虾青素生产方法及生物活性的研究进展_黄文文

虾青素 （ Astaxanthin） ，3，3' － 二羟基 － 4，4' 相对分子质量 596. 86，是一种类葫芦素 （ 图 1） ， － 二酮基 － β，β' － 胡萝卜素，分子式C40 H52 O4 ， 它对热、氧、光敏感，易溶于丙酮、苯、氯仿等
收稿日期： 2012 － 10 － 10
* 通讯作者
图 1 虾青素的结构 Fig. 1 Structure of Astaxanthin
1 虾青素生产方法的研究进展
国际上较成熟的虾青素生产工艺主要有生物 提取和化学合成 2 种，天然虾青素的来源主要有 3 种： 水产品的废弃物、雨生红球藻和红发夫酵 母。虾青素结构由 4 个异戊二烯以共扼双键形式 连结，两端各有一个异戊二烯单位组成的六节环 结构，长 的 共 轭 不 饱 和 双 键 结 构 对 光、 热、 酸、 碱、氧化物及酶非常敏感，因此优化提取工艺， 最大效 率 的 提 取 天 然 虾 青 素 成 为 国 内 外 研 究 的 热点。 1. 1 从水产品废弃物中提取虾青素
的进一步研究，虾青素不仅用作珍贵水产动物养殖的饵料添加剂，在食品、药品、化妆品和高级营养保健品
等领域也将得到广泛的应用。
关键词： 虾青素； 提取； 合成； 生物活性
中图分类号： TS202. 3
文献标识码： A
文章编号： 1006 － 2513（ 2012） 06 － 0214 － 05
Progress of production method and biological activity
Abstract： This article describes astaxanthin production methods and the latest research progress of the biological activity． It summarizes the current industry processing and techniques，such as the extraction from aquatic byproducts，pluvialis algae and Phaffia yeast，and carotenoid synthesis method． Astaxanthin biological activity and applications，such as anti － oxidation，anti － inflammatory anti － infective，anti － tumor，anti － fatigue，prevention of osteoporosis were also introduced． The products value and development prospects of astaxanthin were proposed． " Green" and efficient extraction and purification technology as well as the fermentation method of the red ball algae，and high － yielding yeasts selection are all need further studies． Pharmacology and toxicology study shows that astaxanthin not only can be used as the bait additives in aquatic farming，but also has a wide application in food，drugs，cosmetics，and high value nutritional health products． Key words： astaxanthin； extract； synthesis； biological activity
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业化技术。朱晓立［9 － 10］实验研究表明 pH － stat 控 制流加培养及分批培养法，生物量及虾青素产量 都有不同程度地提高，但从提高虾青素产量和降 低生产成本综合考虑，混合碳源 － 氨水流加培养 法更适合工业生产的需求，培养 96h 虾青素产量 最高达到 19. 94mg / L。 1. 4 化学合成生产虾青素
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有机 溶 剂。在 自 然 界 中，广 泛 存 在 于 虾、蟹、 鱼、某些藻类及真菌中，纯品为暗紫棕 红 色 晶 体，熔点 215 216℃ 。天然虾青素大多为全反式 结构，以游离态或脂的形式存在，具有 强 抗 氧 化、抗肿瘤、抗感染等许多重要的生物学功能， 在医药、化工、食品、水产养殖等行业具有广阔 的应用前景。
基金项目： 海洋公益性行业科研专项经费资助 （ No． 201005020） ； 福建省科技重大专项经费资助 （ No． 2010NZ0001 － 2） ；
厦门市海洋与渔业局科技计划项目经费资助 （ 厦海渔合 ［2009］ 9 号） 。
Байду номын сангаас
作者简介： 黄文文 （ 1983 － ） ，女，研究实习员，硕士研究生。
我国海岸线狭长，海产养殖业发达，每年有 上百万吨水产品废弃物产生，利用水产品废弃物 开发高 产 值 的 虾 青 素 产 品 将 带 来 巨 大 的 经 济 效 益，有利于海洋养殖业的可持续发展。传统的提 取方法有碱提法、油溶法、有机溶剂提取法、单 罐多次重复萃取法、索氏提取法等，近年来，超 临界 CO2 萃取法、酶提取法、复合工艺提取法等 新方法也有报道。徐竞［1］利用负压空化法提取虾 壳中虾青素，工艺条件为 80% 的乙醇溶液，提取 时间 35min，提取效率较高，是一种适合大规模 工业化生产的新型提取方法。杜春霖［2］采用微波 处理，以 二 氯 甲 烷 为 提 取 液，33℃ 提 取 10min， 滤液 提 纯 精 制， 得 纯 度 90. 36% 虾 青 素， 收 率 3. 92% 。杜云建［3］采用低温稀碱浸提虾壳，提取 温度 50℃ ，提取率达到 9. 31% 。姜淼［4］利用内源 酶辅助提取虾青素，pH4. 0、50℃ 酶解 1. 5h，虾
雨生红球藻是一种可用于生产虾 青 素 的 微 藻，目前优良的雨生红球藻藻体中虾青素占类胡 萝卜素总量的 90% 以上，但其自养培养周期长， 技术水平要求较高，生产工艺较复杂，进行大规 模生产比较困难，国内雨生红球藻的培养技术尚 处于实验室研究阶段。从红球藻中提取高纯度虾 青素的 技 术，被 日 本 富 士 化 学 和 美 国 Cyanotech 公司长期垄断。国内利用雨生红球藻分离提取天 然虾青素的方法有常规溶剂法、微波法、超高压 法、酶法、超临界 CO2 萃取法、改良高压液相色 谱法等。钟玲［6］采用超临界 CO2 流体萃取技术提 取虾青素，用 30% 乙酸浸泡后制粒萃取，夹带剂 为 1 倍量 95% 乙醇，萃取时间 3h，提取效率达 89. 4% 。郭文晶［7］采用超高压法提取虾青素，压 力 300MPa，保压时间 1s，提取溶剂为乙酸乙酯、 乙醇 （ 1 ∶ 1 ） 的 混 合 溶 剂， 液 固 比 分 别 为 100mL / g 和 50mL / g 条件下，提取 2 次，雨生红 球藻中虾青素转移率可达到 98% 。超高压法没有 使雨生红球藻破壁，且提高了虾青素转移率，缩 短了提 取 时 间。 超 高 压 提 取 法 因 为 升 压 时 间 短 暂，消耗电能少，设备的损耗较少，从而降低了 生产成本，为从雨生红球藻中提取虾青素的工业 化生产提供了重要的依据。 1. 3 利用红发夫酵母生产虾青素
术特点进行了具体的阐述和总结，如从水产品的废弃物、雨生红球藻和红发夫酵母中提取，及由类胡萝卜素
合成的方法； 介绍了虾青素的诸多生物活性及应用概况，如抗氧化、抗炎抗感染、抗肿瘤、抗疲劳、预防骨
质疏松的作用等； 并探讨了虾青素的应用价值及开发前景。建立高效绿色的提取分离纯化技术方案，寻找新
的生物资源，如发酵培养红球藻、选育高产酵母菌等，是未来需要解决的问题。随着对虾青素药理毒理活性
虾青素的合 成 方 法 有 两 种，一 是 间 接 合 成 法，即由其他类胡萝卜素氧化而得，二是直接合 成法，即 由 常 用 的 合 成 类 胡 萝 卜 素 单 体 直 接 合 成。无论是用那种方法合成虾青素都十分复杂， 且大多为顺式结构 （ 天然虾青素大多为反式结 构） 。目前只有瑞士的罗氏公司和德国的 BASF 公 司利用化学合成法生产虾青素，且虾青素含量仅 为 5 10% 。皮士卿［11］以 α － 紫罗兰酮为起始原 料，采用 2C15 + C10 →C40 路线合成了虾青素。
青素萃取 率 达 32. 16μg · g － 1 ，比 超 声 提 取 提 高 28% ，且利用内源酶经济节约。Ali － Nehari［5］使 用超 临 界 CO2 和 正 己 烷 提 取 磷 虾 油 及 虾 青 素， 25MP，45℃ ，提取 2. 5h 磷虾油，虾青素含量达 到最大 值。 虽 然 水 产 品 废 弃 物 中 虾 青 素 含 量 较 低，提取费用相对较高，不适合作为虾青素的生 物提取来源，但水产品废弃物资源丰富，为了减 轻环境负担，发展循环经济，国内外仍然使用这 种方法提取虾青素，所以开发经济高效的提取方 法成为目前亟待解决的难题。 1. 2 从雨生红球藻中提取虾青素
about astaxanthin
HUANG Wen-wen1 ，HONG Bi-hong1 ，YI Rui-zao1* ，LIU Jun-peng1 ，CHEN Yu 1 ， WANG Jun-kun2
（ 1． The Third Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Xiamen 361005； 2． The College Food Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266003）
红发夫酵母生长速度快，发酵周期短，色素 提取后菌体单细胞蛋白可作为饲料添加剂，因此 国外利用红发夫酵母生产虾青素成为目前研究的 重点。贾立壮［8］等利用高通量微生物筛选技术获 得高产 虾 青 素 的 红 法 夫 酵 母 菌 株， 通 过 选 育 菌 种、优化和控制发酵工艺、分离纯化产物等创新 技术，成功开发红法夫酵母生产天然虾青素的产
2 虾青素生物活性的研究进展
2. 1 抗氧化作用 虾青素能够有效地抑制羟基自由基、超氧阴
离子自 由 基，当 浓 度 为 90μg / mL 时，清 除 率 达 95% ，优于 VC， 具 有 强 抗 氧 化 活 性［12］。 Jaswir Irwandi［12］研究表明 β － 胡萝卜素 （ ＞ 2. 6nmol / mg 蛋白） 和虾青素 （ ＞ 1. 8nmol / mg 蛋白） 显着抑 制脂质过氧化，而 P － 隐黄质和叶黄素没有。曹 秀明［13 － 15］研究了虾青素对线粒体氧化损 伤 的 保 护作用，实验发现虾青素对活性氧所致的线粒体 氧化损伤及细胞生存能力下降具有明显的保护作 用，且对 ROS 所致细 胞 膜 损 伤 有 保 护 作 用。彭 亮［16］研究了虾青素的抗氧化作用和对人体健康的 影响，实 验 证 明 虾 青 素 可 提 高 人 体 的 抗 氧 化 能 力，且对人体健康无害。葛晓平［17］实验发现虾青 素可明显保护 H2 O2 诱导的心肌细胞氧化损伤，且 呈剂量 依 赖 性， 其 作 用 可 能 是 通 过 减 轻 细 胞 的 MDA 损伤，及提高细胞 GSH － Px 活性来实现的。 有研究表明［18］虾青素 可 以 通 过 血 脑 屏 障 和 细 胞 膜，对视网膜、感光细胞、中枢神经系统尤其对 大脑有保护作用，从而有效治疗缺血、再灌注损 伤、脊髓损伤、帕金森综合征、Alzheimer 综合征 等中枢神经系统损伤疾病。 2. 2 抗炎抗感染作用
虾青素生产方法及生物活性的研究进展
黄文文1，洪碧红1，易瑞灶1* ，刘俊鹏1，陈宇1，王俊坤2
（ 1． 国家海洋局第三海洋研究所，厦门 361005； 2． 中国海洋大学食品科学与工程学院，青岛 266003）
摘 要： 介绍了虾青素的生产方法及生物活性的最新研究进展情况。对目前工业化采用的生产方法及技