现在大量使用的着色剂主要有天然着色剂和化学合成的类胡萝卜素两大类。天然着色剂是指富含类胡萝卜素和叶黄素的动物、植物、微生物的提取物。化学合成的类胡萝卜素包括胡萝卜素类和叶黄素类。虾青素既可天然提取，又可化学合成，它是胡萝卜素的含氧衍生物，现已成为应用最广泛的饲用着色剂之一。虾青素大量存在于虾、蟹壳、红色酵母及雨生藻中，可以它们为原料提取。虾青素的用途很广，它可以用作鱼类和家禽的饲料，使养殖鱼类及禽蛋着色；可以用作食品添加剂起保鲜、防止变质的作用；掺合到化妆品中起美容护肤作用；还可制成保健食品、饮料、药物等用于延缓衰老、防止及减慢动脉粥样硬化的发生发展。
1、虾青素的结构及理化性质
虾育素（Astaxanthin），又名虾黄素、龙虾壳色素，化学名称为3,3’一二羟基一4’4’一二酮基一β,β’一胡萝卜素，分子式为C40H52O4，是一种酮式类胡萝卜素，含有两个羟基（－OH）和两个酮基（＝O），其天然产物多数以酯的形式存在。虾育素是一种含氧的有机化合物，色泽为粉红色，不溶于水，易溶于大部分有机溶剂，在酸、氧、高温及紫外光条件下均不稳定，易氧化降解。
虾青素是动物界中分布最广泛的一种叶黄素，呈粉红色，具有独特的着色功能，也能够促进抗体的产生，增强动物的免疫力；在抗氧化性，清除自由基方面，其能力强于β－胡萝卜素。具有水溶性和亲脂性，易溶于二硫化碳、丙酮、苯和氯仿等有机溶剂。虾青素是一种极具潜力的类胡萝卜素添加剂，在食品、饲料、化妆品、医药等领域有着广阔的前景。
2、虾青素的生产方法
虾青素的生产方法主要有两种方式，即天然提取和化学合成。
虾青素的天然提取
天然的虾青素常存在于某些动物、藻类及微生物体内，其生产可分为从动物及其副产品中提取，从藻类中提取和采用微生物发酵。
从动物及其副产品中提取
虾青素大量分布于水生动物的体内及软体动物的壳内，这些动物本身不能合成虾青素，它们体内的虾青素全部来源于食物（主要是水中的藻类）。Karrer等（1932）最早从蟹卵中提取虾育素后，甲壳纲水产品（虾。蟹）的副产物一直是提取天然虾育素的主要原料。在挪威，采用将虾壳粉碎后，用酸或酶法水解，最后用有机溶剂萃取的方法来提取虾育素，产率可达150mg/kg左右，提取的色素中虾青素占90%以上。但因为大多数虾、副产品中的色素含量较低，仅为80～200mg/kg，且提取费用较高，所以这种方法不适用于商品化生产，发展潜力不大。
近年来，挪威等国采用青贮技术处理水产废弃物，使回收率提高了10%，且纯度大大提高。实践证明，在青贮过程中加入无机酸或有机酸，会破坏虾青素与蛋白质或骨骼部分的结合，从而增加虾青素的释放量。
从水产加工废弃物中提取虾青素的主要生产工艺如下：
首先，在生产虾青素时，将贮存于双层乙烯袋中、在－70℃保存的废弃物，粉碎成膏状物。按重量比1：1加入大豆油，搅拌均匀后，用铅或铂把容器围起来避光。缓缓加热到90℃停止，利用低温离心技术（0℃，11000r/min，10min），收集油溶液，使之分层，虾青素存在于上层色素液中。用分液装置分离、提纯，即得虾青素。此法生产条件要求苛刻，生产成本高，产量较低，产品纯度不高。因此，目前仅有少数国家应用这种技术生产虾青素。
从藻类中提取
许多在氮缺乏环境下的藻类，如雨生红球藻（Haenaococus pluvialis）是重要的虾青素产生菌，被认为是一种很有商业化生产前景的藻类。该藻类在培养过程中，若氮源缺乏，则能在藻体内积累虾青素，含量可达0.5%～2.0%，约占类胡萝卜素总量的90%以上。但总体来看，藻类的自养周期长，对水质、环境及光的要求很高，大规模生产受到限制。另外，雨生红球藻中87%的虾育素以酯化状态存在，在某些动物体内的吸收和沉积较差这些都影响了用藻类来迸行虾青素的规模化生产。
微生物发酵法生产虾青素
已知能产虾育素的微生物有乳酸分支杆菌（Myobacterium lerticola）、短杆菌103（Brmibacterium）以及真菌担子菌纲的发夫酵母属（Phaffia rhozyma）。其中乳酸分支杆菌只能在烃类培养基上而不能在营养琼脂上产生虾育素，而短杆菌103要在石油上生长，发酵结束时虾育素产量不足0.03mg/g，两者实际应用的意义均不大。发夫酵母被认为是工业化生产虾育素最有应用价值的微生物，它最初于1970年从美国的阿拉斯加和日本的北海道一带山区的落叶树渗出物中分离得到，后经鉴定为真菌担子菌纲的一个属。发夫酵母具有不同于其他同属酵母的好氧性，且能够发酵糖类，它所产生的10多种类胡萝卜素中，主要有虾育素、β一胡萝卜素、γ一胡萝卜素等，野生菌中虾育素的含量占40%～95%。但野生发夫酵母中类胡萝卜素的总量一般不超过500mg/kg干酵母，且酵母细胞壁很厚，不破壁很难被动物消化吸收。为了解决这些难题，近年来国内外学者在高产虾育素菌株的选育、酵母细胞破壁方面进行了深入的研究，并取得了可喜的成绩。
化学合成
由β一胡萝卜素转变为虾青素需加上二个酮基和二个羟基，化学合成比较困难，且大多为顺式结构。到目前为止用化学合成法来工业化生产虾育素的企业只有瑞士罗氏公司，其商品名为加丽素粉红（Carophyllpink），虾青素含量为5%～10%。因用发酵法生产的虾育素含量较低，化学合成的虾青素具有一定的竞争优势。
3、虾青素的应用效果
虾青素的着色作用
虾青素是类胡萝卜素合成的终点，它进入动物体后可以不经修饰或生化转化而直接贮存在组织中，使一些水生动物的皮肤和肌肉出现健康而鲜艳的颜色，使禽蛋及禽的羽毛、皮肤、脚、像呈现健康的金黄色或红色。β一胡萝卜素虽能在甲壳类水生动物体内转化为虾青素，但大部分转变为维生素A，着色效果较差，而它在普通水生动物及禽类中则不能着色。只有胡萝卜素的含氧衍生物（叶黄素类），才具有对蛋黄着色的功能，且二羟基和二酮基类胡萝卜素（虾青素）比单羟基、单酮基或环氧类胡萝卜素对蛋黄的着色功能强。
Olsen等（1994）在北极红点蛙饲料中添加虾青素时发现：北极红点鲑鱼肉的红色程度与添加虾青素的量呈正相关，且添加量为70mg/kg时达到色素形成的稳定期。Choubert等（1996）在虹鳟饲料中添加100mg／kg从酵母中提取的虾青素发现：虹鳟肌肉中的类胡萝卜素含量升高。釜田忠等（1990）在虹鳟饲料中添加含0.l%虾青素的金盏花花瓣提取物发现：不仅鱼的表皮磷甲变为黄色，而且肌肉中虾育素的含量增加。李战胜（1993）研究认为，虾青素是大马哈鱼及虹鳟鱼饲料中的首选色素。
虾青素增强免疫功能的作用
虾青素是一种优良的抗氧化剂，在促进抗体产生、增强动物的免疫功能、抗氧化、消除自由基的产生方面的能力均强于β－胡萝卜素。Miki（1991）研究发现，虾青素的抗氧化能力是β一胡萝卜素的10倍，比维生素E高100倍。虾青素的这些功能，有助于动物个体的存活和健康状况的改善。研究表明，在独角虾饲料中添加50mg／kg虾育素，可明显提高虾的存活率、增重和饲料转化率。
虾青素促进生长繁殖的作用
虾青素对鱼类的生长繁殖有很重要的作用，虾青素可作为激素促进鱼卵受精，减少胚胎的死亡率，促进个体生长，增加成熟速度和生殖力。水生动物的卵子中虾育素的含量很高，这种高含量的虾育素可削弱鱼对光的敏感度，促进鱼类的生长繁殖。Johnson(1980)将红法夫酵母添加到饵料中，鲑鱼和鲟鱼食用了经破碎细胞壁的红法夫酵母后，虾青素积累在皮肤和肌肉中呈红色。这种鱼富含营养、色泽鲜艳、味道好，在欧美市场很受青睐，其价格也要比普通的鱼高出许多倍。因此在欧美国家鲑鱼和鲟鱼的养殖发展很快，红鲑鱼的虾青素含量通常为5～20mg/kg鲜重，而其虾青素的喂养浓度为40～150mg/kg饵料，以此来计算，每年虾青素的产量需求既可达数十万吨，总价值达数亿美元。目前，我国的水产养殖发展很快，添加虾青素，生产高档水产品，前景十分广阔。
虾青素在养禽业中的作用
蛋鸡饲料中加入2.95%的红法夫酵母，蛋黄的最大吸光度从571nm提高到593nm，而加入10.85%的黄玉米时，仅提高到575nm。肉禽饲喂添加了虾青素后，皮肤、脚、喙呈现出金黄色，这些都大大提高了禽蛋、肉的商品价值。另外，酵母作为单细胞蛋白，虾青素作为营养物质促进家禽的生长和提高产蛋率；而且这种蛋具有更丰富的营养，对人体的健康有利。
4、虾青素应用前景
虾青素能改善水产品、禽蛋的色泽，近年来国内外对虾青素的需求量越来越大，全世界每年用于虹鳟鱼养殖的虾青素用量就达100t，价值1.85亿美元。它对人体也具有抗氧化、增强免疫力等作用。另外，虾青素无毒、无害，不会造成环境污染，是一种绿色添加剂。目前美国、加拿大、欧盟等国的许多生物技术公司致力于开发生产这类产品，但还远远不能满足市场需求，故价格很高。
由于微生物的繁殖速度快，生长周期短，发酵工艺也较为成熟，易于掌握；而且酵母本身就是一种良好的饲料原料，营养价值较高，因此，利用酵母发酵生产虾青素目前最理想的方法，也具有十分广阔的市场前景。
