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標(biāo)題: 【技術(shù)交流】關(guān)于青蝦素 [打印本頁]

作者: 燕婉良時(shí) 時(shí)間: 2011-9-5 12:01
標(biāo)題: 【技術(shù)交流】關(guān)于青蝦素
1、青蝦素
  蝦青素(astaxanthin)，3，3'- 二羥基-4，4'-二酮基-beta，beta-胡蘿卜素，是一種酮式類胡蘿卜素，色澤為粉紅色，具脂溶性，不溶于水，易溶于氯仿、丙酮、苯和二硫化碳等有機(jī)溶劑。它廣泛存在于生物界中，特別是水生動(dòng)物的蝦、蟹、魚和鳥類的羽毛中，起顯色的作用。其可調(diào)節(jié)色素的沉積，不同于黃體素。在飼料中添加蝦青素，家禽食用后沉積在蛋黃中，可使顏色加深。蝦青素是一種非維生素A源的類胡蘿卜素，在動(dòng)物體內(nèi)不能轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A，但蝦青素是一種斷鏈抗氧化劑，有極強(qiáng)的抗氧化能力。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，蝦青素可以清除N02、硫化物、二硫化物，也可降低脂質(zhì)過氧化作用，有效的抑制自由基引發(fā)的脂質(zhì)過氧化。另外，蝦青素還具有很強(qiáng)的抑制腫瘤發(fā)生、增強(qiáng)免疫功能等生理作用。因而在食品添加劑、水產(chǎn)養(yǎng)殖、化妝品、保健品和醫(yī)藥工業(yè)方面有廣闊的應(yīng)用前景。隨著高檔水產(chǎn)養(yǎng)殖的迅猛發(fā)展，自20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)了對(duì)蝦青素的巨大市場(chǎng)需求，并于近年有急劇增加的趨勢(shì)。

2  蝦青素的來源
2．1  化學(xué)合成
蝦青素是類胡蘿卜素合成的終點(diǎn)，由brta-胡蘿卜素轉(zhuǎn)變?yōu)槲r青素需加上2個(gè)酮基和羥基。人工化學(xué)合成比較困難，而且大多為J頃式結(jié)構(gòu)。美國FDA(食品和藥品管理局)僅批準(zhǔn)反式結(jié)構(gòu)的蝦青素用作水產(chǎn)養(yǎng)殖的添加劑。因此，人工合成的反式蝦青素價(jià)格昂貴(現(xiàn)國際市場(chǎng)價(jià)約2 000美元／kg)，限制了其廣泛應(yīng)用。目前，由于生物來源的蝦青素含量還不夠高，化學(xué)合成的蝦青素仍具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。瑞士F．Hoffmann-latoche已完成了全反式蝦青
素的合成，并被批準(zhǔn)用于大麻哈魚的飼料添加劑。雖然如此，一些含蝦青素的微生物因具有生長(zhǎng)速度快，發(fā)酵周期短，以及蝦青素提取后菌體單細(xì)胞蛋白可作為餌料、飼料添加劑等優(yōu)點(diǎn)，隨著全天然食品在全球的興起，它將逐漸成為目前的研究重點(diǎn)。
2．2  生物來源
相比而言，從生物體內(nèi)提取的蝦青素大多為反式結(jié)構(gòu)，使用安全并具有環(huán)境友好性，有廣闊的發(fā)展前景。當(dāng)前蝦青素的生物來源主要是：從水產(chǎn)品加工工業(yè)的廢棄物中提取以及用微生物發(fā)酵生產(chǎn)。
2．2．1  從水產(chǎn)品加工工業(yè)的廢棄物中提取蝦青素
當(dāng)前，國外螯蝦加工工業(yè)每年有1 000萬t的甲殼綱水產(chǎn)品廢棄物，用聚合劑提取系統(tǒng)可從中提取蝦青素、蝦青素酯和蝦紅素，其產(chǎn)率可達(dá)153ug(g廢棄物)。據(jù)分析，蝦青素約占提取的類胡蘿卜素的90％以上。近來，挪威海洋漁業(yè)工業(yè)采用青貯法處理廢棄物的技術(shù)，經(jīng)過青貯處理后，回收率提高了10％，蝦青素的純度也大大的提高了。
由于水產(chǎn)品廢棄物中蝦青素含量低，提取費(fèi)用較高，而且由于資源限制，這種方法不適合作為蝦青素的大規(guī)模來源，且發(fā)展?jié)摿Σ淮蟆５捎谀壳斑€沒有找到更好的方法，國外這種方法仍然存在。
2．2．2微生物發(fā)酵生產(chǎn)
蝦青素在微生物界中的分布與斑蝥黃(canthaxanthin)有點(diǎn)類似。研究發(fā)現(xiàn)，能產(chǎn)蝦青素的微生物有：真菌擔(dān)子菌綱的一個(gè)屬(發(fā)夫酵母屬)，兩株同化烴類的細(xì)菌和許多在氮缺乏環(huán)境下的綠藻類。
(1)培養(yǎng)藻類生產(chǎn)蝦青素
在許多能產(chǎn)蝦青素的藻類中，雨生紅球藻(Haematococcus  pluvialis)是很重要的蝦青素產(chǎn)生菌，曾被認(rèn)為是一種很有蝦青素商業(yè)生產(chǎn)前景的微藻該藻類既能進(jìn)行自養(yǎng)，也能夠進(jìn)行異養(yǎng)生活。在培養(yǎng)過程中，若氮源缺乏，則在藻體內(nèi)積累蝦青素。目前，國外優(yōu)良的雨生紅球藻體中蝦青素含量高達(dá)0．2％-2％，一般約占類胡蘿卜素總量的90％以上。另外，Chlorooccum sp．具有耐高溫，極端pH值，較快的生長(zhǎng)速率和易在戶外培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種極具潛力的用于蝦青素大規(guī)模生產(chǎn)的藻類。但藻類的自養(yǎng)周期長(zhǎng)，由于需要光照，生產(chǎn)場(chǎng)所在一定程度上受到限制，并且藻類破壁釋放蝦青素困難。因此進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)也比較困難。
(2)利用細(xì)菌生產(chǎn)蝦青素
已知有2株能產(chǎn)生蝦青素的細(xì)菌：乳酸分支桿菌(Mycobacterium  lacticola)，只在烴類培養(yǎng)基上產(chǎn)生蝦青素，而在營養(yǎng)瓊脂上不產(chǎn)蝦青素；另一菌株短桿菌103(Bevibacterium)在石油里生長(zhǎng)，發(fā)酵終了時(shí)生物量為3 g／L，色素量?jī)H有0．03mg／g。考慮到烴類發(fā)酵的不利之處和其較低的產(chǎn)量以及發(fā)夫酵母的可用性，未來上述2種細(xì)菌在生物技術(shù)上的應(yīng)用看來
是不可能的。
(3)利用發(fā)夫酵母生產(chǎn)蝦青素
1976年，An&ewes和Phaff等人在發(fā)夫酵母中發(fā)現(xiàn)了蝦青素，這引起了人們的極大關(guān)注。之后，許多生物技術(shù)公司在對(duì)發(fā)夫酵母的研究上作了相當(dāng)?shù)呐Γ⑷〉昧艘欢ǖ倪M(jìn)展。

3 利用發(fā)夫酵母生產(chǎn)蝦青素的研究進(jìn)展
發(fā)夫酵母于1970在美國的阿拉斯加的高山和日本北海道一帶山區(qū)落葉樹的滲出液中分離得到。后經(jīng)鑒定為擔(dān)子菌綱的一個(gè)新屬并命名為發(fā)夫酵母屬。發(fā)夫酵母在擔(dān)子菌綱的酵母中顯得比較特別，主要表現(xiàn)在它能夠發(fā)酵糖類，并且含有蝦青素，這不同于其他紅酵母的嚴(yán)格好氧性，色素主要是beta-胡蘿卜素或是單環(huán)胡蘿卜素。發(fā)夫酵母中發(fā)現(xiàn)蝦青素不久，人們開始研究把它作為飼料添加劑用于魚和禽飼料的可行性及其對(duì)生物體色素形成的影響，并獲得良好的效果。在其后20余年的研究中，人們的研究精力主要放在了如下3個(gè)方面：(1)菌種的改良；(2)發(fā)酵工藝的優(yōu)化；(3)細(xì)胞內(nèi)蝦青素的提取。
3．1  高產(chǎn)蝦青素菌株的選育
現(xiàn)在人們已把注意力集中到蝦青素過量合成突變株的選育上。近年來國內(nèi)外學(xué)者在這方面已取得
了一定的進(jìn)展。如獲得的紅發(fā)夫酵母突變株蝦青素含量增加232％，達(dá)到了1 500nv,／(kg干細(xì)胞)。利用酒精廢液培養(yǎng)基篩選到發(fā)夫酵母NRRLY-17269的突變株JB2，在5L發(fā)酵罐試驗(yàn)中每1 kg干細(xì)胞得到(2 010+170)mg的類胡蘿卜素的產(chǎn)量。此外，應(yīng)用DNA重組技術(shù)構(gòu)建高產(chǎn)蝦青素基因工程菌的研究已經(jīng)展開，并在發(fā)夫酵母的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、生物合成蝦青素途徑中的關(guān)鍵酶及酶的編碼基因等方面取得一定的進(jìn)展。
3．2  生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展
3．2．1  發(fā)酵最佳條件的控制
蝦青素的產(chǎn)量除了與菌種有關(guān)外，還與培養(yǎng)條件有關(guān)。用發(fā)夫酵母UCD67-210作為實(shí)驗(yàn)菌株，研究了影響發(fā)酵的幾個(gè)重要的參數(shù)，如pH值、溫度、碳源的種類和濃度、溶氧和光照。得到發(fā)酵的最佳參數(shù)為：pH值5．0；溫度20-22℃；最佳碳源、纖維二糖，糖質(zhì)量濃度超過1．5％會(huì)降低單位重量細(xì)胞中蝦青素的含量；但由于生物量的增加，單位體積所含的蝦青素還會(huì)提高；溶氧3．6～108 rmnol／(L．h)；光照對(duì)蝦青素的影響不大。在研究連續(xù)培養(yǎng)
發(fā)夫酵母的pH值在線控制時(shí)，發(fā)現(xiàn)所加葡萄糖液的pH值(5．02)高于培養(yǎng)基的pH值(5．00)，發(fā)夫酵母生長(zhǎng)比較緩慢(0．055 h-1)；而加糖pH值控制在4．98時(shí)，生長(zhǎng)速度達(dá)到0．095h-1。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)加糖的時(shí)間間隔對(duì)酵母的生長(zhǎng)有重要影響。當(dāng)用發(fā)夫酵母NCHU-FS501研究葡萄糖質(zhì)量濃度對(duì)蝦青素產(chǎn)量的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)葡萄糖的質(zhì)量濃度達(dá)到35g／L時(shí)，蝦青素產(chǎn)量達(dá)到16．33mg／L；當(dāng)葡萄糖質(zhì)量濃度達(dá)到或超過45 g／L時(shí)，蝦青素形成受到抑制[刨。最近，法國學(xué)者用甘油作為碳源培養(yǎng)發(fā)夫酵母PRl90，使蝦青素的產(chǎn)量從0．78mg／(g干細(xì)胞)提
高到0．97mg／(g干細(xì)胞)。并得出當(dāng)酵母的生長(zhǎng)速率為0．075h-1時(shí)，蝦青素的產(chǎn)率最高；發(fā)酵168h后蝦青素產(chǎn)量可達(dá)33．7 mg／L(1 800 t,g／(g干細(xì)胞))。而墨西哥學(xué)者用絲蘭棗的汁液作為唯一碳源，當(dāng)還原糖質(zhì)量濃度為22．5e／I時(shí)，蝦青素產(chǎn)量達(dá)6．170mg／L，比用YM培養(yǎng)基提高了2．5倍。而值得一提的是，當(dāng)添加番茄汁時(shí)，其中可能含有蝦青素的前體物質(zhì)，會(huì)使色素含量增加。國內(nèi)學(xué)者對(duì)發(fā)夫酵母產(chǎn)蝦青素的搖瓶條件進(jìn)行了優(yōu)化，所獲最高蝦青素產(chǎn)量達(dá)11．63 mg／L(1 770 ug／(g干細(xì)胞))。總體來說，單從發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化來提高蝦青素的含量，直至目前還未有突破性進(jìn)展。
3．2．2降低發(fā)酵成本
除了蝦青素的低產(chǎn)量，另一個(gè)影響發(fā)夫酵母商業(yè)應(yīng)用的不利因素就是發(fā)夫酵母生長(zhǎng)所需的培養(yǎng)基成本相對(duì)偏高(酵母氮基礎(chǔ)培養(yǎng)基加糖)。一些廉價(jià)的食品加工廢棄物，如紫花苜蓿殘液，會(huì)有效地促進(jìn)酵母增殖，但同時(shí)又會(huì)抑制蝦青素的形成，這種抑制作用是由于皂苷的存在。利用淀粉、酒精廢液篩選到發(fā)夫酵母NRRLY-17269的突變株JB2，在酒糟中培養(yǎng)類胡蘿卜素1 330-1 750mg／(kg干物質(zhì))，這使得培養(yǎng)基成本也大大降低。另據(jù)報(bào)道，糖蜜作為
一種廉價(jià)的發(fā)酵原料，代替葡萄糖作為碳源培養(yǎng)發(fā)夫酵母，可使蝦青素的產(chǎn)量提高約3倍，達(dá)到15．3mg/L。此外，木糖可以通過水解木料或工農(nóng)業(yè)固體廢棄物大量得到，也是一種廉價(jià)的碳源。有學(xué)者用木糖作為碳源，經(jīng)工藝優(yōu)化可得蝦青素產(chǎn)量為5．2mg／L。
3．3  蝦青素的提取
目前蝦青素的提取主要是先用各種方法破壁，然后再用有機(jī)溶劑提取。研究表明：用乙醇比用二甲基亞砜(DMSO)提取率低。國內(nèi)學(xué)者用酸熱處理細(xì)胞后，再用丙酮提取，效果也不錯(cuò)。最近，日本的學(xué)者選育出一株羅氏鏈霉菌(Streptomyces rochei)DB-34能夠產(chǎn)生高活性的組成型裂解酶，此酶表現(xiàn)出水解beta-1，'6-葡聚糖的活性，還發(fā)現(xiàn)在發(fā)夫酵母培養(yǎng)后期加入這種酶可以有效地提取蝦青素。
發(fā)夫酵母用作飼料添加劑時(shí)，須先經(jīng)破壁才能使蝦青素沉積在魚或雞蛋黃內(nèi)。為使色素易于釋放出來，在蒸餾水或檸檬酸緩沖液中進(jìn)行預(yù)先自動(dòng)水解是被看好的方法，或者可用圓形芽孢桿菌(Bacil-Jmcirculans)分泌的酶來酶解堅(jiān)韌的細(xì)胞壁。在添加芽胞桿菌之前，發(fā)夫酵母需要加熱滅活，然后，調(diào)整其pH值。所以，比較方便的方法是把這兩種微生物混合培養(yǎng)，這樣做的另一個(gè)好處是無細(xì)胞的培養(yǎng)液可以被重復(fù)利用。因?yàn)樵诎l(fā)酵用去一些營養(yǎng)物質(zhì)之后，它仍能支持發(fā)夫酵母的生長(zhǎng)，并含有一定的裂解酶可以修飾細(xì)胞壁。一個(gè)混種發(fā)酵培養(yǎng)液過濾后循環(huán)的工藝方案已被提出，旨在滿足大規(guī)模生產(chǎn)中的環(huán)保要求。不幸的是，混種發(fā)酵在某種程度上會(huì)抑制蝦青素的產(chǎn)量。

4開發(fā)應(yīng)用前景
蝦青素目前已被廣泛開發(fā)應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品及飼料等的生產(chǎn)。蝦青素雖是一種類胡蘿卜素，但其某些生物學(xué)作用遠(yuǎn)比其他類胡蘿卜素強(qiáng)。蝦青素為脂溶性，具有艷麗的顏色和強(qiáng)的抗氧化性能。在食品上，不僅可以著色，還可以有效地起到保鮮、防止變色、變味、變質(zhì)的作用。含蝦青素的紅色油劑既可用于蔬菜、海帶和水果的腌漬，也可用于飲料、面條、調(diào)料的著色，亦有專利報(bào)道。蝦青素的抗光敏作用較beta-胡蘿卜素更強(qiáng)，國外有含蝦青素的化妝品專利。醫(yī)藥及食品工業(yè)利用蝦青素的抗氧化作用、抗炎癥作用及免疫促進(jìn)作用來作為藥物預(yù)防氧化性組織損傷和配制保健食品。同時(shí)由于蝦青素有艷麗顏色，并可與肌動(dòng)蛋白非特異結(jié)合，將其加入水產(chǎn)飼料中，可以改善養(yǎng)殖魚類的皮膚和肌肉色澤，增加魚類的抗病能力。另外，蝦青素對(duì)魚類的生長(zhǎng)繁殖具有很重要的作用，可作為激素促進(jìn)魚卵受精，減少胚胎發(fā)育的死亡率，促進(jìn)個(gè)體的生長(zhǎng)，增加成熟速度和生殖力，蝦青素還可作為營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)家禽的生長(zhǎng)和提高產(chǎn)蛋率。毫無疑問，蝦青素的生理功能強(qiáng)大，而且應(yīng)用也廣泛，近年來國內(nèi)外對(duì)蝦青素的需求量也越來越大。除了水產(chǎn)品加工業(yè)的廢棄物中提取獲得蝦青素外，利用酵母、藻類等微生物工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)蝦青素，生產(chǎn)周期短，前景廣闊。但同其他成熟的發(fā)酵產(chǎn)物相比，利用微生物工業(yè)化生產(chǎn)蝦青素的規(guī)模相差甚遠(yuǎn)，主要問題仍是產(chǎn)量低、發(fā)酵成本高。因此篩選高產(chǎn)菌株，改進(jìn)發(fā)酵工藝，適時(shí)引人基因改良技術(shù)，提高產(chǎn)量，降低成本，有助于蝦青素的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。

作者: cjlittlepig 時(shí)間: 2011-9-5 14:00
蝦青素是一種非維生素A源的類胡蘿卜素，在動(dòng)物體內(nèi)不能轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A，但蝦青素是一種斷鏈抗氧化劑，有極強(qiáng)的抗氧化能力。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，蝦青素可以清除N02、硫化物、二硫化物，也可降低脂質(zhì)過氧化作用，有效的抑制自由基引發(fā)的脂質(zhì)過氧化。另外，蝦青素還具有很強(qiáng)的抑制腫瘤發(fā)生、增強(qiáng)免疫功能等生理作用。
這些特點(diǎn)就決定了它的實(shí)用性很強(qiáng)哇！好東西。

作者: zgldlzf 時(shí)間: 2011-9-6 09:53
青蝦素的確是好東西，實(shí)用性不是一般的強(qiáng)

作者: 小怪獸 時(shí)間: 2011-9-6 09:55
經(jīng)常用這個(gè)就能魚蝦增產(chǎn)么？

作者: 沒脫殼的蟹 時(shí)間: 2011-9-8 14:12
樓主，你真棒，經(jīng)常使用甲殼類水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物可以增產(chǎn)2%-5%，好東西就有該拿來分享，謝謝啦！

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