蝦青素，3，3 '-二羥基-4，4 '-二酮-β，β-胡蘿蔔素，是壹種酮基類胡蘿蔔素，顏色為粉紅色，脂溶性，不溶於水，溶於氯仿、丙酮、苯、二硫化碳等有機溶劑。它廣泛存在於生物界，特別是水生動物的蝦、蟹、魚、鳥的羽毛中，在顏色發育中起作用。它可以調節色素的沈積，與葉黃素不同。在飼料中加入蝦青素，食用後沈積在家禽的蛋黃中，可以加深顏色。蝦青素是壹種類胡蘿蔔素，不是維生素A的來源，在動物體內不能轉化為維生素A，但蝦青素是壹種斷鏈抗氧化劑，抗氧化能力很強。動物實驗表明，蝦青素能清除NO2、硫化物和二硫化物，減少脂質過氧化，有效抑制自由基引起的脂質過氧化。此外，蝦青素還具有抑制腫瘤發生、增強免疫功能等強大的生理功能。因此，在食品添加劑、水產養殖、化妝品、保健品和醫藥行業具有廣闊的應用前景。隨著高檔水產養殖業的快速發展，從20世紀80年代中期開始，蝦青素就有了巨大的市場需求，近年來還有急劇增加的趨勢。
2蝦青素的來源
2.1化學合成
蝦青素是類胡蘿蔔素合成的終點，需要加入兩個酮基和羥基才能將brta-胡蘿蔔素轉化為蝦青素。人工化學合成難度大，多為J型結構。美國食品和藥物管理局(美國食品藥品監督管理局)只批準反式蝦青素作為水產養殖的添加劑。因此，人工合成的反式蝦青素價格昂貴(目前國際市場價格約為2000美元/公斤)，限制了其廣泛應用。目前，化學合成蝦青素仍然具有壹定的競爭優勢，因為生物來源的蝦青素含量不夠高。瑞士的F. Hoffmann-Latoche完成了全反式蝦綠。
維生素A的合成被批準作為鮭魚的飼料添加劑。盡管如此，壹些含有蝦青素的微生物具有生長速度快、發酵周期短的優點，從蝦青素中提取的單細胞蛋白可用作餌料和飼料添加劑。隨著全天然食品在全球的興起，將逐漸成為當前研究的重點。
2.2生物來源
相比之下，從生物中提取的蝦青素多為反式結構，使用安全環保，發展前景廣闊。目前蝦青素的生物來源主要是從水產品加工業的廢棄物中提取，通過微生物發酵生產。
2.2.1從水產品加工業的廢棄物中提取蝦青素
目前，國外小龍蝦加工業每年有654.38+00萬噸甲殼類水產品廢棄物。用聚合劑萃取體系可從其中提取蝦青素、蝦青素酯和蝦青素，產率可達654.38+053 ug (g廢料)。據分析，蝦青素占提取類胡蘿蔔素的90%以上。最近，挪威海洋漁業采用青貯技術處理廢物。青貯處理後，回收率提高了65438±00%，蝦青素的純度也大大提高。
由於水產廢棄物中蝦青素含量低，提取成本高，且由於資源限制，該方法不適合作為蝦青素的大規模來源，發展潛力不大。但是因為還沒有找到更好的方法，所以這種方法在國外還是存在的。
2.2.2微生物發酵生產
蝦青素在微生物群落中的分布有點類似於角黃素。發現能產生蝦青素的微生物有:真菌擔子菌(Phaffia)的壹個屬，兩株同化碳氫化合物的細菌和許多缺氮環境中的綠藻。
(1)培養藻類生產蝦青素
在眾多能產生蝦青素的藻類中，雨生紅球藻是壹種重要的蝦青素產生菌，曾被認為是壹種很有希望商業化生產蝦青素的微藻。這種藻類不僅可以進行自養生活，也可以進行異養生活。在培養過程中，如果缺乏氮源，蝦青素就會在藻類中積累。目前，國外優良雨生紅球藻中蝦青素的含量高達0.2%-2%，壹般占總類胡蘿蔔素的90%以上。此外，小球藻。具有耐高溫、極端pH值、生長速度快、易於室外培養的優點，被認為是壹種具有大規模生產蝦青素潛力的藻類。但藻類自養期長，生產場地因需要光照而受到壹定限制，藻類很難破壁釋放蝦青素。所以很難進行大規模生產。
(2)利用細菌生產蝦青素
已知能產生蝦青素的細菌有兩株:乳分支桿菌，只在烴類培養基上產生蝦青素，在營養瓊脂上不產生蝦青素；另壹種菌株Bevibacterium 103生長在石油中。發酵結束時，生物量為3克/升，色素含量僅為0.03毫克/克..考慮到烴類發酵的缺點，其低產量和酵母的可獲得性，看來上述兩種細菌在生物技術中的應用前景廣闊
這是不可能的。
(3)利用法夫酵母生產蝦青素。
1976，安&；母羊和法夫在紅發夫酵母中發現了蝦青素，引起了極大的關註。此後，許多生物技術公司在紅發夫酵母的研究方面做出了相當大的努力，並取得了壹些進展。
3紅發夫酵母生產蝦青素的研究進展
法夫酵母(Phaffia rhodozyma)是由1970從日本阿拉斯加和北海道山區落葉喬木的滲出物中分離出來的。後來被鑒定為擔子菌的壹個新屬，命名為法夫菌屬。紅發夫酵母(Phaffia rhodozyma)在擔子菌中非常特殊，主要是因為它能發酵糖類並含有蝦青素，這與其他紅酵母嚴格的好氧性不同。色素主要是β-胡蘿蔔素或單環胡蘿蔔素。在紅發夫酵母中發現蝦青素後不久，人們就開始研究蝦青素作為飼料添加劑在魚和家禽飼料中應用的可行性及其對生物色素形成的影響，並取得了良好的效果。在隨後20年的研究中，人們的研究精力主要集中在以下三個方面:(1)菌株改良；(2)發酵過程的優化；(3)細胞中蝦青素的提取。
3.1蝦青素生產菌株的選育
現在人們已經把註意力集中在蝦青素高產突變體的選育上。近年來，國內外學者在這壹領域取得了很大進展。
已經取得了壹些進展。例如，獲得的紅發夫酵母突變體的蝦青素含量增加了23.2%，達到65，438+0，500 NV/(kg幹細胞)。利用酒精廢培養基篩選出法夫酵母NRRLY-17269突變株JB2，在5L發酵罐實驗中類胡蘿蔔素產量為(2010+170)mg/1kg幹細胞。此外，開展了利用DNA重組技術構建蝦青素高產基因工程菌的研究，在紅發夫酵母轉化體系、蝦青素生物合成關鍵酶和酶的編碼基因等方面取得了壹定進展。
3.2生產技術的研究進展
3.2.1發酵最佳條件控制
蝦青素的產生不僅與菌株有關，還與培養條件有關。以法夫酵母UCD67-210為實驗菌株，對影響發酵的幾個重要參數，如pH值、溫度、碳源種類和濃度、溶解氧和光照進行了研究。最佳發酵參數為:pH 5.0溫度為20-22 ℃;最佳碳源、纖維二糖、糖濃度超過1.5%會降低單位重量細胞的蝦青素含量；但由於生物量的增加，單位體積的蝦青素含量會增加；溶解氧3.6 ~ 108 RM nol/(l . h)；光照對蝦青素影響不大。在連續培養的研究中
在線控制法夫酵母的pH值時，發現葡萄糖溶液的pH值(5.02)高於培養基的pH值(5.00)，法夫酵母的生長相對較慢(0.055 h-1)。當糖的pH值控制在4.98時，生長速率達到0.095 h-1。同時還發現，加糖的時間間隔對酵母的生長有重要影響。用法夫酵母NCHU-FS501研究葡萄糖濃度對蝦青素產量的影響時，發現當葡萄糖濃度達到35g/L時，蝦青素產量達到16.33mg/L；當葡萄糖的質量濃度達到或超過45 g/L時，蝦青素的形成受到抑制。最近，法國學者以甘油為碳源培養法夫酵母PRl90，使蝦青素產量從0.78 mg/(g幹細胞)提高。
高達0.97毫克/(克幹細胞)。結果表明，當酵母的生長速率為0.075 h-1時，蝦青素產量最高。發酵168h後，蝦青素產量可達33.7 mg/L (1 800 t，g/(g幹細胞))。然而，墨西哥學者使用絲蘭棗的汁液作為唯壹的碳源。當還原糖濃度為22.5 E/I時，蝦青素產量達到6.1.70 mg/L，是YM培養基的2.5倍。值得壹提的是，加入番茄汁時，可能含有蝦青素的前體，會增加色素含量。國內學者對紅發夫酵母生產蝦青素的搖瓶條件進行了優化，最高蝦青素產量為11.63mg/L(1.770 ug/(g幹細胞))。總的來說，僅僅通過優化發酵培養基來提高蝦青素含量沒有突破。
3.2.2降低發酵成本
除了蝦青素產量低，影響紅發夫酵母商業化應用的另壹個不利因素是紅發夫酵母生長所需的培養基成本相對較高(在酵母氮基培養基中添加糖)。壹些廉價的食品加工廢棄物，如苜蓿渣，能有效促進酵母增殖，但同時抑制蝦青素的形成，這是由於皂苷的存在。從澱粉和酒精廢液中篩選出法夫酵母NRRLY-17269突變株JB2，在酒糟中培養類胡蘿蔔素1 330-1 750 mg/(kg幹物質)，大大降低了培養基成本。也有報道說糖蜜被用作
壹種廉價的發酵原料，代替葡萄糖作為碳源，培養紅發夫酵母，可使蝦青素產量提高3倍左右，達到15.3 mg/L，此外，水解木材或工農業固體廢棄物可大量獲得木糖，也是壹種廉價的碳源。有學者以木糖為碳源，工藝優化後蝦青素產量為5.2 mg/L。
3.3蝦青素的提取
目前蝦青素主要是通過各種方法提取，然後用有機溶劑提取。結果表明，乙醇的萃取率低於二甲基亞碸。國內學者用酸熱處理細胞，再用丙酮提取，效果也不錯。最近，日本學者培育了壹株鏈黴菌(Streptomyces rochei)DB-34，它能夠產生高活性的組成型裂解酶，並且這種酶表現出水解β-1，6-葡聚糖的活性。還發現在法夫酵母培養的後期加入這種酶可以有效地提取蝦青素。
紅發夫酵母作為飼料添加劑時，蝦青素只有破壁後才能沈積在魚或蛋黃中。為了更容易地釋放色素，在蒸餾水或檸檬酸緩沖液中預自動水解是壹種有前途的方法，或者堅韌的細胞壁可以被桿狀環狀菌分泌的酶水解。在加入芽孢桿菌之前，紅發夫酵母需要加熱滅活，然後調節其pH值。因此，將這兩種微生物混合使用更加方便，還有壹個好處就是無細胞培養液可以重復使用。因為它在發酵中使用壹些營養物質後仍能支持法夫酵母的生長，並且含有壹定量的裂解酶來修飾細胞壁。提出了混合發酵液過濾回收的工藝方案，以滿足規模化生產的環保要求。遺憾的是，混合發酵會在壹定程度上抑制蝦青素的產生。
4發展和應用前景
蝦青素已廣泛應用於食品、醫藥、化妝品和飼料的生產。蝦青素雖然是壹種類胡蘿蔔素，但它的壹些生物功能遠強於其他類胡蘿蔔素。蝦青素是脂溶性的，顏色鮮艷，抗氧化能力強。在食品中，不僅可以著色，還可以有效保鮮，防止變色、變味、變質。含蝦青素的紅油劑不僅可用於腌制蔬菜、海帶、水果，還可用於飲料、面條、調味料的著色，並有專利報道。蝦青素的抗光敏作用比β-胡蘿蔔素強，國外有含蝦青素的化妝品專利。制藥和食品工業利用蝦青素的抗氧化、抗炎和免疫促進作用作為防止氧化組織損傷和制備保健食品的藥物。同時，蝦青素顏色鮮艷，能與肌動蛋白非特異性結合。在水產飼料中添加蝦青素可以改善養殖魚類的皮膚和肌肉顏色，增加魚類的抗病能力。此外，蝦青素對魚類的生長和繁殖有重要作用，可作為激素促進魚卵受精，降低胚胎發育死亡率，促進個體生長，提高成熟率和繁殖力，也可作為營養物質促進家禽生長，提高產蛋率。毫無疑問，蝦青素具有強大的生理功能，應用廣泛。近年來，國內外對蝦青素的需求不斷增加。除了從水產品加工業的廢棄物中提取蝦青素外，利用酵母、藻類等微生物進行蝦青素的工業發酵，生產周期短，前景廣闊。然而，與其他成熟的發酵產品相比，微生物工業化生產蝦青素的規模相差甚遠，主要問題仍然是產量低和發酵成本高。因此，篩選高產菌株，改進發酵工藝，及時引入基因改良技術，提高產量，降低成本，有助於蝦青素的進壹步開發和應用。