何为虾青素
虾青素又名虾黄素、虾黄质。年从虾、蟹等水产品中提取出一种紫红色结晶，后确定是一种与虾红素有密切关系的类胡萝卜素，故命名为虾青素。其广泛存在于虾、蟹、鱼、鸟、某些藻类及真菌等生物中。作为一种非维生素A原的类胡萝卜素，虾青素在动物体内不能转变为维生素A，但具有与类胡萝卜素相同的抗氧化作用，它淬灭单线态氧和捕捉自由基的能力比β-胡萝卜素高10余倍，比维生素E强多倍，人们又称其“超级维生素E”。虾青素的抗氧化性、着色性、增强机体免疫力的特性，已被广泛认可。美国等国家已允许作为食品添加剂应用于生产，作为天然食品添加剂，有着广阔的发展前景。
天然虾青素是一种氧化性极强的类胡萝卜素，具有抗氧化、抗衰老、抗肿瘤、预防心脑血管疾病的作用，国际上已将其应用于保健食品、高档化妆品、药品等领域中。虾青素本身稳定性不高，易氧化、见光易分解，市场上多以虾青素凝胶的形式保留其活性。
虾青素的生产方法包括天然提取和化学合成两种。化学合成虾青素同天然虾青素在结构、功能、应用及安全性等方面差别显著，其稳定性、抗氧化活性着色性也明显低于天然虾青素，因此进行大规模生产一般倾向于天然虾青素的提取
虾青素分子结构
化学性质
分子结构
虾青素属酮式类胡萝卜素，是一种萜烯类不饱和化合物，化学名称为3，3-二羟基-4，4-二酮基-β，β-胡萝卜素，分子式为C40H52O4，相对分子质量为.86，其化学结构是由4个异戊二烯单位以共轭双键形式连接，两端又有2个异戊二烯单位组成的六节环结构。
虾青素功能
抗氧化
虾青素的重要性质在于它的抗氧化性，它是一种优良的抗氧化剂。虾青素强大的抗氧化活性是因为其能稳定膜的结构，降低膜通透性、限制过氧化物启动子进入细胞内。保护细胞内重要分子免受氧化损伤。同时虾青素可能具有潜在的成为促氧化剂诱导氧化应激的产生。虾青素分子中的共轭双键、羟基和在共轭双键链末端的不饱和的酮基，其中羟基和酮基又构成α-羟基酮，这些结构都具有比较活泼的电子效应，能向自由基提供电子或吸引自由基的未配对电子，有效地猝灭氧化性极强的单线态活性氧以及环境中其他自由基。研究表明，猝灭活性氧能力随着共轭双键数的增加而增加，虾青素的猝灭能力是最强的，其猝灭分子氧的能力比具有相同结构的β-胡萝卜素、维生素E、α-胡萝卜素、叶黄素和番茄红素都高。整合进膜系统的虾青素通过对脂质体的保护作用，抑制脂质过氧化，还可以保护细胞及DNA免受氧化反应的伤害，保护细胞内的蛋白质，使细胞有效进行新陈代谢，使细胞内的蛋白质更好地发挥功能。这种抗氧化作用表现在延长低密度脂蛋白（LDL）被氧化的时间，从而降低动脉粥样硬化的发生。
另外，实验表明，虾青素可以增加抗氧化酶活性和蛋白质表达，不同剂量虾青素使动物细胞内过氧氢化酶和超氧化岐化酶的蛋白表达均有显著增加，其生物学活性也有明显提高，而这些物质在体内均起到较好的抗氧化作用。
抗癌作用
对膳食类胡萝卜素摄入量和癌症发病率或死亡率间关系的调查发现，癌症总发病率或死亡率与类胡萝卜素的摄入量呈显著负相关。比较各种类胡萝卜素抗肿瘤活性，以虾青素的作用效果最强。虾青素的抗肿瘤活性可能与它在细胞间的信号传导，与异型物质代谢酶的诱导生成，与肿瘤细胞相关的免疫反应调节有关。研究表明，虾青素具有抑制黄曲霉素B1、苯丙芘（BaP）、二乙基亚硝酸（DEN）、亚硝胺和环磷酰胺等引起的致突变作用，虾青素预防肿瘤的作用可以在肿瘤生成的不同阶段起作用。如通过抑制腐胺产生，并降低精胺和亚精胺等游离多胺浓度，减少肿瘤诱发物形成；通过抗氧化作用保护皮肤免受紫外线的损害，阻止皮肤的光老化和防止诱发皮肤癌；通过加强正常细胞间的连接能力，把致癌物诱发的细胞放在一个扩展的通讯网络中，使其中的正常细胞占据优势，孤立癌细胞，减少癌细胞间的联系，控制其生长，防止肿瘤转化；虾青素还对癌细胞增殖有较强的抑制作用，高浓度的虾青素能杀伤肿瘤细胞。研究发现，虾青素能有效控制多种癌症，如肝癌、口腔癌、大肠癌、膀胱癌和乳腺癌。
增强机体免疫力
虾青素能明显增强机体局部和全身的免疫能力，这种免疫调节特性与抗氧化性相结合，在防止疾病的发生与传播中发挥重要作用。实验表明，类胡萝卜素可以减缓由衰老引起的免疫能力下降，提高机体免疫器官功能，增强对恶劣环境的抵抗力。更重要的是虾青素能增强体内T细胞的功能，增加嗜中性白细胞、自然杀伤细胞的数目，参与机体细胞免疫；虾青素还可以增加免疫系统中B细胞的活力，消灭外源入侵的病原体，通过协助产生抗体并提高其他免疫组分的活性发挥作用，如促进免疫球蛋白的产生，增加IgG（免疫球蛋白G）、IgA（免疫球蛋白A）和IgM（免疫球蛋白M）的生成量，增强体液免疫反应能力，提高动物的免疫力。
虾青素应用
虾青素作为新型化妆品原料，以其优良的特性广泛应用于膏霜、乳剂、唇用香脂、护肤品等各类化妆品中。特别是在高级化妆品领域，天然虾青素以其独特的分子结构，通过其抗氧作用，可以高效地猝灭紫外线引起的自由基，防止皮肤光老化、减少UVA和UVB对皮肤的伤害、防止皮肤癌的产生、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。日本已有利用虾青素的抗光敏作用生产化妆品的专利。
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天然虾青素，人类日常食用没有出现不良反应和中毒症状，故天然虾青素对人类和动物是安全的，试验也证明了这一点。美国某公司经过系统的人体安全性试验，对2组健康成年人每天分别以19.25mg和3.85mg剂量服用雨生红球藻粉补充虾青素，试验后经过详细监测以及全面分析，口服富含天然虾青素的雨生红球藻藻粉对人体无致病效应或毒副作用。但化学合成虾青素，由于合成过程可能被其他有害物质污染，产品中还含有大量的顺式异构体，其生物利用安全性降低，因此化学合成的虾青素在食品、饲料、医药品及化妆品上的应用受到很大的限制。
虾青素生产
提取来源
自然界的虾青素来源于藻类、细菌、浮游植物。一些水生物种包括虾蟹在内的甲壳类动物，由于长期食用这些藻类、细菌和浮游植物而外表呈现红色，它们又被三文鱼、加力鱼等鱼类，火烈鸟、鸡、鸭等鸟类、家禽捕食，色素储存在皮肤和脂肪组织中使它们的皮肤和羽毛也呈现红色。因此，天然虾青素也可从甲壳类动物、鱼类、鸟类、家禽类中获得。
研究发现很多种类的藻类如雪藻、衣藻、裸藻、伞藻等都含有虾青素，其中雨生红球藻对虾青素的积累量最高可达到细胞干重的4%，积累速率和生产总量比其它绿藻类高，是目前公认生产天然虾青素最好的生物来源。细菌由于受其自身因素的影响，利用价值较低。红法夫酵母被认为是目前真菌发酵生产中最为合适的虾青素来源。从红法夫酵母中提取虾青素是生产虾青素的主要途径之一。
雨生红球藻（H.pluvialiso）是一种单细胞生物，在培养过程中，在氮源充足时，可以促进细胞生长；在氮源缺乏时，则能刺激细胞产生并在体内积累虾青素。雨生红球藻生产虾青素具有细胞繁殖快、培养简单、易于提取的特点，且藻粉可直接应用于食品及饲料工业，降低成本，因此被认为是一种很有虾青素生产前景的微藻。国外优良的雨生红球藻藻体中虾青素一般约占类胡萝卜素总量的90%以上，其生产质量较好，以酯化态的形式存在占总类胡萝卜素的60%—80%，少量为游离态形式。但雨生红球藻生长条件相对要求高，培养周期长，需光照和破壁释放虾青素等缺点。
绿球藻（Chlorellazofingiensis）属于绿藻门小球藻属，具有容易培养、生长快速、耐高温和极端pH、易在户外培养等特点。其合成虾青素兼具红发夫酵母和雨生红球藻二者的部分优势特征，可以利用有机物如葡萄糖为碳源和能源在无光条件下快速合成虾青素，最适生长温度和最适虾青素合成温度24℃都接近室温。碳氮比越高越有利于虾青素的合成。虾青素以酯化态形式在细胞质中大量积累，比较容易达到较高的细胞浓度，同时生长繁殖与虾青素的积累可同步进行。这些特性有利于简化生产设备，节约生产时间，提高生产效率，为大规模培养提供有利因素。但需要解决的是小球藻中虾青素含量远低于雨生红球藻中虾青素的含量，可能是合成途径的缺陷导致。因此，现阶段有人利用基因工程手段，对虾青素合成途中关键酶的基因表达进行调控，或引入外源基因优化小球藻的虾青素合成途径，有可能突破生理水平常规诱导增产虾青素的局限。
提取方法
目前虾青素的生产主要有化学合成和天然提取两种方式，化学合成的虾青素不仅价格昂贵，而且分子结构生物学功能、应用效果及生物安全性能方面和天然虾青素存在显著差异，进而促使天然虾青素的提取逐渐占据主导地位。
随着对虾青素提取方法研究不断深入，虾青素生产工艺得到不断优化和升级，尤其是在虾青素的分离和提纯方面。目前天然虾青素的生产方法主要有两大类：生物发酵法和从甲壳类动物加工下脚料中提取法。其具体的分离提纯工艺有碱提法、油脂溶出法、有机溶剂萃取法、超临界萃取法、酶解法、微波处理法等。
典型的通过动物甲壳超临界萃取法提取虾青素的工艺流程如下：
虾壳粉碎→稀酸处理→冲洗至中性→干燥→装料→超临界静态萃取→超临界循环萃取→收集→皂化→液相色谱分析纯化→包装→冷冻保藏
从红法夫酵母中提取虾青素工艺流程为：
红法夫酵母菌体活化→接种→发酵→离心收集菌体→烘干→破壁处理→浸提→浓缩→分析提取虾青素
应当指出，动物甲壳中的石灰质会影响虾青素产量，动物甲壳提取法生产条件要求苛刻，生产成本高、产量较低、产品纯度不高。因此，目前仅有少数国家应用这种技术生产虾青素。从红法夫酵母中提取虾青素产量高，但提取加工过程中可能存在污染物的残留、浓缩等问题。
虾青素：抗氧化的作用与原理
机体需要有足够的抗氧化剂，使自由基处在严格的控制之下，才不会有太多的破坏作用。随着年龄的增长，身体内部产生抗氧化的能力逐步下降，外部可供老年人的抗氧化物也有所减少，从而削弱了机体抗击自由基的能力。如果体内的抗氧化剂不足，过多的自由基使细胞处于不平衡的状态，成为累积损伤的基础，产生疾病全面衰老。现在世界上有虾青素的横空出世，来维护我们的抗氧化能力。抗氧化剂的作用原理如下：
1、抗氧化剂对自由基的破坏。虽然自由基广泛存在于体内，幸运的是，机体有许多的屏障掩护，自由基要攻击机体也不是那么容易。因为酶和其他抗氧化物质可以抗击自由基的破坏。但是如果自由基产生的多了，那么这些机体就抵挡不住了，这样就要借助外力来抵抗和清除自由基。虾青素就是能穿透血脑屏障的抗氧化物质，在体内能杀死自由基，让我们的机体继续恢复活力和作用。
2、抗氧化剂对损伤的修复。抗氧化剂不仅可以抑制吸入污染物时所产生的自由基，还可以修复自由基所引起的损伤。每天大约有成亿个氧分子通过每个细胞，损伤大约10万个DNA遗传物质。