紫外-可見光區(qū)有獨(dú)特的吸收區(qū)，因此其結(jié)晶或溶液在可見光下呈紫紅色。蝦青素主要以游離態(tài)和酯化態(tài)形式存在。游離態(tài)蝦青素極不穩(wěn)定，易被氧化，通常化學(xué)合成的蝦青素為游離態(tài)形式。酯化態(tài)蝦青素是由于蝦青素末端環(huán)狀結(jié)構(gòu)中各有一個(gè)羥基易于與脂肪酸形成酯而穩(wěn)定存在，水生動(dòng)物皮膚和外殼上的蝦青素以脂化態(tài)形式為主，肉及內(nèi)臟上則以游離形式為主，紅酵母、雨生紅球藻中蝦青素主要以酯化形式存在，酯化態(tài)蝦青素根據(jù)其結(jié)合的脂肪酸不同分為蝦青素單酯和蝦青素二酯。蝦青素酯化后，其疏水性增強(qiáng)，且雙酯比單酯的親脂性強(qiáng)；蝦青素酯化態(tài)，或與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物，會(huì)產(chǎn)生不同的顏色。3

蝦青素有兩個(gè)手性中心它們是分子中兩端環(huán)結(jié)構(gòu)的C-3和C-3′。一個(gè)手性中心可以有兩種構(gòu)象,蝦青素的兩手性碳原子C3、C3′都能以R或S的形式存在，這樣就有3種立體異構(gòu)體，3S，3'S與3R，3'R異構(gòu)體互為鏡像(對(duì)映體)，每一對(duì)映體有著相反的旋光性，能使平偏振光向左或向右旋轉(zhuǎn)，3R，3'S無旋光性。7

蝦青素是一種非維生素A源的類胡蘿卜素，在動(dòng)物體內(nèi)不能轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A。天然蝦青素是單線態(tài)氧的強(qiáng)大淬滅劑。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，蝦青素可以除NO2、硫化物、二硫化物，也可降低脂質(zhì)過氧化作用，有效地抑制自由基引發(fā)的脂質(zhì)過氧化。同時(shí)具有抗癌活性，能顯著影響動(dòng)物的免疫功能，強(qiáng)化需氧代謝，明顯增強(qiáng)人的肌肉力量和耐受力，具有抗感染活性。7

生理功能抗氧化蝦青素的重要性質(zhì)在于它的抗氧化性，它是一種優(yōu)良的抗氧化劑。蝦青素強(qiáng)大的抗氧化活性是因?yàn)槠淠芊€(wěn)定膜的結(jié)構(gòu)，降低膜通透性、限制過氧化物啟動(dòng)子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。保護(hù)細(xì)胞內(nèi)重要分子免受氧化損傷。同時(shí)蝦青素可能具有潛在的成為促氧化劑誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生。蝦青素分子中的共軛雙鍵、羥基和在共軛雙鍵鏈末端的不飽和的酮基，其中羥基和酮基又構(gòu)成α-羥基酮，這些結(jié)構(gòu)都具有比較活潑的電子效應(yīng)，能向自由基提供電子或吸引自由基的未配對(duì)電子，有效地猝滅氧化性極強(qiáng)的單線態(tài)活性氧以及環(huán)境中其他自由基。研究表明，猝滅活性氧能力隨著共軛雙鍵數(shù)的增加而增加，蝦青素的猝滅能力是最強(qiáng)的，其猝滅分子氧的能力比具有相同結(jié)構(gòu)的β-胡蘿卜素、維生素E、α-胡蘿卜素、葉黃素和番茄紅素都高。整合進(jìn)膜系統(tǒng)的蝦青素通過對(duì)脂質(zhì)體的保護(hù)作用，抑制脂質(zhì)過氧化，還可以保護(hù)細(xì)胞及DNA免受氧化反應(yīng)的傷害，保護(hù)細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)，使細(xì)胞有效進(jìn)行新陳代謝，使細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)更好地發(fā)揮功能。這種抗氧化作用表現(xiàn)在延長(zhǎng)低密度脂蛋白（LDL）被氧化的時(shí)間，從而降低動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生。3

另外，實(shí)驗(yàn)表明，蝦青素可以增加抗氧化酶活性和蛋白質(zhì)表達(dá)，不同劑量蝦青素使動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)過氧氫化酶和超氧化岐化酶的蛋白表達(dá)均有顯著增加，其生物學(xué)活性也有明顯提高，而這些物質(zhì)在體內(nèi)均起到較好的抗氧化作用。3

抗癌作用對(duì)膳食類胡蘿卜素?cái)z入量和癌癥發(fā)病率或死亡率間關(guān)系的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，癌癥總發(fā)病率或死亡率與類胡蘿卜素的攝入量呈顯著負(fù)相關(guān)。比較各種類胡蘿卜素抗腫瘤活性，以蝦青素的作用效果最強(qiáng)。蝦青素的抗腫瘤活性可能與它在細(xì)胞間的信號(hào)傳導(dǎo)，與異型物質(zhì)代謝酶的誘導(dǎo)生成，與腫瘤細(xì)胞相關(guān)的免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)有關(guān) 。研究表明，蝦青素具有抑制黃曲霉素B1、苯丙芘（BaP）、二乙基亞硝酸（DEN）、亞硝胺和環(huán)磷酰胺等引起的致突變作用，蝦青素預(yù)防腫瘤的作用可以在腫瘤生成的不同階段起作用。如通過抑制腐胺產(chǎn)生，并降低精胺和亞精胺等游離多胺濃度，減少腫瘤誘發(fā)物形成；通過抗氧化作用保護(hù)皮膚免受紫外線的損害，阻止皮膚的光老化和防止誘發(fā)皮膚癌；通過加強(qiáng)正常細(xì)胞間的連接能力，把致癌物誘發(fā)的細(xì)胞放在一個(gè)擴(kuò)展的通訊網(wǎng)絡(luò)中，使其中的正常細(xì)胞占據(jù)優(yōu)勢(shì)，孤立癌細(xì)胞，減少癌細(xì)胞間的聯(lián)系，控制其生長(zhǎng)，防止腫瘤轉(zhuǎn)化；蝦青素還對(duì)癌細(xì)胞增殖有較強(qiáng)的抑制作用，高濃度的蝦青素能殺傷腫瘤細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，蝦青素能有效控制多種癌癥，如肝癌、口腔癌、大腸癌 、膀胱癌和乳腺癌。3

增強(qiáng)機(jī)體免疫力蝦青素能明顯增強(qiáng)機(jī)體局部和全身的免疫能力，這種免疫調(diào)節(jié)特性與抗氧化性相結(jié)合，在防止疾病的發(fā)生與傳播中發(fā)揮重要作用。實(shí)驗(yàn)表明，類胡蘿卜素可以減緩由衰老引起的免疫能力下降，提高機(jī)體免疫器官功能，增強(qiáng)對(duì)惡劣環(huán)境的抵抗力。更重要的是蝦青素能增強(qiáng)體內(nèi)T細(xì)胞的功能，增加嗜中性白細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞的數(shù)目，參與機(jī)體細(xì)胞免疫；蝦青素還可以增加免疫系統(tǒng)中B細(xì)胞的活力，消滅外源入侵的病原體，通過協(xié)助產(chǎn)生抗體并提高其他免疫組分的活性發(fā)揮作用，如促進(jìn)免疫球蛋白的產(chǎn)生，增加IgG（免疫球蛋白G）、IgA（免疫球蛋白A）和IgM（免疫球蛋白M）的生成量，增強(qiáng)體液免疫反應(yīng)能力，提高動(dòng)物的免疫力。3

著色作用類胡蘿卜素是水生動(dòng)物體內(nèi)的主要色素物質(zhì)，而蝦青素占水生動(dòng)物體內(nèi)類胡蘿素的大部分，因此可以說蝦青素是水生動(dòng)物體內(nèi)的主要色素物質(zhì)。蝦青素是類胡蘿卜素合成的終點(diǎn)，它進(jìn)入動(dòng)物體后可以不經(jīng)修飾或生化轉(zhuǎn)化而直接貯存在組織中，具有極強(qiáng)的色素沉積能力，使一些水生動(dòng)物的皮膚和肌肉出現(xiàn)健康而鮮艷的顏色，使禽蛋及禽的羽毛、皮膚、腳、項(xiàng)均呈現(xiàn)健康的金黃色或紅色。實(shí)驗(yàn)表明，飼料中添加蝦青素不僅使魚的表皮磷甲變?yōu)辄S色，而且肌肉中蝦青素的含量也增加了。3

蝦青素應(yīng)用食品及保健食品國外蝦青素已被作為食品添加劑用于食品的著色、保鮮及營養(yǎng)。蝦青素為脂溶性，具艷麗紅色和強(qiáng)抗氧化性能，對(duì)于食品尤其是含脂類較多的食品，既有著色效果又可起到保鮮作用。在日本，將含蝦青素的紅色油劑用于蔬菜、海藻和水果的腌漬已申請(qǐng)專利，用于飲料、面條、調(diào)料的著色也均有專利報(bào)道。國外早已開展利用蝦青素合成人類保健品的研究，針對(duì)其強(qiáng)化免疫系統(tǒng)功能、抗癌、保護(hù)視網(wǎng)膜免受紫外輻射和光氧化、抗炎、預(yù)防血液低密度脂蛋白（LDL）-膽固醇的氧化損傷等方面功效性，開發(fā)含蝦青素的保健品。3

藥品利用蝦青素的抗氧化及免疫促進(jìn)作用可以做成藥物用來預(yù)防氧化組織損傷。研究表明，蝦青素能通過血腦屏障，保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)尤其是大腦和脊柱的能力，能有效治療缺血性的重復(fù)灌注損傷、脊髓損傷、Parkinson氏綜合癥、Alzheimer氏綜合癥等中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷；有效防止視網(wǎng)膜的氧化和感光器細(xì)胞的損傷，改善視網(wǎng)膜功能方面具有良好效果，該研究成果已有專利申請(qǐng)。研究表明，給小鼠飼喂富含蝦青素的紅生球藻粉，能顯著降低幽門螺桿菌對(duì)胃的附著和感染，在此基礎(chǔ)上，國外已開發(fā)了口服制劑作為抗感染藥物。蝦青素的抗氧化性能還可用于預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化及相關(guān)疾病，通過降低或抑制血液中低密度脂蛋白（LDL）的氧化，使得血管壁上的沉積物減少，從而減少了動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生，蝦青素在體內(nèi)還具有升高高密度脂蛋白（HDL），因此將其用做預(yù)防動(dòng)脈硬化、冠心病和缺血性腦損傷的制劑；除此外蝦青素還可作為普通的抗生物過氧化劑、抗癌劑以及治療不育癥，促進(jìn)胚胎和精子的發(fā)育。3

飼料工業(yè)蝦青素最大的市場(chǎng)是在飼料工業(yè)，它可以作為主要用作魚類（鮭魚、鱘魚、虹鱒魚、真鯛等）和蝦蟹等甲殼類動(dòng)物及家禽的飼料添加劑。蝦青素作為水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的著色劑，可以使水生動(dòng)物呈現(xiàn)鮮艷的色澤，使其具有更高的觀賞性；在家禽飼料中添加蝦青素可增加雞蛋蛋黃色素含量；它還可以提高母雞的產(chǎn)蛋率，促進(jìn)蛋雞的健康。蝦青素在防治魚類、蝦蟹及禽類疾病方面有與對(duì)人類同樣的功用，可提高免疫力、提高成活率，對(duì)其正常生長(zhǎng)和健康養(yǎng)殖、提高存活率及繁殖率具有重要的作用。蝦青素還能夠增加魚類的風(fēng)味，其可直接作為形成鮭魚食品風(fēng)味的前體化合物，也可促進(jìn)脂肪酸或其他脂類前體物轉(zhuǎn)化成鮭魚的風(fēng)味化合物。3

化妝品蝦青素作為新型化妝品原料，以其優(yōu)良的特性廣泛應(yīng)用于膏霜、乳劑、唇用香脂、護(hù)膚品等各類化妝品中。特別是在高級(jí)化妝品領(lǐng)域，天然蝦青素以其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，通過其抗氧作用，可以高效地猝滅紫外線引起的自由基，防止皮膚光老化、減少UVA和UVB對(duì)皮膚的傷害、防止皮膚癌的產(chǎn)生、延緩細(xì)胞衰老、減少皮膚皺紋、減少黑色素沉積、減少雀斑產(chǎn)生，可保持水分，讓皮膚更有彈性、張力和潤(rùn)澤感。日本已有利用蝦青素的抗光敏作用生產(chǎn)化妝品的專利。3

安全性人類日常食用的天然蝦蟹、魚類等水生動(dòng)物中皆含有豐富的天然蝦青素，人類日常食用沒有出現(xiàn)不良反應(yīng)和中毒癥狀，故天然蝦青素對(duì)人類和動(dòng)物是安全的，試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)。美國某公司經(jīng)過系統(tǒng)的人體安全性試驗(yàn)，對(duì)2組健康成年人每天分別以19.25mg和3.85mg劑量服用雨生紅球藻粉補(bǔ)充蝦青素，試驗(yàn)后經(jīng)過詳細(xì)監(jiān)測(cè)以及全面分析，口服富含天然蝦青素的雨生紅球藻藻粉對(duì)人體無致病效應(yīng)或毒副作用。但化學(xué)合成蝦青素，由于合成過程可能被其他有害物質(zhì)污染，產(chǎn)品中還含有大量的順式異構(gòu)體，其生物利用安全性降低，因此化學(xué)合成的蝦青素在食品、飼料、醫(yī)藥品及化妝品上的應(yīng)用受到很大的限制。3

蝦青素生產(chǎn)提取來源自然界的蝦青素來源于藻類、細(xì)菌、浮游植物。一些水生物種包括蝦蟹在內(nèi)的甲殼類動(dòng)物，由于長(zhǎng)期食用這些藻類、細(xì)菌和浮游植物而外表呈現(xiàn)紅色，它們又被三文魚、加力魚等魚類，火烈鳥、雞、鴨等鳥類、家禽捕食，色素儲(chǔ)存在皮膚和脂肪組織中使它們的皮膚和羽毛也呈現(xiàn)紅色。因此，天然蝦青素也可從甲殼類動(dòng)物、魚類、鳥類、家禽類中獲得。4

研究發(fā)現(xiàn)很多種類的藻類如雪藻、衣藻、裸藻、傘藻等都含有蝦青素，其中雨生紅球藻對(duì)蝦青素的積累量最高可達(dá)到細(xì)胞干重的4%，積累速率和生產(chǎn)總量比其它綠藻類高，是目前公認(rèn)生產(chǎn)天然蝦青素最好的生物來源。細(xì)菌由于受其自身因素的影響，利用價(jià)值較低。紅法夫酵母被認(rèn)為是目前真菌發(fā)酵生產(chǎn)中最為合適的蝦青素來源。從紅法夫酵母中提取蝦青素是生產(chǎn)蝦青素的主要途徑之一。4

雨生紅球藻（H.pluvialiso）是一種單細(xì)胞生物，在培養(yǎng)過程中，在氮源充足時(shí)，可以促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)；在氮源缺乏時(shí)，則能刺激細(xì)胞產(chǎn)生并在體內(nèi)積累蝦青素。雨生紅球藻生產(chǎn)蝦青素具有細(xì)胞繁殖快、培養(yǎng)簡(jiǎn)單、易于提取的特點(diǎn)，且藻粉可直接應(yīng)用于食品及飼料工業(yè)，降低成本，因此被認(rèn)為是一種很有蝦青素生產(chǎn)前景的微藻。國外優(yōu)良的雨生紅球藻藻體中蝦青素一般約占類胡蘿卜素總量的90%以上，其生產(chǎn)質(zhì)量較好，以酯化態(tài)的形式存在占總類胡蘿卜素的60%—80%，少量為游離態(tài)形式。但雨生紅球藻生長(zhǎng)條件相對(duì)要求高，培養(yǎng)周期長(zhǎng)，需光照和破壁釋放蝦青素等缺點(diǎn)。5

綠球藻（Chlorella zofingiensis）屬于綠藻門小球藻屬，具有容易培養(yǎng)、生長(zhǎng)快速、耐高溫和極端pH、易在戶外培養(yǎng)等特點(diǎn)。其合成蝦青素兼具紅發(fā)夫酵母和雨生紅球藻二者的部分優(yōu)勢(shì)特征，可以利用有機(jī)物如葡萄糖為碳源和能源在無光條件下快速合成蝦青素，最適生長(zhǎng)溫度和最適蝦青素合成溫度24℃都接近室溫。碳氮比越高越有利于蝦青素的合成。蝦青素以酯化態(tài)形式在細(xì)胞質(zhì)中大量積累，比較容易達(dá)到較高的細(xì)胞濃度，同時(shí)生長(zhǎng)繁殖與蝦青素的積累可同步進(jìn)行。這些特性有利于簡(jiǎn)化生產(chǎn)設(shè)備，節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，為大規(guī)模培養(yǎng)提供有利因素。但需要解決的是小球藻中蝦青素含量遠(yuǎn)低于雨生紅球藻中蝦青素的含量，可能是合成途徑的缺陷導(dǎo)致。因此，現(xiàn)階段有人利用基因工程手段，對(duì)蝦青素合成途中關(guān)鍵酶的基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，或引入外源基因優(yōu)化小球藻的蝦青素合成途徑，有可能突破生理水平常規(guī)誘導(dǎo)增產(chǎn)蝦青素的局限。5

另據(jù)報(bào)道，衣藻（halamidomonas）、裸藻（euglena）、傘藻（acetabularin）等也含有一定量蝦青素。5

提取方法目前蝦青素的生產(chǎn)主要有化學(xué)合成和天然提取兩種方式，化學(xué)合成的蝦青素不僅價(jià)格昂貴，而且分子結(jié)構(gòu)生物學(xué)功能、應(yīng)用效果及生物安全性能方面和天然蝦青素存在顯著差異，進(jìn)而促使天然蝦青素的提取逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。4

隨著對(duì)蝦青素提取方法研究不斷深入，蝦青素生產(chǎn)工藝得到不斷優(yōu)化和升級(jí)，尤其是在蝦青素的分離和提純方面。目前天然蝦青素的生產(chǎn)方法主要有兩大類：生物發(fā)酵法和從甲殼類動(dòng)物加工下腳料中提取法。其具體的分離提純工藝有堿提法、油脂溶出法、有機(jī)溶劑萃取法、超臨界萃取法、酶解法、微波處理法等。4

典型的通過動(dòng)物甲殼超臨界萃取法提取蝦青素的工藝流程如下4：

蝦殼粉碎→稀酸處理→沖洗至中性→干燥→裝料→超臨界靜態(tài)萃取→超臨界循環(huán)萃取→收集→皂化→液相色譜分析純化→包裝→冷凍保藏4

從紅法夫酵母中提取蝦青素工藝流程為：4

紅法夫酵母菌體活化→接種→發(fā)酵→離心收集菌體→烘干→破壁處理→浸提→濃縮→分析提取蝦青素4

應(yīng)當(dāng)指出，動(dòng)物甲殼中的石灰質(zhì)會(huì)影響蝦青素產(chǎn)量，動(dòng)物甲殼提取法生產(chǎn)條件要求苛刻，生產(chǎn)成本高、產(chǎn)量較低、產(chǎn)品純度不高。因此，目前僅有少數(shù)國家應(yīng)用這種技術(shù)生產(chǎn)蝦青素。從紅法夫酵母中提取蝦青素產(chǎn)量高，但提取加工過程中可能存在污染物的殘留、濃縮等問題。4

天然提取從水產(chǎn)品加工廢棄物中提取蝦青素被廣泛利用，該法在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)，能夠降低生產(chǎn)加工廢水的色度、減少污染，常用堿提法、油溶法、有機(jī)溶劑法和超臨界CO2萃取法等。5

（1）堿提法

堿提法是用酸將水產(chǎn)品加工下腳料甲殼中的CaCO3溶解，用堿（NaOH+Na2CO3）將與蛋白質(zhì)結(jié)合的蝦青素分離，再將其中的蛋白質(zhì)溶出，達(dá)到提取蝦青素的目的。堿提法需消耗大量的酸、堿，其廢水對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，而且蝦青素在堿性環(huán)境下高溫處理時(shí)，被氧化成為鮮紅色的蝦紅素，因此堿提法所得到的不是蝦青素而是蝦紅素或蝦青素的其它降解產(chǎn)物。近年來對(duì)堿提法的研究報(bào)道較少。5

（2）油溶法

蝦青素的分子結(jié)構(gòu)使其具良好的脂溶性，在油中對(duì)熱有較好穩(wěn)定性，因此用油作為溶劑，通過油脂提取，然后再純化。該法所用油脂主要為可食用油脂類，最常見的是大豆油，提取時(shí)油溫最好控制在80℃以下，油溫較高也會(huì)影響蝦青素的穩(wěn)定性，油用量直接影響蝦青素的提取效率，提取后的純化可采用層析方法進(jìn)行。5

該法具有產(chǎn)品安全、提取效率高的特點(diǎn)，但提取物不易與高沸點(diǎn)的油分離，提取后含色素的油不易濃縮，故產(chǎn)品濃度不高，若要進(jìn)一步分離純化，需采用分子蒸餾等工藝，分離成本較高。5

（3）有機(jī)溶劑法

利用有機(jī)溶劑提取蝦青素，選擇沸點(diǎn)低的萃取劑提取，提取液經(jīng)蒸發(fā)獲得到高濃度蝦青素油，蒸餾技術(shù)還可以使溶劑回收循環(huán)利用。常見的有機(jī)溶劑有丙酮、乙醇、乙醚、石油醚、二氯甲烷、氯仿、正己烷等。不同的溶劑提取效果不同，在研究中發(fā)現(xiàn)，丙酮的提取效果最好，而乙醇最差。為提高提取效率，采用減壓回流提取的方法，提取溫度最好控制在60℃左右。有機(jī)溶劑法提取可采用浸提和回流提取的方法，浸提法又可分為單罐多次重復(fù)萃取和索氏提取法；前者是將試樣放入勻漿器中提取，當(dāng)溶劑中的蝦青素濃度達(dá)到平衡后，將萃取液放出，再加溶劑進(jìn)行下一次萃取，重復(fù)多次直到原料中蝦青素完全提??；后者是改良的單罐多次重復(fù)萃取，其優(yōu)點(diǎn)是不斷用新鮮的溶劑進(jìn)行提取，萃取劑和原料始終保持最大的濃度差，加快了萃取速度，提高了萃取率，最后得到的萃取液濃度較高。5

（4）超臨界CO2萃取法

超臨界流體萃取技術(shù)就是利用臨界流體的特殊性質(zhì)，在高壓條件下與待分離的固體或液體混合物接觸，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的操作壓力和溫度，萃取出所需要的物質(zhì)，隨后通過降壓或升溫的方法，降低超臨界流體的密度，使萃取物得到分離。5

超臨界CO2萃取得到的產(chǎn)品具有純度高、溶劑殘留少、無毒副作用等優(yōu)點(diǎn)，與其它方法比較，該法可以避免蝦青素的降解，得到高品質(zhì)的產(chǎn)品，又可以有效地提取蝦青素，但由于設(shè)備前期投資大、生產(chǎn)技術(shù)要求高，目前用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)尚存在一定困難。5

除上述方法外，還有人利用酶法提取蝦青素，選用某種較好的絮凝劑將蛋白質(zhì)和蝦青素回收絮凝，然后采用酸性蛋白酶和中性蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行酶解，同時(shí)分離獲得蝦青素；還有將堿法和有機(jī)溶劑法結(jié)合的復(fù)合工藝提取蝦青素等。但是水產(chǎn)品加工下腳料提取蝦青素受到多方面制約，如下腳料的衛(wèi)生問題、生產(chǎn)的環(huán)境問題、提取物的污染變質(zhì)、廢棄物原料中蝦青素含量高低變化對(duì)提取成本的影響，以及原料中的幾丁質(zhì)、灰分、濕度都限制蝦青素的提取。5

（5）紅發(fā)夫酵母生產(chǎn)

1976年首次在紅發(fā)夫酵母（Phaffia rhodozyma）中發(fā)現(xiàn)蝦青素，紅發(fā)夫酵母屬于擔(dān)子菌綱的紅發(fā)夫酵母屬，是唯一天然可產(chǎn)蝦青素的酵母，其反式蝦青素已于2000年獲得FDA批準(zhǔn)，用于食品添加劑。紅發(fā)夫酵母以單細(xì)胞為主，有時(shí)形成假菌絲，繁殖方式為無性繁殖的芽殖，無有性繁殖，細(xì)胞中不但含有豐富的蛋白質(zhì)、脂類、維生素，而且還含有大量的不飽和脂肪酸及多種蝦青素的前體，其生長(zhǎng)的溫度范圍0—27℃。在野生酵母所產(chǎn)的10多種類胡蘿卜素中，蝦青素是最大的組分，占總類胡蘿卜素的40%—95%。5

紅發(fā)夫酵母已成為工業(yè)化生產(chǎn)蝦青素的優(yōu)良菌種，其生產(chǎn)蝦青素的特點(diǎn)是：紅發(fā)夫酵母不需要光照，能利用多種糖作為碳源進(jìn)行快速異養(yǎng)代謝，發(fā)酵周期短，生產(chǎn)速度快，能夠在發(fā)酵罐中實(shí)現(xiàn)高密度培養(yǎng)，以及色素提取后菌體單細(xì)胞蛋白可作為餌料、飼料添加劑等。5

另外，有人利用從葡萄園土壤中分離出的粘紅酵母，經(jīng)過紫外線和EMS誘變處理獲得的突變株產(chǎn)生蝦青素，還有人從保加利亞酸奶中分離出一種深紅酵母（Phadotoralarubra），從南極海冰中分離的酵母菌也有合成蝦青素的能力，這都有可能成為獲取蝦青素的新途徑。5

化學(xué)合成由β-胡蘿卜素轉(zhuǎn)變?yōu)槲r青素需加上2個(gè)酮基和2個(gè)羥基，化學(xué)合成比較困難，且產(chǎn)物大多為順式結(jié)構(gòu)，而生物合成需要的蝦青素大多數(shù)為反式結(jié)構(gòu)。蝦青素的合成需經(jīng)多步化學(xué)和生物催化反應(yīng)才能完成，其中生物催化作用是選擇確定合成過程中間體碳原子的立體構(gòu)型或氧原子的取代位置，化學(xué)合成的主要前體物質(zhì)為（S）-3-乙酸基-4-氧代-β-紫蘿酮，它是由不同的微生物對(duì)（R）-萜烯醇醋酸鹽的不對(duì)稱水解，后經(jīng)萃取、反流分布及重結(jié)晶等技術(shù)處理所得產(chǎn)物，這種前體物質(zhì)經(jīng)過反應(yīng)轉(zhuǎn)化為含15個(gè)碳原子的維悌希鹽，最后由2個(gè)維悌希鹽與1個(gè)含10個(gè)碳原子的雙醛反應(yīng)生成蝦青素，該工藝十分復(fù)雜，合成比較困難，世界上只有個(gè)別企業(yè)用化學(xué)合成法工業(yè)化生產(chǎn)蝦青素，且合成的反式蝦青素價(jià)格昂貴。5

其它方法除天然提取、化學(xué)合成等2種生產(chǎn)蝦青素的方法外，還可利用細(xì)菌、原生動(dòng)物、農(nóng)作物體內(nèi)的β-胡蘿卜素作為前體物質(zhì)，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將合成蝦青素的酶轉(zhuǎn)入相應(yīng)農(nóng)作物中合成蝦青素。但目前，這種生產(chǎn)蝦青素的方法僅僅處于實(shí)驗(yàn)研究中。5

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

包申旭 - 教授 - 武漢理工大學(xué)