天然色素虾青素的研究进展

一、虾青素的结构和特性

虾青素（Astaxanthin）是发现于某些水生动物体内的一种类胡萝卜素，又名虾黄素，化学名称为3，3′2 二羟基24，4′2 二酮基2β，β′2 胡萝卜素，分子式为C40H52O4，相对分子质量为596。虾青素的色泽为粉红色，不溶于水，易溶于大部分有机溶剂，在酸、氧、高温及紫外光条件下均不稳定，易氧化降解。

二、虾青素的生物活

1.显著的抗氧化功能

虾青素的重要性质在于它的抗氧化性，它是一种优良的抗氧化剂，在猝灭自由基方面起着重要的作用。在虾青素分子中，有很长的共轭双键、羟基和在共轭双键链末端的不饱和的酮基，其中羟基和酮基又构成α2羟基酮。这些结构都具有比较活泼的电子效应，能向自由基提供电子或吸引自由基的未配对电子。可见虾青素的结构特点使其极易与自由基反应而清除自由基，起到抗氧化作用。一些研究者的研究证明了虾青素所具有的优异的生物学功能，诸如抗氧化、代维生素A活性等。

2.抗癌作用

虾青素具有很强的抗癌作用。有人研究了虾青素等类胡萝卜素对黄曲霉毒素B1 引发肝致癌作用的影响，发现虾青素、β-胡萝卜素及3-甲基胆蒽在降低肝癌病灶的数目和小方面效果显著，而番茄红素和过量VA 无效。给由二乙基亚硝胺（DEN）或α-硝基丙烷引发肺肿瘤的鼠喂饲3或4周的虾青素，可显著降低肺肿瘤病灶的大小与数目。

3.增强免疫作用

科学家研究了虾青素和β-胡萝卜素对小鼠淋巴细胞体外组织培养系统的免疫调节效应，结果表明免疫调节作用与有无VA 活性无关，虾青素表现出更强的免疫调节作用。

4.显著的着色作用

虾青素是类胡萝卜素合成的终点，它进入动物体后可以不经修饰或生化转化而直接贮存在组织中，使一些水生动物的皮肤和肌肉出现健康而鲜艳的颜色（与“瘦肉精”不同），使禽蛋及禽的羽毛、皮肤、脚、项均呈现健康的金黄色或红色。釜田忠等人1990年在虹鳟鱼饲料中添加含0.1%虾青素的金盏花花瓣的提取物时发现：不仅鱼的表皮磷甲变为黄色，而且肌肉中虾青素的含量也增加了。因此，虾青素是鱼类饲料中的首选色素。

5.促进生长繁殖的作用

水生动物的卵子中虾青素的含量很高，这种高含量的虾青素可削弱鱼对光的敏感度，促进鱼类的生长繁殖，它作为激素能促进鱼卵受精，减少胚胎发育的死亡率，加快个体生长，增加成熟速度和生殖力。研究表明，在独角虾饲料中添加50 mg/ kg的虾青素，可明显提高虾的存活率、增重和饲料转化率。虾青素还能提高家禽的产蛋率。

三、来源

虾青素的生产方法主要有2种，即天然提取和化学合成。

1.虾青素的天然提取

天然的虾青素常存在于某些动物、藻类及微生物体内，特别是虾、蟹、鱼和鸟类的羽毛。其生产可分为从动物及其副产品中提取，从藻类中提取和采用酵母培养生产。

从水产品废弃物中提取虾青素：由于水产品废弃物中虾青素含量低，提取费用高，而且由于资源限制，这种方法不适合作为虾青素的大规模来源。但由于目前还没有找到更好的方法，国外仍然使用这种方法提取虾青素。近年来，挪威等国采用青贮技术处理水产废弃物，使回收率提高了10%，且纯度大大提高。实践证明，在青贮过程中加入无机酸或有机酸，会破坏虾青素与蛋白质或骨骼部分的结合，从而增加虾青素的释放量。

2.化学合成

由β-胡萝卜素转变为虾青素需加上2个酮基和2个羟基，化学合成比较困难，且产物大多为顺式结构（生物合成及需要的虾青素大多数为反式结构）。到目前为止用化学合成法来工业化生产虾青素的企业只有瑞士Hofflnann - In - Roche 公司，其商品名为Carophyll pink，全反式虾青素含量为5 %～10 %。因用发酵法生产的虾青素含量较低，故化学合成的虾青素具有一定的竞争优势。虾青素的合成需经多步化学和生物催化反应才能完成，其中生物催化的作用是选择确定合成过程中中间体碳原子的立体构型或氧原子的取代位置。化学合成的主要前体物质为（S）-3-乙酸基-4-氧代-β- 紫萝酮，它是由不同的微生物对（ R）-萜烯醇醋酸盐的不对称水解，后经萃取、反流分布及重结晶等技术处理所得的产物，这种前体物质经过反应转化为含15个碳原子的维悌希盐，最后由2个含15个碳原子的维悌希盐与一个含10 个碳原子的双醛发生反应生成虾青素。

四、国内外研究状况

虾青素早在20 世纪30 年代已从虾蟹壳中分离出来，直到20 世纪80 年代中期才对其生物学功能进行广泛研究。由于虾青素重要的生理功能及经济价值，近年来受到国内外的广泛研究。

虾青素在食品添加剂、化妆品、保健品、水产养殖和医药等方面的应用具有很大的潜力，随着水产养殖和食品医药等工业的发展，对虾青素的需求会不断增加。

目前从水产品废弃物中提取虾青素普遍存在虾青素含量低、提取费用高的缺点，不能满足大规模商业化生产的需要。利用现代生物技术选育高产虾青素菌株的研究在国外早已展开，而我国在这方面的研究很少，开展这方面的研究不仅具有理论价值，而且具有广阔的应用开发前景。我国应加紧开展这方面的研究。