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蝦青素(astaxanthin又名蝦紅素)的開發與應用

 

  蝦青素(astaxanthin又名蝦紅素)的生產開發

  從水產加工廢棄物中提取蝦青素
    據美國報道,從螯蝦的廢棄物中提取
蝦青素、蝦青素酯和蝦紅素,其產率高達153ug/g廢棄物。應當指出,廢棄物中的石灰質會影響蝦青素的產量,因此在提取時應盡量將其除去。近年來,挪威等國采用青貯技術處理水產廢棄物,使回收率提高了10%,且純度大大提高。實踐證明,在青貯過程中加入無機酸或有機酸,會破壞蝦青素與蛋白質或骨骼部分的結合,從而增加蝦青素的釋放量。
    從水產加工廢棄物中提取蝦青素(ASTA又名蝦紅素)的主要生產工藝如下:
    首先,在生產蝦青素時,將貯存于雙層乙烯袋中、在-70℃保存的廢棄物,粉碎成膏狀物。按重量比1:1加入大豆油,攪拌均勻后,用鉛或鉑把容器圍起來避光。緩緩加熱到90℃停止,利用低溫離心技術(0℃,11000r/min,10min),收集油溶液,使之分層,蝦青素存在于上層色素液中。用分液裝置分離、提純,即得蝦青素。此法生產條件要求苛刻,生產成本高,產量較低,產品純度不高。因此,目前不僅有少數國家應用這種技術生產蝦青素。

   利用藻類生產蝦青素(astaxanthin又名蝦紅素)
    很多種類的藻類能夠產生蝦青素,雨生紅球藻在生長過程中,若氮源缺乏,其體內會積累蝦青素;如果培養過程中再添加二價鐵離子,則會提高其合成能力,促進蝦青素的沉積。另據報道,用藍光照射時,也可誘導其合成類胡蘿卜素和蝦青素。目前,國外優質雨生紅球藻體中蝦青素占類胡蘿卜素總量的90%以上,其含量與光的性質與強度有關。試驗證明,光的強度越高,蝦青素的產量也越高,而且持續光照的效果比間斷光照好。但這種藻類的生長條件苛刻,對水質、環境及光的要求很高,大規模生產依然存在難度(Johnson等,1991)。

  利用酵母菌生產蝦青素(astaxanthin又名蝦紅素)
    目前發現紅法夫酵母、粘紅酵母BF-6等能夠合成蝦青素。紅法夫酵母是20世紀70年代由Phaff等人在日本及美國阿拉斯加山區落葉樹的滲出物中首先分離到的(Phaff等,1972)它是真菌界、真菌門、粘菌亞門、隱球酵母科、法夫酵母屬的唯一一種。其繁殖方式為無性芽殖。該菌發酵能產生10多種類胡蘿卜素,主要有蝦青素、β-胡蘿卜素、γ-胡蘿卜素等,其中蝦青素占60%-85%。紅法夫酵母生產蝦青素的最佳條件:碳源為葡萄糖、纖維二糖;氮源為硫酸銨;最適培養溫度為20-22℃;最適pH值為5.0;兼性好氧,供氧速率要高于30mmol/h,低于此值時,蝦青素的產量明顯下降。紅法夫酵母原始菌株的合成能力較低,類胡蘿卜素總量不及500ug/g細胞干重(CDW),蝦青素為350ug/gCDW左右。Johnson等在培養液中加入番茄汁(含有蝦青素的前體物質),蝦青素的含量提高到814ug/g。最近Calo等人在培養基中加入0.1%的甲羥戊酸(類胡蘿卜素合成的起點物質),蝦青素和總色素量增加了400%。Meyer報道,滴加乙酸能夠增加紅法夫酵母的生物量,細胞中蝦青素含量達到1430ug/g細胞干重(CDW)。國內呂玉華、金征宇等用亞硝基胍(NTG)誘變產生的變異菌株4-26能顯著提高類胡蘿卜素的總產量和蝦青素比例。目前美國的紅星公司及愛基尼生物公司利用這種酵母菌生產蝦青素。
    施安輝(1999)報道,利用從葡萄園土壤中分離出來的粘紅酵母BF-6為始發菌株,經過紫外線和甲基磺酸乙酯誘變處理,獲得的突變株產生的蝦青素最高含量為1.3mg/gCDW,其葡萄耐受量為6%,而且以2%的糖蜜代替葡萄糖發酵的蝦青素產量也可達1.25mg/gCDW。該菌株的最適發酵溫度為29-30℃,最適pH值為5.2-5.5,供氧速率要求在35mmkl/h以上。加入番茄汁后,蝦青素的產量高達1.43mg/gCDW。最近,國外的研究表明,從保加利亞酸奶中分離出一種深紅酵母(Phadotoralarubra),與紅法夫酵母相比,在同樣的培養條件下,其蝦青素產量提高80倍,且營養要求粗放,生產速度快。

    蝦青素(ASTA又名蝦紅素)是細胞內色素,在飼喂動物前必須破碎細胞。為了促進色素的釋放,Okagbue和Lewis采用蒸餾水和檸檬酸自溶法。Gentles和Haard在實驗中發現,紅法夫酵母經過機械磨碎(MY)、酶處理(EY)、噴霧干燥(SY)以及在飼喂前先提取出色素(C),這四種方法均能使鱘魚的皮膚和肌肉很好的著色,在8周之后,魚體的顏色的深淺呈現MY>EY>SY>C>對照組的趨勢。看來機械磨碎細胞是一種簡便而有效的方法。國
內的一些學者采用鹽酸一熱破碎細胞法,也能產生很好的效果。

  用化學合成法生產蝦青素(astaxanthin又名蝦紅素)
    瑞士的羅氏公司用化學合成法生產的蝦青素,商品名為加麗素粉紅(Carophyllpink),蝦 青素的含量為5%-10%。從文獻來看,蝦青素化學合成的前體物質為(S)-3-乙酸基-4-氧代-β-紫羅酮。這種前體物質經過反應,轉化成十五個碳的維悌希鹽,最后有兩個十五碳的維悌希鹽同一個十個碳的雙醛反應合成蝦青素(Widmer等,1981)。目前只有羅氏公司使用這一方法生產蝦青素。

  蝦青素(astaxanthin又名蝦紅素)在水產和畜禽養殖中的應用
    研究表明,蝦青素在促進抗體的產生、增強宿主的免疫功能,抗氧化、消除自由基方面的能力均強于β-胡蘿卜素。Miki(1991)以含亞鐵離子的血紅素蛋白作為自由基供體,亞油酸為受體,用硫代巴比妥酸法檢測各受試類胡蘿卜素、α-生育酚等的抗氧化性,結果表明蝦青素抗脂氧化的能力比β-胡蘿卜素高10倍,比維生素E高100倍。
    研究表明,蝦青素對魚類的生長繁殖有很重要的作用,蝦青素(astaxanthin又名蝦紅素)可作為激素促進魚卵受精,減少胚胎的死亡率,促進個體生長,增加成熟速度和生殖力(Torrissen等,1994)。Johnson(1980)將紅法夫酵母添加到餌料中,鮭魚和鱘魚食用了經破碎細胞壁的紅法夫酵母后,蝦青素積累在皮膚和肌肉中呈紅色。這種魚富含營養、色澤鮮艷、味道好,在歐美市場很受青睞,其價格也要比普通的魚高出許多倍。因此在歐美國家鮭魚和鱘魚的養殖發展很快,紅鮭魚的蝦青素含量通常為5-20mg/kg鮮重,而其蝦青素的喂養濃度為40-150mg/kg餌料,以此來計算,每年蝦青素的產量需求既可達數十萬噸,總價值達數億美元。目前,我國的水產養殖發展很快,添加蝦青素,生產高檔水產品,前景十分廣闊。
    蝦青素(astaxanthin又名蝦紅素)在養禽業中也有很重要的作用(E.A.Johnso and M.J.Lewis et al.(1980)報道,蛋雞飼料中加入2.95%的紅法夫酵母,蛋黃的最大吸光度從571nm提高到593nm,而加入10.85%的黃玉米時,僅提高到575nm。肉禽飼喂添加了蝦青素后,皮膚、腳、喙呈現出金黃色,這些都大大提高了禽蛋、肉的商品價值。另外,酵母作為單細胞蛋白,蝦青素作為營養物質促進家禽的生長和提高產蛋率;而且這種蛋具有更豐富的營養,對人體的健康有利。


    蝦青素(ASTA又名蝦紅素)能改善水產品、禽蛋的色澤,滿足消費者的需求;它對人體也具有抗氧化、增強免疫力等作用。另外,蝦青素無毒、無害,不會造成環境污染,是一種綠色添加劑,具有廣闊的市場前景。目前美國、加拿大、歐盟等國的許多生物技術公司致力于開發生產這類產品,但還遠遠不能滿足市場需求,故價格很高。因此,加緊蝦青素產品的研制開發,對于生產高檔水產品、禽蛋,增強其國際競爭力,有十分重要的意義。
    由于微生物的繁殖速度快,生長周期短,發酵工藝也較為成熟,易于掌握;而且酵母本身就是一種良好的飼料原料,營養價值較高,因此,利用酵母發酵生產
蝦青素ASTA又名蝦紅素)目前最理想的方法,也具有十分廣闊的市場前景。

                       (作者通迅地址:310029 浙江大學華家池校區動物科學學院  齊莉莉)

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