虾青素是最早从河螯虾外壳、牡蛎和鲑鱼中发现的一种酮基类胡萝卜素。1938年，德国化学家理查德·库恩(Richard Kuhn)最早从龙虾体内提取并鉴定出了这种色素。但是龙虾等水生生物并不具备合成虾青素的能力，其食物链中的初级生产者——藻类才是虾青素的终极来源。甲壳类水生生物通过食用这些藻类获得虾青素，并将其储存在体内。在活体的虾中，虾青素与蛋白质结合，其光学特性发生改变而呈现出蓝色（所以叫虾青素）；在加热之后，蛋白质变性释放出虾青素才显示出红色。这些贝壳类动物又被鱼（三文鱼，鳟鱼）和鸟（火烈鸟，朱鹭）捕食，然后把色素储存在皮肤和脂肪组织中。这就是三文鱼和其他一些动物呈现红色的原因。

虾青素的功能

虾青素分子中的11个共轭双键赋予其超强的抗氧化能力，达到维生素E的500倍以上，可淬灭单线态氧、清除自由基、防止或终止因单线态氧和自由基引起的链式反应。一般认为，人类的衰老过程及许多疾病与自由基促进疾病发生和抑制人体自身防御、修复能力的作用相关。因此，具有超强抗氧化能力的虾青素作为营养品一经问世即风靡全球。除了抗氧化活性外，虾青素还表现出一系列丰富的生物活性，例如提高免疫力、抗衰老、缓解疲劳等。另外，在鱼虾贝类人工养殖产业中，虾青素也被用作着色剂添加到鱼饵饲料中，使得人工养殖的水产品拥有野生动物一样的色泽和品质。

虾青素有3种不同的构型， 3R-3′R、3R-3′S、3S-3′S（也称为右旋、消旋、左旋）。天然虾青素主要是(3S-3′S)类型的异构体，其抗氧化活性高于其他两种类型的异构体。

虾青素的应用

由于虾青素色泽艳丽，且具有超强的抗氧化能力及其它各种生物学活性，因此其在食品着色、饲料添加以及医药和化妆品等各行业具有巨大的应用价值。

（1）在水产养殖业中的应用：虾青素作为补充色素被添加到水产动物的饲料中，使水产动物如三文鱼、甲壳类水生动物等颜色变得更加鲜艳，从而可以极大地提高产品的市场价值。另外，虾青素也可以提高水生生物抗环境压力的能力，幼虫的存活率以及繁殖能力等。

（2）在医药中的应用：大量的研究表明虾青素在预防和治疗各种疾病方面具有潜在的作用，如癌症、慢性炎性疾病、代谢综合征、糖尿病、肾病、心血管疾病、胃肠道疾病、肝脏疾病、眼疾、运动性疲劳等的治疗。在临床上，目前已经充分证实了虾青素可以“缓解眼睛疲劳”，“抗皮肤衰老”，“增强肌肉弹性”。

（3）在化妆品中的应用：虾青素作为一种天然的强效抗氧化剂和着色，已经广泛应用于防止皮肤老化、改善皱纹和皮肤弹性，防止污染、紫外线和辐射带来的损伤，美白祛斑、治疗痤疮，改善唇部粗糙，赋予唇部色彩等多个领域。虾青素的特殊分子结构能够深透肌底，全面中和自由基，保护皮肤免受氧化伤害，并且无氧化后产物，更加安全有效。此外，虾青素吸收光谱在470nm左右，非常接近紫外线UVA的波长，具有良好的UVA吸收能力，能淬灭紫外线引起的自由基，保护存在于皮肤中的内源性类胡萝卜素，有效减少紫外线对皮肤的伤害。

（4）在运动营养中的应用：剧烈运动使机体内自由基的产生增加，而活性氧自由基是肌肉氧化还原平衡障碍的主要原因，氧化还原平衡的失调引起氧化损伤和肌肉疲劳，从而影响机体的运动能力。虾青素具有极强的抗氧化性以及高效的清除自由基能力，能减轻肌肉损伤、抑制由于长时间运动导致的DNA 和脂质的过氧化作用。

虾青素的生产

目前市场上95%以上的虾青素仍以化学法合成为主。化学合成的虾青素为三种构型的混合物，即25% (3S-3′S)、25% (3R-3′R)和50% (3R-3′S)，吸收效果差，生物学活性不高。另外，化学合成虾青素的过程复杂，成本投入高，而且在合成过程中也不可避免地存在其他中间体和化学试剂的残留，带来了安全隐患。目前化学合成的虾青素只局限性地应用于水产养殖，不允许用于食品和化妆品领域。

另外一种天然虾青素的获取方法为生物提取。（1）从虾壳废弃物中提取。一些动物如鱼虾通过摄食，可以在体内积累虾青素。因此虾壳废料是天然虾青素的一个重要来源。但虾壳废弃物成分复杂，虾青素的含量相对低，目前很难大规模地从水产品废弃物中提取虾青素。此外，对海鲜过敏的人群服用此类虾青素还可能会由于过敏源的问题导致过敏现象。（2）从红法夫酵母中提取。红法夫酵母作为生物安全菌株可直接作为饲料添加剂使用。但是天然的红法夫酵母中虾青素含量仅为0.2-0.4 mg/g DCW，并且所产的虾青素100%为右旋（3R-3′R）产物，抗氧化活性不如左旋虾青素。此外，利用红法夫酵母生产虾青素的技术要求高，发酵培养基成分丰富，且在发酵过程中要求保持低温（22 ℃）。（3）从雨生红球藻中提取。雨生红球藻是目前天然虾青素含量最高的生物，虾青素含量达到15-30 mg/g DCW，而且雨生红球藻中的虾青素以左旋（3S-3′S）形式存在，生物学活性很高。但是雨生红球藻自养周期长，在培养过程中需要长时间的光照以及大量的淡水，同时下游分离难度大，藻类很难破壁释放虾青素，极大的限制了利用雨生红球藻进行大规模工业化生产天然虾青素的应用。

利用微生物细胞工厂异源合成虾青素已成为研究热点。以大肠杆菌为出发菌株，引入外源虾青素合成途径，构建高产虾青素的工程菌株近年来已经取得很大的突破。大肠杆菌具有生长周期短，易于培养，提取工艺简单等优点。通过筛选不同来源的酶，克服限速步骤，精确调控各基因的表达量等手段，不断提高虾青素产量并最终达到工业化要求。利用微生物细胞工厂合成的虾青素纯度高，且100%为左旋虾青素，生物学活性高，将是最具有发展前景的生产手段。