虾青素的结构

虾青素是一种氧化型的类胡萝卜素，在某些绿藻、 细菌和某些酵母菌中以次生类胡萝卜素形态积累。虾青素不仅同其他类胡萝卜素一样在分子中有很长的共轭双键，而且在共轭双键链的末端还有不饱和酮基和羟基，构成α -羟基酮，(见图1)。 这些结构具有比较活泼的电子效应， 极易与自由基发生反应并清除，因此，虾青素具有较一般类胡萝卜素更强的抗氧化性。

虾青素的功能

研究人员比较了多种类胡萝卜素猝灭分子氧的能力，结果是虾青素>α-胡萝卜素>β-胡萝卜素>红木素>玉米黄质>黄体素>胆红素>胆绿素；Terao等以测定甲基亚麻酸过氧化物生成来测定类胡萝卜素的抗氧化功能，发现由于虾青素在α-羟基酮环的C-4和-4′位置上含有氧基团，可有效地延缓过氧化物形成，而且虾青素的自催化氧化速度比β-胡萝卜素和玉米黄素慢得多。Lee等的研究表明，5种类胡萝卜素在豆油光氧化作用中猝灭活性氧的作用随共轭双键数的增加而增加，以虾青素的作用为最强。Miki以含亚铁粒子的血红蛋白作为自由基产生者，用硫代巴比妥酸法检测各种类胡萝卜素、维生素E等的抗氧化性，结果表明，虾青素抗脂肪氧化的能力比β-胡萝卜素高10倍，比维生素E高100倍。

虾青素可解除光诱导产生的氧化胁迫，抑制光敏作用。Corona等分析了虾青素（10nmol/L）、β-胡萝卜素（1mmol/L）和叶黄素（1mmol/L）在保护小鼠肾纤维细胞免受UVA诱导产生的氧化压力的能力，虾青素的效果最佳。Oshima等将组成蛋黄卵磷脂的大型单片脂质体添加水溶性光敏物质或脂溶性光敏物质后进行光照辐射，检测虾青素和β-胡萝卜素抑制磷脂双分子层光敏氧化作用的效果。结果表明，虾青素比β-胡萝卜素抑制光敏氧化作用的能力强。

小鼠活体实验表明，与叶黄素和类胡萝卜素比较，虾青素能显著促进小鼠在胸腺依赖抗原（TDAg）刺激时产生IgM和IgG。此外，虾青素增强小鼠释放白细胞介素-I和肿瘤坏死因子α的作用比β-胡萝卜素和角黄质强得多。有抗原存在时，虾青素也能显著促进脾细胞产生抗体，增强T细胞刺激下人体内白细胞免疫球蛋白的产生。

Tanaka等发现服用虾青素的小鼠可显著降低N-甲基-N-(4-羟丁基)-亚硝胺（ON-BBN）诱导膀胱癌的发生率；用4-硝基喹啉-1-氰化物诱发F344大鼠口腔癌的类似试验中，虾青素能显著降低口腔肿瘤的发生。虾青素还能降低黄曲霉毒素的致癌性，减少黄曲霉毒素诱导的肝肿瘤细胞的数量和体积。Savoure以表皮鸟氨酸脱羧酶（ODC）活性和游离多胺浓度为指标，检测UV-A和UV-B辐照前后SKHI裸鼠表皮的多胺代谢，结果表明，服用虾青素等类胡萝卜素的实验组的ODC远低于对照组，且以虾青素组的抑制作用最强。表明虾青素抑制肿瘤的机制在于对肿瘤增生的抑制。口服虾青素还能抑制乳腺癌生长，剂量远低于β-胡萝卜素和角黄质。

虾青素的主要来源

虾青素主要存在于水生动物、藻类、真菌、细菌等生物中，目前已可以化学合成虾青素。对各种来源分析如下。

人工合成虾青素比较困难且大多数为顺式结构，在体内不能转化成天然的反式结构，动物体对化学合成的虾青素吸收能力较弱。化学合成虾青素与天然虾青素相比，着色能力和生物效价要低得多。目前仅有瑞士Hoffmann-LaRoche公司成功地合成了反式虾青素并投放市场，商品名为加丽素粉红，虾青素含量约5%～10%。美国食品与药物管理局（FDA）仅批准反式结构的虾青素用于水产养殖的添加剂，不允许任何化学合成产品进入保健食品市场。目前由于生物来源的虾青素产量不高，化学合成的虾青素在水产养殖中仍具有一定的竞争优势。

目前国外的虾蟹加工业每年有1000万吨的甲壳类废弃物。甲壳中含有虾青素，但含量很低，甲壳中的灰分和甲壳质也限制了虾青素的提取。目前，挪威等国采用青贮技术提取甲壳类的虾青素，回收率较高（180ìg/g废弃物），且纯度也较其他处理方法高。

雨生红球藻是所有已知含虾青素的生物体中积累量最高的，可达细胞干重的4%；除雨生红球藻外，衣藻、伞藻、、裸藻、雪藻等绿藻在不利的环境条件下也会积累或多或少的虾青素。但这些绿藻的生长较慢，需要较长的培养周期。诱导虾青素积累的逆境胁迫与藻细胞生物量积累是一对矛盾。

某些真菌如红发夫酵母、深红酵母、Cryptococcus、Sporobolomyces和黏红酵母等也可以合成虾青素。其中红发夫酵母中虾青素积累量较高，野生株系可达细胞干重的0.05%左右，某些突变株系中最多可达0.3%，所合成的类胡萝卜素中虾青素是主要成分。因而红发夫酵母被认为是目前微生物发酵生产中除雨生红球藻外最为合适的虾青素来源。但是红发夫酵母中虾青素的积累与菌体的生长速率也是一对矛盾。

已知乳酸分支杆菌和短杆菌、海洋细菌等细菌可以合成虾青素。乳酸分支杆菌只在烃类培养基上产生虾青素，而在营养琼脂上不能合成虾青素；短杆菌在石油里生长，发酵终了时生物量仅为3g/L，色素量只有0.3%，没有生产应用价值。上述菌株色素合成量都非常低，基本没有利用价值。

虾青素的应用

虾青素最大的市场是水产养殖业和家禽养殖业，主要用作鱼类（鲑鱼、鲟鱼、虹鳟鱼、真鲷等）、虾蟹等甲壳类动物以及家禽的饲料添加剂。

虾青素是类胡萝卜素合成的终点，因此，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，并可与肌红蛋白非特异性结合。因而，鱼类和甲壳类对虾青素的吸收和积累要比其他类胡萝卜素如角黄质、叶黄素和玉米黄素有效得多。

虾青素不仅可以改善水生动物及禽类的色泽，还可作为激素促进鱼卵受精、减少胚胎发育的死亡率，促进个体生长、增加成熟速度和繁殖力。Christiansen进行的一项实验表明，只有当饲料中虾青素含量达到5.3×10-6时大西洋鲑鱼才能正常生长，否则就停止生长；低于1×10-6时鱼苗死亡率达到50%。Bendich认为，虾青素及其它类胡萝卜素之所以可以提高未成年鲑、鳟鱼类的存活率，是因为它们可以提高动物的免疫力。Torrissen发现，成年鲑、鳟鱼类之所以在某些特定水域中不能繁衍后代，就是因为他们产的卵子中以及鱼苗体内缺乏虾青素。

虾青素不仅可以提高鱼类的存活率和繁殖力，而且可提高母鸡的产蛋率、促进蛋鸡的健康。在家禽饲料中添加虾青素，可使鸡蛋黄增加色素含量，这是欧洲消费者首先考虑的商品参数。虾青素还能够增加鱼类的风味。Jeosephson用气相色谱研究了煮熟的鲑鱼的风味，证实几种风味相关化合物均由虾青素转化而来。类胡萝卜素既可作为形成鲑鱼食品风味的前体化合物，也可促进脂肪酸或其他脂类前体物转化成鲑鱼的风味化合物。

虾青素目前已被作为食品添加剂用于食品的着色、保鲜及营养。虾青素为脂溶性，具艳丽红色和强抗氧化性能，对于食品尤其含脂类较多的食品，既有着色效果又可起到保鲜作用。Bjerkeng等的实验结果表明虾青素有助于鳟鱼片的保鲜。在日本，含虾青素的红色油剂用于蔬菜、海藻和水果的腌渍已申请专利，用于饮料、面条、调料的着色均有专利报道。

随着虾青素生物功能研究和药理药效试验的逐步深入，虾青素的最新应用是药品、化妆品和高级营养保健食品产业。在化妆品中添加虾青素可以起到抗衰老、防晒的效果，用于唇膏可长时间保持着色且有利于皮肤健康。日本已有利用虾青素的抗光敏作用生产化妆品的专利。研究表明，虾青素能通过血脑屏障，有效防止视网膜的氧化和感光器细胞的损伤，可用于预防和治疗“年龄相关性黄斑变性”，改善视网膜功能，该研究成果已申请专利;虾青素具有保护神经系统尤其是大脑和脊柱受到氧化损伤的功效，能有效治疗缺血性的重复灌注损伤、脊髓损伤、Parkinson综合征、Alzheimer综合征等中枢神经系统损伤最新的研究表明，给小鼠饲喂富含虾青素的红球藻藻粉，能显著降低幽门螺杆菌对胃的附着和感染，国外已开发了口服制剂作为抗感染药物。

天然虾青素的生物安全性

    人类日常食用的天然虾蟹、鱼类等水生动物中皆含有丰富的虾青素，虾青素对人类和水生动物是绝对安全的。对虾青素的生物安全性进行了大量动物和人体试验。Nishikawa等报道，口服虾青素含量高达10.4～18.0mg/g的红球藻粉的雌雄小鼠皆未发现有异常情况。人服用红球藻粉两周，虾青素剂量14.4mg/d，不仅无任何致病作用，而且随着虾青素剂量的增加，血清中LDL的氧化速率明显降低。美国Aquasearch公司做过系统的人体安全性实验，在29天的实验期内，33名健康成人分高（19.25mg/d）低(3.85mg/d)两个剂量组服用雨生红球藻粉来补充虾青素。监测志愿者的体重、皮肤颜色、血压、近距离和远距离视力、理解力、眼睛健康状况，耳、鼻、喉、口、齿、胸、肺和反射反应，以及全面的血液和尿样分析，结果表明，口服富含天然虾青素的雨生红球藻粉对人体无任何致病效应或毒副作用。该公司的产品也已经被美国食品与药物管理局批准作为膳食商品上市。

综上所述，虾青素是一种非维生素A原的天然类胡萝卜素，在功能食品和医药等方面有广阔的应用前景,可开发多种保健食品、医药产品和生物营养饲料。