虾青素是从哪里提取的:雨生红球藻来源

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来源:虾青素品牌网 2019-08-26

虾青素超强的抗氧化能力是通过它特殊的结构体现的。然而,不同生物来源的虾青素的化学结构是不同的,所体现出的抗氧化能力也不同。其中雨生红球藻自身合成而来的虾青素100%为左旋结枃,抗氧化能力最强,当然体现出的各种保健功效也是最强大的。通过法夫酵母来源的虾青素100%为右旋结构,抗氧化能力次之。通过鱼、虾、蟹等动物体中提取的,左旋结构、右旋结构和消旋结枃混杂,其抗氧化能力再次之,已经不能体现出虾青素应有的保健功效。而通过化学方法人工合成的虾青素100%为消旋结构,没有任何的抗氧化及保健功效,只用作为化工染色剂使用。

■游离虾青素和虾青素酯

虾青素在其末端环状结构中各有一个羟基,这种自由羟基可与脂肪酸形成酯。如果其中一个羟基与脂肪酸成酯,称虾青素单酯;如果两个羟基都与脂肪酸成酯,则称为虾青素二酯。

虾青素可根据立体异构体、几何异构体、酯化程度和酯化与否分为多种。雨生红球藻中虾青素的立体异构体是3s、3'S,单酯约占80%,双酯约占15%,主要的脂肪酸有油酸、反油酸、蓖麻酸和花生酸等。

化学合成的虾青素均为游离虾青素,立体异构体的比例为n(3S、3'S):n(3R、3'S):n(3R、3'R)=1:2:1。天然虾青素主要以3S、3'S或3R、3'R形式存在,且往往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;也可溶在油脂中,如雪藻的红色就是其细胞质脂粒中积累虾青素的结果;或与脂肪酸成酯。虾青素在细胞中很少游离存在,因为游离的虾青素不稳定。合成虾青素和天然虾青素的几何异构体大多为全E结构,但立体异构体如前所述大不一样,合成虾青素的各体异构体之间的比例是固定的,且消旋体占50%,天然虾青素主要为3s、3'S酯化结构,如雨生红球藻中虾青素单酯占90%以上、双酯约占8%,游离虾青素约为1%。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。

■雨生红球藻源虾青素

目前最好的虾青素为天然左旋虾青素,只能通过微藻体内自身合成。其中包括,雨生红球藻、湖泊红球藻。雨生红球藻中虾青素含量可达10-40mg/g,是自然界中天然虾青素含量最高的生物。且雨生红球藻中虾青素为100%的左旋结构,其结构稳定,与人体、动物体内所需虾青索结构一致,利于吸收,能最大程度上发挥其应有的多种生物功效。

利用大规模养殖红球藻生产虾青素是目前天然虾青素工业化生产的条重要途径。红球藻生产虾青素一般分两个阶段,即先在最适生长条件下培养红球藻,使细胞获取最大限度的生物量,然后通过改变培养条件诱导虾青素的大量积累。光是诱导虾青素大量积累的重要因子,虾青素的合成量与光照密度和光照时间成比例关系,蓝光比红光更有利于虾青素合成。高温也有助于虾青素的积累,高碳氮比也可诱发红球藻大量合成虾青索。弱光下加盐利于虾青素积累。当红球藻培养基中添加活性氧时,红球藻便大量合成虾青素猝灭活性氧自由基,抵抗逆境引起的氧化损伤。红球藻中虾青素含量虽高,但培养周期长,需酶解和破壁释放虾青素,因而筛选出生长快的薄壁藻细胞已成当务之急。

■雨生红球藻虾青素的积累

红球藻在最适生长条件下,藻细胞产生叶绿素A、叶绿素B以及初生类胡萝卜素,特别是B-胡萝卜素和叶黄素。这时藻细胞为绿色,呈椭圆形,细胞生长率很高。当营养条件受到限制或在不利环境下,红球藻的光速率与光合作用产物利用速率不平衡,导致碳水化合物的积累,脂肪酸和类胡萝卜素的增加,特别是虾青素的快速积累。这时红球藻的细胞变大,颜色也由绿色变为红色。

虾青素的含量及合成速率在红球藻的生活周期中显著不同。虾青素的积累速率在游动细胞和不动细胞中是一样的,游动细胞虾青素的含量下降是因为它的合成速率低于细胞的分裂速度。任何因素,如不利的生长条件和细胞分裂抑制物的产生等,都可引致细胞分裂速度下降,从而导致个细胞内虾青素的快速积累。根据红球藻分批培养的结果,发现虾青素的生成速率在红球藻的不同生长阶段是不同的,红球藻生长后期的虾青素积累明显高于生长早期。

外界条件对细胞虾青素积累的影响:许多环境如光照、营养等都可以影响虾青素的形成,这些因素常常通过细胞内综合代谢而发生作用。

(1)光照度:光照度不但对红球藻的生长是一个非常重要的因素,而且对红球藻虾青素的合成也是很重要的。普遍认为光照度对红球藻的生长,特别是对红球藻内虾青素的合成是必需的。相反,也有人认为虾青素的合成可以在黑暗中进行,只是虾青素的合成速率在光照条件下比黑暗条件下高7倍。强光对红球藻的生长不利,特别是在红球藻的生长早期,强光显著地抑制红球藻的生长诱导促进虾青素的合成。红光比蓝光对红球藻的生长有利,而蓝光对虾青素的积累有利。

(2)温度对红球藻虾青素的生物合成的影响与光照度很相似,较高的温度可以促进虾青素的生物合成。在30℃条件下,红球藻的产量比20℃培养条件高2.5倍。但是最适合红球藻光合自养的温度在25℃-28℃之间。温度高于30℃时,红球藻的生长受到抑制。所以,较高的温度促进细胞内虾青素含量的增加,适用于红球藻培养的后期。

(3)溶解氧:较低的溶解氧(50%)有利于红球藻自养生长,而饱和的溶解氧则有利于红球藻的异养生长。溶解氧对红球藻虾青素含量的影响尚有待研究。

(4)pH:pH对红球藻虾青素细胞含量的影响目前尚未有详细报道。一般认为,最适合于红球藻生长的pH为中性至微碱性,虽然红球藻在pH=11的条件下仍然可以生长和成活,但其生长速率很低。

(5)培养液的流体剪切力的影响:通过对搅拌速度对红球藻的生长和虾青素的影响的研究,发现如果流体剪切力高于0.05N/M,则会阻碍红球藻的生长,促进虾青素的合成。

(6)培养基的优化:醋酸盐是应用于红球藻混合培养的比较好的碳源,它除了容易被红球藻利用于生长外,也很容易被红球藻吸收参与虾青素的合成。

对于氮源的需求,科学家有不同意见,大多数认为低浓度的氮源对虾青素的合成有利。

如果红球藻在含有醋酸盐的培养基中,高浓度的氮源有利于虾青素的合成;此外,较高的亚铁离子浓度有利于虾青素的合成;低浓度的磷酸盐可以促进虾青素的合成,但并不显著抑制红球藻的生长。

(7)环境条件的优化:除了对培养基的优化,其他环境条件如温度、pH、光照、溶解氧的优化组合对于提高红球藻虾青素的生长率也非常重要。但是适于红球藻生长与虾青素合成的条件往往是互相矛盾的,即当环境条件如温度,pH、光照、溶解氧、培养基成分和浓度有利于红球藻生长时,虾青素的合成速率通常较低;而虾青素快速合成的时期发生在不利于红球藻生长的环境条件下。

可采用分步培养的方法生产虾青素:首先利用红球藻的最优生长条件促使红球藻细胞于物质增加,然后改变条件使红球藻能快速合成虾青素。

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