1、虾青素1 一个小故事20 世纪初，科学家们发现了美国夏威夷的一种神奇藻类，后来命名为雨生红球藻。这种藻类通常情况下，处于绿色的游动阶段，受逆境胁迫时，就会转入红色的休眠阶段。经研究表明，休眠阶段呈现红色的物质就是虾青素。雨生红球藻比其他大多数藻类更能适应缺乏营养以及光线、温度和盐度的迅速且剧烈的变化，这是因为它具有迅速形成红色孢囊的能力。在有充足营养的清洁环境中，雨生红球藻就处于绿色的游动阶段，一旦环境恶化就会转化为具有抵抗力的红孢囊，并开始积累虾青素，也就是进入了它的红色休眠阶段。看来自然界的一些生物为了在恶劣的条件下得以生存，会通过积累虾青素来保护自己。那么我们聪明的人类从中得到什么启示呢
2、？2理化性质虾青素（ Astaxanthin），又名虾黄素、龙虾壳色素，化学名称为 3,3-二羟基-4,4-二酮基一 ,胡萝卜素，分子式为 C40H52O4，是一种酮式类胡萝卜素，含有两个羟基（OH）和两个酮基（O），其天然产物多数以酯的形式存在。虾青素是一种含氧的有机化合物，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。3虾青素四种生产方法2.1 虾蟹废弃物中提取（虾蟹废弃物中虾青素含量约为 80200mg/kg，即0.0080.02）。1）美国采用聚合剂提取系统提取虾青素，其生产率高达 153 g/g。2）挪威海洋工业采用青贮法处理废弃物的
3、技术，大大提高了虾青素的纯度和废弃物的回收率。3）国内主要利用废弃虾头壳生产虾肤蛋白、虾青素及甲壳素，采用德国先进酶解生物技术，每吨虾头壳可生产虾青素 0.5 kg 粗品。2.2 培养高含量虾青素的雨生红球藻，从中提取或直接销售藻粉。1）在瑞典及夏威夷，全封闭性光生物反应器正被应用于虾青素的生产，红球藻中虾青素最高可达 45。2）Igene 公司已建立了通过雨生红球藻生产天然虾青素成功的工业化模式，产品供不应求；已获工业化生产的还有 Cyanotech（）和Aquasearch ()。3）香港百信集团控股，中科院水生生物研究所的技术，在湖北荆州建成亚洲第一家规模化养殖雨生红球藻的企业（荆州市天
4、然虾青素有限公司），所得干燥的红球藻粉中，虾青素含量可达 1.52。4）2002 年曾经有江苏阳光(600220.SH)集团预备与 Aquasearch 公司合作在海南三亚生产天然虾青素，阳光集团在夏威夷考察后认为 Aquasearch 公司技术不成熟而放弃，之后曾考虑与武汉植物所合作未果。2.3 利用发夫酵母生物合成虾青素，再从中提取分离或直接将酵母分离出来，销售干燥的酵母粉。1）浙江大学，虾青素产量可达 40g/ml。2）刚刚在深圳上市的“新合成股份 002001.SZ”以及“海正药600267.SH”也将准备做虾青素（酵母法）。3）厦门永兴盛生物科技有限公司与集美大学生物工程学院合作项目
5、启动，“发酵法生产虾青素 3 吨罐发酵及分离提取中试、试产”。2.4 化学合成1）瑞士罗氏公司，其商品名为加丽素粉红（ Carophyllpink），虾青素含量为 5%10%。2）德国巴斯夫 BASF3）广济药业（000592.SZ）曾经宣布进入该领域，目前正与德国 BASF（巴斯夫）公司洽谈生产合成虾青素事宜。4不同来源虾青素的结构虾青素的分子结构中有两个手性碳原子，它们处于对称位置（分别为 C-3和 C-3），这样就存在了三种手性异构，分别为（ 3S,3S）、(3R,3S)和(3R,3 R)；另外，多个双键的存在，以及两个羰基的顺反方向不同，可使得分子结构呈现多种顺反异构，天然的虾青素中，
6、主要以全反式结构存在，少量存在几种顺式异构体，主要出现在 C-9、C-13 和 C-15 位。（1）.虾壳提取，虾青素结构以(3R,3R)为主。（2）.酵母菌发酵，虾青素结构以(3R,3R)为主。 （3）.红球藻培养，虾青素结构以（3S,3S）为主。（4）.化学合成，（3S,3S）、(3R,3S)和(3R,3R)三种结构均存在，它们的比例为1：2：1。5外界条件对雨生红球藻中虾青素积累的影响许多环境如光照、营养等都可以影响虾青素的形成，这些因素常常通过细胞内综合代谢而发生作用。（1）光照度 光照度不但对红球藻的生长是一个非常重要的因素，而且对红球藻虾青素的合成也是很重要的。普遍认为光照度对红球
7、藻的生长，特别是对红球藻内虾青素的合成是必需的。相反，也有人认为虾青素的合成可以在黑暗中进行，只是虾青素的合成速率在光照条件下比黑暗条件下高 7 倍。强光对红球藻的生长不利，特别是在红球藻的生长早期，强光显著地抑制红球藻的生长诱导促进虾青素的合成。红光比蓝光对红球藻的生长有利，而蓝光对虾青素的积累有利。（2）温度 温度对红球藻虾青素的生物合成的影响与光照度很相似，较高的温度可以促进虾青素的生物合成。据 Tjahjono 等报道，在 30条件下，红球藻的产量比 20培养条件高 25 倍。但是，Borowitzka 认为，最适合红球藻光合自养的温度在 2528之间。温度高于 30时，红球藻的生长受
8、到抑制。所以，较高的温度促进细胞内虾青素含量的增加，适用于红球藻培养的后期。（3）溶解氧 较低的溶解氧（50）有利于红球藻自养生长，而饱和的溶解氧则有利于红球藻的异养生长。溶解氧对红球藻虾青素含量的影响尚有待研究。（4）PH 值 PH 值对对红球藻虾青素细胞含量的影响目前尚未有详细报道。一般认为，最适合于红球藻生长的 pH 值为中性至微碱性，虽然红球藻在 pH=11 的条件下仍然可以生长和成活，但其生长速率很低。（5）培养液的流体剪切力的影响 通过对搅拌速度对红球藻的生长和虾青素的影响的研究，发现如果流体剪切力高于 0.05NM，则会阻碍红球藻的生长，促进虾青素的合成。（6）培养基的优化 醋酸
9、盐是应用于红球藻混合培养的比较好的碳源，它除了容易被红球藻利用于生长外，也很容易被红球藻吸收参与虾青素的合成。对于氮源的需求，科学家有不同意见，大多数认为低浓度的氮源对虾青素的合成有利。但 Goodwin 报道，如果红球藻在含有醋酸盐的培养基中，高浓度的氮源有利于虾青素的合成；此外，较高的亚铁离子浓度有利于虾青素的合成；低浓度的磷酸盐可以促进虾青素的合成，但并不显著抑制红球藻的生长。（7）环境条件的优化 除了对培养基的优化，其他环境条件如温度、PH、光照、溶解氧的优化组合对于提高红球藻虾青素的生长率也非常重要。但是适于红球藻生长与虾青素合成的条件往往是互相矛盾的，即当环境条件如温度，PH 值、
10、光照、溶解氧、培养基成分和浓度有利于红球藻生长时，虾青素的合成速率通常较低；而虾青素快速合成的时期发生在不利于红球藻生长的环境条件下。可采用分步培养的方法生产虾青素：首先利用红球藻的最优生长条件促使红球藻细胞于物质增加，然后改变条件使红球藻能快速合成虾青素。6药理作用6.1 抗氧化作用虾青素是一种链断裂型抗氧化剂，具有极强的抗氧化作用。Lee 等比较了共轭双键数不同的叶黄素、玉米黄质、番茄红素、异玉米黄素和虾青素 5 种类胡萝卜素及其衍生物在豆油光氧化作用中淬灭活性氧的作用，发现此作用随共轭双键的增加而增加，并以虾青素的作用为最强。Miki 以含亚铁离子的血红素蛋白作为自由基产生者，亚油酸为接
11、受者，用硫代巴比妥酸法检测各受试类胡萝卜素及其衍生物和 -生育酚(VE)清除自由基的半数效应剂量 ED50，研究发现清除自由基的能力虾青素最强。刘子贻等在研究中比较了虾壳中提取的虾青素和 生育酚对防止小鼠肝匀浆产生过氧化作用的结果表明，虾青素的抗氧化作用较 生育酚强千倍以上，因此有“超级VE”之称。虾青素也能有效地防止磷脂和其它脂类的过氧化。6.2 防治癌症Nishino 通过对天然类胡萝卜素及其衍生物抗癌作用的研究，发现虾青素具有较强的抗癌作用。Gradelet 等人研究了虾青素等类胡萝卜素对黄曲霉素 B1(AFB1)引发的肝致癌作用的影响：给大鼠饲喂 胡萝卜素、番茄红素(300mg/kg)
12、以及过量的 VA，腹腔注射AFB1，同时也注射 3-甲基胆蒽 (620mg/kg bw)，结果发现虾青素、 胡萝卜素及 3-甲基胆蒽在降低肝癌病灶的数目和大小方面效果显著，而番茄红素和过量的 VA 则无效。给小鼠饲喂致癌剂同时补充虾青素较对照组的各种口腔癌的发生率要低得多，虾青素组的结肠癌的发生率也显著降低(p 0.01)。膳食中补充虾青素能抑制乳房瘤的增长，其抑制率超过 5 0%，从而极大地降低了乳房癌的发病率，这种功能较 胡萝卜素和角黄素都要强。前列腺增大主要是由 5还原酶引起的，虾青素能够有效地抑制该酶的活性，因此补充虾青素被视为防止前列腺增生和前列腺癌的有效途径。虾青素的抗癌活性与其诱
13、导细胞间隙连接通讯(Cell gap junc-tion communication)密切相关，细胞间隙连接通讯对细胞的正常增殖分化及组织自身稳定起着重要调节作用。目前，细胞间隙连接通讯功能的抑制或破坏被认为是促癌变阶段的重要机制。6.3 增强免疫作用Jyonouchi 等研究了虾青素和类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，结果表明类胡萝卜素及其衍生物的免疫调节作用与有无 V A 活性无关，虾青素表现出更强的作用。体外实验表明，虾青素可显著促进小鼠脾细胞对胸腺依赖抗原(TDAg) 反应中抗体的产生，提高依赖于 T 专一抗原的体液免疫反应。人体血细胞的体外研究中也发现虾青素和类
14、胡萝卜素均显著促进 TDAg 刺激时的抗体产生，分泌 IgG 和 IgM 的细胞数增加。1994 年 Jyonouchi 等使用来自成年志愿者和足月新生婴儿(脐带血) 的血液样品，研究虾青素对由外周血液单核细胞在体外产生免疫球蛋白的影响，该研究结果显示了虾青素能提高人体免疫球蛋白的产生。6.4 光保护作用一旦暴露于强光尤其是紫外光下，细胞膜和组织就会产生单线态氧、自由基和光氧化的伤害。自然界中类胡萝卜素在抵御紫外光氧化中起着重要作用，经受阳光直射的组织中能够检测到类胡萝卜素的存在。与 -胡萝卜素和叶黄素相比，虾青素能更有效地防止脂类的紫外光氧化。眼睛和皮肤的紫外光伤害已引起了广泛的重视，因此虾
15、青素的紫外保护特性对于维护眼睛和皮肤的健康起着重要作用。6.5 预防心血管疾病临床医学研究表明，低密度脂蛋白(LDL) 的氧化是导致动脉硬化的重要原因，而高密度脂蛋白(HDL)与冠心病的危险性呈负相关，高含量的 HDL 能预防动脉粥状硬化。通常LDL 以非氧化状态存在，LDL 的氧化加速了动脉粥状硬化的发生。补充抗氧化剂能够降低动脉硬化的危险，流行病学和临床的数据表明，膳食中的抗氧化剂能预防心血管疾病。在人类血液中，虾青素由极低密度脂蛋白(VLDL)、L DL、和 HDL胆固醇携带，体外和临床试验证明每人每天口服 3.6mg 虾青素，连续 2 周，能预防 LDL-胆固醇的氧化。在动物研究中表明
16、虾青素具有显著提高 HDL 和降低 LDL 的功效，从而起到预防动脉硬化、冠心病和缺血性脑损伤等心血管疾病的作用。6.6 维护中枢神经系统的健康中枢神经系统(包括大脑、脊髓和外周神经 )富含不饱和脂肪酸、脂类和铁，代谢活性很高，极易受到氧化损伤，导致许多神经系统疾病的发生。已有大量的研究和临床证明氧化胁迫是神经系统疾病诱发的主要原因或者至少起到促进作用，包括 Huntington 氏综合症，帕金森(Parkinson) 综合症以及肌肉萎缩侧索硬化(ALS) 等。而摄入抗氧化剂含量高的食物能降低这类疾病的危险。6.7 抗炎作用在炎症发生的情况下，例如 Crohn 病中，吞噬细胞在发炎部位(肠粘膜
17、和肠腔内) 释放出有毒的活性氧和噬中性细胞，破坏了自由基和抗氧化剂之间原有的平衡，导致抗氧化剂水平的降低、氧化产物以及脂质过氧化水平的增加。研究表明，氧化剂与内皮细胞的炎症基因刺激有直接关系。活性氧也能加重哮喘伴随炎症和训练引起的肌肉损伤炎症。Kurashige 研究表明虾青素能减轻小鼠足部的肿胀现象，而 VE 没有此功效。1999 年Bennedsen 的研究发现虾青素可预防幽门螺杆菌(Helicobacter pylorio)的溃疡症状并可减轻胃炎。Mara 公司研究调查了红球藻虾青素产品 (Astafactor)对人类健康的影响，并与其它 26种著名的抗炎药物效果进行比较。结果显示服用虾
18、青素的急慢性患者的健康状况提高了 85%，虾青素和调查中的 92%的抗炎药物有同等的效果或更高；和 62 种包括阿司匹林在内的非处方(OTC)抗炎药相比，虾青素与其中 76%的药物具有同等的效力或更好。这些结果均说明虾青素的抗炎作用使其可作为一种营养和保健功能食品，用于治疗和预防由炎症引起的疾病。Bennedsen 等人的研究表明，给小鼠饲喂富含虾青素的雨生红球藻藻粉，能明显降低幽门螺杆菌对胃的附着和感染，为此国外已开发了虾青素口服剂作为抗胃病感染制剂。虾青素酯还具有抗感染药物配合剂的作用，与阿司匹林同时服用可加强后者的药效。7应用前景药品及保健食品行业：虾青素具有抗氧化、抗炎、促进免疫力等作
19、用，可以用于延缓衰老、预防心脑血管疾病、预防癌症、保护视力、提高机体免疫力等。化妆品行业：虾青素是自然界中抗氧化能力最强的类胡萝卜素，其抗氧化能力是维生素 E 的 550 倍。天然虾青素以其独特的分子结构，可以高效的淬灭紫外线引起的自由基，防止皮肤的光老化，减少紫外线对皮肤的伤害，防止皮肤癌的发生；可最大限度的消除细胞内有害自由基，延缓细胞衰老，减少皮肤皱纹，减少黑色素沉积，减少雀斑产生，可保持水分，让皮肤更有弹性、张力和润泽感。目前含有虾青素的相关美容化妆品已投入市场（保湿霜、保湿水、美容液及眼霜）。高级着色剂：虾青素为脂溶性，具艳丽红色和强抗氧化性能，对于食品，尤其含脂质较多的食品，不仅着
20、色还可有效地起到保鲜、防止变色、变味、变质的作用。含虾青素的红色油剂用于蔬菜、海藻和水果的腌渍，用于饮料、面条、调料的着色均有专利报道。还用于高附加值的养殖业，比如：大马哈鱼、鳟鱼和三文鱼的养殖。在饲料中添加一定量的虾青素，鱼吃了这种饲料，就会呈现亮丽的红色，总之，虾青素在保健食品、制药业、化妆品、食品添加剂中都有着广阔的应用前景。附：相关市场信息（1） 、荆州市天然虾青素有限公司 该公司是从事规模化养殖天然雨生红球藻生产虾青素企业，该项目总投资 1.72 亿元，分四期完成。一期工程 2004 年 4 月至 2006 年 4 月完成，投资 2850 万元，其中国家创新基金 80 万元，荆州市财
21、政局拨款 14 万元，企业自筹 2756 万元；二期工程 2006 年 8 月至2007 年 10 月完成，预计投资 4000 万元，进一步扩大养殖规模；三期工程 2007 年 10 月至2008 年 10 月完成，投资规模 8000 万元，用于产品的深加工及 GMP 车间的建设；四期工程2008 年 10 月至 2009 年 4 月完成，投资 2350 万元，进一步改善企业的生产环境及配套设施。（2） 、浙江新和成股份有限公司公司将原先年产 6 吨虾青素项目扩大为年产 500 吨虾青素(益生粉红素) 微囊项目。募集资金金额为 12320 万元，不足部分由公司自筹解决。进入试产的 500 吨/
22、年（10含量）虾青素微胶囊项目受技术限制，产品质量不稳定，订单来源有限，试产效果不理想。（3） 、杭州达美化工主要从事虾青素生产、销售和科研开发，是和浙大精细化工合资组建的项目公司。从水产加工废弃物中提取虾青素（从虾壳、蟹壳提取虾青素） 。（4） 、瑞典拜耳立公司世界知名保健药品公司，主要生产天然虾青素系列产品，包括虾青素胶囊、虾青素软胶囊。（5） 、美国德玛依Derma E 恢复青春精华眼霜 14g 价格：RMB240 / 支Derma E 精华抗老保湿面膜 112g 价格：RMB210 / 支（6） 、KOSE 系列虾青素产品ASTALUTION WRINKLE ESSENCE高丝青春澄颜精华液价格：RMB450 / 30ml
