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虾青素(astaxanthin又名虾红素)的开发与应用

 

  虾青素(astaxanthin又名虾红素)的生产开发

  从水产加工废弃物中提取虾青素
    据美国报道,从螯虾的废弃物中提取
虾青素、虾青素酯和虾红素,其产率高达153ug/g废弃物。应当指出,废弃物中的石灰质会影响虾青素的产量,因此在提取时应尽量将其除去。近年来,挪威等国采用青贮技术处理水产废弃物,使回收率提高了10%,且纯度大大提高。实践证明,在青贮过程中加入无机酸或有机酸,会破坏虾青素与蛋白质或骨骼部分的结合,从而增加虾青素的释放量。
    从水产加工废弃物中提取虾青素(ASTA又名虾红素)的主要生产工艺如下:
    首先,在生产虾青素时,将贮存于双层乙烯袋中、在-70℃保存的废弃物,粉碎成膏状物。按重量比1:1加入大豆油,搅拌均匀后,用铅或铂把容器围起来避光。缓缓加热到90℃停止,利用低温离心技术(0℃,11000r/min,10min),收集油溶液,使之分层,虾青素存在于上层色素液中。用分液装置分离、提纯,即得虾青素。此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,目前不仅有少数国家应用这种技术生产虾青素。

   利用藻类生产虾青素(astaxanthin又名虾红素)
    很多种类的藻类能够产生虾青素,雨生红球藻在生长过程中,若氮源缺乏,其体内会积累虾青素;如果培养过程中再添加二价铁离子,则会提高其合成能力,促进虾青素的沉积。另据报道,用蓝光照射时,也可诱导其合成类胡萝卜素和虾青素。目前,国外优质雨生红球藻体中虾青素占类胡萝卜素总量的90%以上,其含量与光的性质与强度有关。试验证明,光的强度越高,虾青素的产量也越高,而且持续光照的效果比间断光照好。但这种藻类的生长条件苛刻,对水质、环境及光的要求很高,大规模生产依然存在难度(Johnson等,1991)。

  利用酵母菌生产虾青素(astaxanthin又名虾红素)
    目前发现红法夫酵母、粘红酵母BF-6等能够合成虾青素。红法夫酵母是20世纪70年代由Phaff等人在日本及美国阿拉斯加山区落叶树的渗出物中首先分离到的(Phaff等,1972)它是真菌界、真菌门、粘菌亚门、隐球酵母科、法夫酵母属的唯一一种。其繁殖方式为无性芽殖。该菌发酵能产生10多种类胡萝卜素,主要有虾青素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素等,其中虾青素占60%-85%。红法夫酵母生产虾青素的最佳条件:碳源为葡萄糖、纤维二糖;氮源为硫酸铵;最适培养温度为20-22℃;最适pH值为5.0;兼性好氧,供氧速率要高于30mmol/h,低于此值时,虾青素的产量明显下降。红法夫酵母原始菌株的合成能力较低,类胡萝卜素总量不及500ug/g细胞干重(CDW),虾青素为350ug/gCDW左右。Johnson等在培养液中加入番茄汁(含有虾青素的前体物质),虾青素的含量提高到814ug/g。最近Calo等人在培养基中加入0.1%的甲羟戊酸(类胡萝卜素合成的起点物质),虾青素和总色素量增加了400%。Meyer报道,滴加乙酸能够增加红法夫酵母的生物量,细胞中虾青素含量达到1430ug/g细胞干重(CDW)。国内吕玉华、金征宇等用亚硝基胍(NTG)诱变产生的变异菌株4-26能显著提高类胡萝卜素的总产量和虾青素比例。目前美国的红星公司及爱基尼生物公司利用这种酵母菌生产虾青素。
    施安辉(1999)报道,利用从葡萄园土壤中分离出来的粘红酵母BF-6为始发菌株,经过紫外线和甲基磺酸乙酯诱变处理,获得的突变株产生的虾青素最高含量为1.3mg/gCDW,其葡萄耐受量为6%,而且以2%的糖蜜代替葡萄糖发酵的虾青素产量也可达1.25mg/gCDW。该菌株的最适发酵温度为29-30℃,最适pH值为5.2-5.5,供氧速率要求在35mmkl/h以上。加入番茄汁后,虾青素的产量高达1.43mg/gCDW。最近,国外的研究表明,从保加利亚酸奶中分离出一种深红酵母(Phadotoralarubra),与红法夫酵母相比,在同样的培养条件下,其虾青素产量提高80倍,且营养要求粗放,生产速度快。

    虾青素(ASTA又名虾红素)是细胞内色素,在饲喂动物前必须破碎细胞。为了促进色素的释放,Okagbue和Lewis采用蒸馏水和柠檬酸自溶法。Gentles和Haard在实验中发现,红法夫酵母经过机械磨碎(MY)、酶处理(EY)、喷雾干燥(SY)以及在饲喂前先提取出色素(C),这四种方法均能使鲟鱼的皮肤和肌肉很好的着色,在8周之后,鱼体的颜色的深浅呈现MY>EY>SY>C>对照组的趋势。看来机械磨碎细胞是一种简便而有效的方法。国
内的一些学者采用盐酸一热破碎细胞法,也能产生很好的效果。

  用化学合成法生产虾青素(astaxanthin又名虾红素)
    瑞士的罗氏公司用化学合成法生产的虾青素,商品名为加丽素粉红(Carophyllpink),虾 青素的含量为5%-10%。从文献来看,虾青素化学合成的前体物质为(S)-3-乙酸基-4-氧代-β-紫罗酮。这种前体物质经过反应,转化成十五个碳的维悌希盐,最后有两个十五碳的维悌希盐同一个十个碳的双醛反应合成虾青素(Widmer等,1981)。目前只有罗氏公司使用这一方法生产虾青素。

  虾青素(astaxanthin又名虾红素)在水产和畜禽养殖中的应用
    研究表明,虾青素在促进抗体的产生、增强宿主的免疫功能,抗氧化、消除自由基方面的能力均强于β-胡萝卜素。Miki(1991)以含亚铁离子的血红素蛋白作为自由基供体,亚油酸为受体,用硫代巴比妥酸法检测各受试类胡萝卜素、α-生育酚等的抗氧化性,结果表明虾青素抗脂氧化的能力比β-胡萝卜素高10倍,比维生素E高100倍。
    研究表明,虾青素对鱼类的生长繁殖有很重要的作用,虾青素(astaxanthin又名虾红素)可作为激素促进鱼卵受精,减少胚胎的死亡率,促进个体生长,增加成熟速度和生殖力(Torrissen等,1994)。Johnson(1980)将红法夫酵母添加到饵料中,鲑鱼和鲟鱼食用了经破碎细胞壁的红法夫酵母后,虾青素积累在皮肤和肌肉中呈红色。这种鱼富含营养、色泽鲜艳、味道好,在欧美市场很受青睐,其价格也要比普通的鱼高出许多倍。因此在欧美国家鲑鱼和鲟鱼的养殖发展很快,红鲑鱼的虾青素含量通常为5-20mg/kg鲜重,而其虾青素的喂养浓度为40-150mg/kg饵料,以此来计算,每年虾青素的产量需求既可达数十万吨,总价值达数亿美元。目前,我国的水产养殖发展很快,添加虾青素,生产高档水产品,前景十分广阔。
    虾青素(astaxanthin又名虾红素)在养禽业中也有很重要的作用(E.A.Johnso and M.J.Lewis et al.(1980)报道,蛋鸡饲料中加入2.95%的红法夫酵母,蛋黄的最大吸光度从571nm提高到593nm,而加入10.85%的黄玉米时,仅提高到575nm。肉禽饲喂添加了虾青素后,皮肤、脚、喙呈现出金黄色,这些都大大提高了禽蛋、肉的商品价值。另外,酵母作为单细胞蛋白,虾青素作为营养物质促进家禽的生长和提高产蛋率;而且这种蛋具有更丰富的营养,对人体的健康有利。


    虾青素(ASTA又名虾红素)能改善水产品、禽蛋的色泽,满足消费者的需求;它对人体也具有抗氧化、增强免疫力等作用。另外,虾青素无毒、无害,不会造成环境污染,是一种绿色添加剂,具有广阔的市场前景。目前美国、加拿大、欧盟等国的许多生物技术公司致力于开发生产这类产品,但还远远不能满足市场需求,故价格很高。因此,加紧虾青素产品的研制开发,对于生产高档水产品、禽蛋,增强其国际竞争力,有十分重要的意义。
    由于微生物的繁殖速度快,生长周期短,发酵工艺也较为成熟,易于掌握;而且酵母本身就是一种良好的饲料原料,营养价值较高,因此,利用酵母发酵生产
虾青素ASTA又名虾红素)目前最理想的方法,也具有十分广阔的市场前景。

                       (作者通迅地址:310029 浙江大学华家池校区动物科学学院  齐莉莉)