一、蝦青素是從哪里提取的

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。

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。

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；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。但雨生紅球藻生長條件相對要求高，培養(yǎng)周期長，需光照和破壁釋放蝦青素等缺點(diǎn)。

綠球藻（Chlorella zofingiensis）屬于綠藻門小球藻屬，具有容易培養(yǎng)、生長快速、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)生長繁殖與蝦青素的積累可同步進(jìn)行。這些特性有利于簡化生產(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。

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。

二、蝦青素的提取方法

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。

隨著對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，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。

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 ：

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

從紅法夫酵母中提取蝦青素工藝流程為：

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

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。

（一）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。

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。近年來對堿提法的研究報(bào)道較少。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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%。

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。

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。

（二）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（R）-萜烯醇醋酸鹽的不對稱水解，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。

（三）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。