一、蝦青素是從哪里提取的

自然界的蝦青素來源于藻類、細菌、浮游植物。一些水生物種包括蝦蟹在內(nèi)的甲殼類動物，由于長期食用這些藻類、細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到細胞干重的4%，積累速率和生產(chǎn)總量比其它綠藻類高，是目前公認生產(chǎn)天然蝦青素最好的生物來源。細菌由于受其自身因素的影響，利用價值較低。紅法夫酵母被認為是目前真菌發(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）是一種單細胞生物，在培養(yǎng)過程中，在氮源充足時，可以促進細胞生長；在氮源缺乏時，則能刺激細胞產(chǎn)生并在體內(nèi)積累蝦青素。雨生紅球藻生產(chǎn)蝦青素具有細胞繁殖快、培養(yǎng)簡單、易于提取的特點，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。

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。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)形式在細胞質(zhì)中大量積累，比較容易達到較高的細胞濃度，同時生長繁殖與蝦青素的積累可同步進行。這些特性有利于簡化生產(chǎn)設(shè)備，節(jié)約生產(chǎn)時間，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)鍵酶的基因表達進行調(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，動物甲殼中的石灰質(zhì)會影響蝦青素產(chǎn)量，動物甲殼提取法生產(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)濟收益的同時，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)境污染嚴重，而且蝦青素在堿性環(huán)境下高溫處理時，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，提取時油溫最好控制在80℃以下，油溫較高也會影響蝦青素的穩(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行。

該法具有產(chǎn)品安全、提取效率高的特點，但提取物不易與高沸點的油分離，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、有機溶劑法

利用有機溶劑提取蝦青素，選擇沸點低的萃取劑提取，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到平衡后，將萃取液放出，再加溶劑進行下一次萃取，重復(fù)多次直到原料中蝦青素完全提取；后者是改良的單罐多次重復(fù)萃取，其優(yōu)點是不斷用新鮮的溶劑進行提取，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，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)進行酶解，同時分離獲得蝦青素；還有將堿法和有機溶劑法結(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)夫酵母以單細胞為主，有時形成假菌絲，繁殖方式為無性繁殖的芽殖，無有性繁殖，細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)蝦青素的特點是：紅發(fā)夫酵母不需要光照，能利用多種糖作為碳源進行快速異養(yǎng)代謝，發(fā)酵周期短，生產(chǎn)速度快，能夠在發(fā)酵罐中實現(xiàn)高密度培養(yǎng)，以及色素提取后菌體單細胞蛋白可作為餌料、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個酮基和2個羥基，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個碳原子的維悌希鹽，最后由2個維悌希鹽與1個含10個碳原子的雙醛反應(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，還可利用細菌、原生動物、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驗研究中。