虾青素是类胡萝卜素的一种，不仅具有较好的着色效果，而且对水产动物可以起到保鲜、防止变色、变质的作用。近年的研究证明，虾青素具有良好的抗氧化和增强机体免疫力的作用，由此受到研究者的广泛关注。
1虾青素的性质及存在形式
虾青素（astaxanthin）是一种动物自身所不能合成的，且在动物体中广泛存在的一种非维生素A源的类胡萝卜素，自然界主要由植物和微藻产生。大多甲壳类动物如虾、龙虾、螃蟹等呈现的红色，一些鱼的肉色都是虾青素积累的结果。RKuhn等从虾、蟹中提取到紫红色的结晶，将其命名为卵酯，后来，1938年研究发现它不是酯，而是一种与虾红素有密切关系的类胡萝卜素，将其命名为虾青素，并确定了化学结构。虾青素是一种酮式类胡萝卜素，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，相对分子量是59686，又名虾黄质，虾黄素，其分子式如图。
由于虾青素的化学结构中含有一个长的共轭不饱和双键系统，因此，很容易受光、热、氧化物等的作用而破坏其结构。虾青素分子结构中所具有的发色团使其在紫外可见光区有独特的吸收区，因而其结晶或溶液在可见光下呈现紫红色。纯虾青素颜色为粉红色，具脂溶性，不溶于水，易溶于氯仿、丙酮、苯等多种有机溶剂。
目前发现的虾青素主要以两种形式存在，一种是游离形式，游离的虾青素极不稳定，很容易被氧化；另一种是酯化形式，由于虾青素在其末端环状结构中各有一个羟基，因此易于与脂肪酸形成酯而稳定存在。对野生的水生动物的研究结果表明，在水生动物的皮肤和外壳上的虾青素以脂化形式存在为主，肉及内脏上以游离形式存在为主。如红酵母、南极鳞虾和血球藻中虾青素主要以酯化形式存在；鲑鱼肉中的虾青素为游离性的。以往的研究发现化学合成的虾青素均为游离虾青素，天然虾青素往往与脂肪酸成酯，或与蛋白质形成复合物，产生不同的颜色（如龙虾中的蓝色、绿色和黄色）。比较合成虾青素和天然虾青素饲养虹鳟鱼的效果表明：以含相同量合成虾青素或天然虾青素的饲料分别喂养虹鳟鱼，结果却大不一样，用天然虾青素饲料喂养的虹鳟鱼积累更多的虾青素。
2虾青素的来源
市场上的虾青素主要有两种，一种是天然虾青素，一种是人工合成的虾青素。目前比较有前景的天然虾青素的来源主要是通过甲壳类动物的壳、酵母菌和藻类提取。甲壳类动物提取虾青素存在很多问题，首先，色素含量低且变化大，这就要求通过大量的甲壳类废弃物进行提取，从而增加提取成本和运输成本。其次，废弃物本身易迅速腐败变质，由于甲壳类动物的壳多数为废弃物，所以含有很多不卫生的物质，再加上储存环境比较差，所以易变质，给虾青素的提取带来很多麻烦，增加生产成本。第三，几丁质、灰分、湿度含量高，这些都限制虾青素的提取，但是由于目前还没有找到更好的方法，且国内外的虾蟹加工业每年有1000万t的甲壳类废弃物，资源丰富，因此国外从虾壳中提取虾青素的方式仍然存在。另一种提取天然虾青素的方法是由藻类中提取，很多种类的藻类如雨生红球藻（HaenilttococcusPluvialis）和微藻类的小球藻含有较多的虾青素。用红球藻生产的色素质量较好，其虾青素主要以酯的形式存在占总类胡萝卜素的60%~80%，少量为游离的虾青素；但这种方法也存在很多缺点，比如藻类生长条件苛刻，需要低温，需光照，需充足的氮源，且生长缓慢，给大量生产虾青素带来很大的困难。
目前，用的最多的提取天然虾青素的方法是法夫酵母（Phaffiarhodozyma）法。这种方法与甲壳类、藻类相比，具有在发酵罐中快速代谢和高细胞密度生产等优点，但野生菌株虾青素含量较低，培养温度较低（21℃）等限制其工业生产的可能性。另外，虾青素提取自微生物的培养和表达，提取加工过程中可能存在污染物的残留、浓缩等问题，因此存在一定的风险。
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15个碳的维悌希盐，最后有2个十五碳的维悌希盐同一个10个碳的双醛反应合成虾青素。但是该工艺十分复杂，而且由β2胡萝卜素转变为虾青素需加上2个酮基和2个羟基，因此合成比较困难。目前，世界上用化学合成法工业化生产虾青素的企业，只有瑞士HofflnannInRoche公司，其中全反式虾青素含量为5%~10%。
3虾青素的生物功能
3.1虾青素的抗氧化作用
虾青素同维生素E一样是一种强大的抗氧化剂，它能有效的淬灭单态氧清除自由基，起到抗氧化的作用。虾青素可有效地阻止氧原子与细胞膜的不饱和脂肪酸相互作用，阻止氧化反应的进行，从而保护细胞及DNA免受氧化反应的伤害。由于虾青素具有脂溶特性，可以中和细胞内的自由基，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的发挥功能。一些研究者的研究证明虾青素具有很强的抗氧化性能，Lee等比较叶黄素、玉米黄素、西红柿红素、异玉米黄素和虾青素等5种类胡萝卜素在豆油光氧化作用中猝灭活性氧的能力，发现它们均有淬灭单态氧的能力，但虾青素猝灭单态氧的能力是最强的。Miki比较叶黄素、玉米黄素、金枪鱼黄素、角黄素、β2胡萝卜素、α-生育酚和虾青素等类胡萝卜素的猝灭单线态氧和清除自由基能力，结果表明：几种类胡萝卜素均具有清除自由基和猝灭活性氧的活性，其中以虾青素活性最强。刘子贻等比较虾壳中提取的虾青素和α-生育酚对防止小鼠肝匀浆产生过氧化作用的结果表明，虾青素的抗氧化作用较α-生育酚强千倍以上。
3.2虾青素的着色作用
类胡萝卜素是水生动物体内的主要色素物质，而虾青素占水生动物体内类胡萝卜素的大部分，因此可以说虾青素是水生动物体内的主要色素物质。例如龙虾、三文鱼等海产品红润的肉色即是由于虾青素在其体内大量累积的结果。有关虾青素对水生动物着色的研究有很多，釜田忠等研究发现含0.1%虾青素的金盏花花瓣的提取物可使虹鳟鱼肌肉中虾青素的含量增加。Yamada研究角黄素和虾青素等类胡萝卜素对对虾的着色效果，结果发现，以相同浓度饵料添加量喂食对虾时，虾青素在其组织中积累量最高。邱春吟和洪桂珍研究发现，在罗非鱼、大马哈鱼、鲤鱼等的养殖过程中添加适量的虾青素、玉米黄素等均能增加类胡萝卜素在皮肤、肌肉的沉积量，起到良好的着色效果。陈晓明等用富含虾青素的发夫酵母喂养中国金鱼，经过60d的试验发现，所有酵母虾青素对金鱼都有着色效果。王锐和费小红，陈斌和吴天星的研究均发现，在饵料中添加30mg/kg虾青素，可使丽鱼、红剑尾鱼和金鱼的体色红润，增加色素的沉积。NoemTejera等研究表明，虾青素对红鲷有明显的着色作用。
3.3虾青素增强免疫力和提高成活率的作用
近几年的研究表明，虾青素能显著增强动物的免疫力，提高动物对恶劣环境的抵抗力。Jyonouchi等研究表明，虾青素能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，还能增强体液免疫反应过程中，辅助性T细胞1和辅助性T细胞2的活性，从而提高动物的免疫力。Merchie等研究表明，在饵料中添加虾青素可增强对虾的抗病力，提高其存活率，还可以削弱紫外线辐射对其的伤害。
Amar等研究虾青素等几种类胡萝卜素添加剂对虹蹲鱼免疫力的影响，试验结果表明，虾青素既可改善体液指标，如血清防御素和溶菌酶活性等，也可改善细胞指标，如噬菌作用和非特定细胞毒性等。
虾青素在提高动物存活率方面也有显著的效果。大量的研究发现，日粮中添加虾青素能极大的提高养殖动物的存活率。Christiansen等研究发现当饵料中的虾青素添加量少于1mg/kg时，大西洋鲑鱼鱼苗的存活率不到50%，当虾青素添加充足时，鱼苗存活率可达90%以上。Pan等研究发现，饲料中添加虾青素可以提高对虾的存活率。潘志弘给5日龄草虾的饲料中添加虾青素71.5mg/kg，饲喂56d后，将幼虾浸泡弧菌液中2h，在48h后观察，发现处理组草虾的存活率明显高于对照组。
