淺析紅發夫酵母發酵生產蝦青素雞蛋應用前景

摘要：蝦青素存在于藻類、微生物和海洋動物中，具有增強免疫力、抑制腫瘤和延緩衰老等功效，是目前世界上發現的極強的天然抗氧化劑，具有突出的營養價值和應用價值。傳統的蝦青素吸收方式是服用膠囊，吸收效果差，費用較高，副作用突出，通過紅發夫酵母發酵，優化發酵工藝，提高產物蝦青素濃度，具有生產周期短、成本可控等優點，推廣價值顯著。將發酵液分離提純，烘干后的菌粉與飼料混合飼喂蛋雞，能夠得到具有穩定蝦青素含量的高附加價值雞蛋，利潤區間明顯，對周邊養殖業的發展具有極其重要的推廣價值。

關鍵詞：蝦青素雞蛋；紅發夫酵母；發酵；營養價值

習近平總書記在黨的二十大報告中提到：樹立大食物觀，發展設施農業，構建多元化食物供給體系。發展鄉村特色產業，拓寬農民增收致富渠道。所謂“大食物觀”，即“向耕地草原森林海洋、向植物動物微生物要熱量、要蛋白，全方位多途徑開發食物資源”的一種新觀念，是推動農業供給側結構性改革的重要內容。大食物觀的基礎是糧食，而人們不僅要向“主糧”要食物，也要向“副食”要食物，所謂的“副食”，包括肉、奶、水產品、果蔬等類別[1]。通過向飼料中添加蝦青素菌粉，獲取了含有蝦青素高附加價值的雞蛋[2]，一方面極大提升了雞蛋的營養價值和抗氧化性，另一方面促進了人體對DHA、優質蛋白、礦物質及維生素等營養素的吸收，具有突出的應用價值和市場前景。

1 蝦青素背景

蝦青素（astaxanthin）在生物界普遍存在，特別是一些常見的水生動植物（比如三文魚、蝦、各種藻類和部分鳥類羽毛）中，含量比較顯著，是水生生物細胞中最主要的一種類胡蘿卜素。自然界中存在的蝦青素具有多種突出生理性功能，其防止細胞氧化、增強機體免疫力、抗腫瘤、抗疲勞等優勢明顯：蝦青素被認為是最強天然抗氧化劑之一，可以有效清除細胞內的氧自由基，維持內環境的平衡和減少衰老細胞堆積，由內而外地維持細胞和DNA穩定[3]。

目前，合成蝦青素的方法主要有四種[4]：

1）化學合成法。依據具體原理的差異，此種方法可以分為半合成法和全合成法：半合成法是利用角黃質、葉黃素和玉米黃質等類胡蘿卜素作為蝦青素的合成材料，而全合成法則主要是以化工類原料為主要的原材料，通過一系列復雜的化學合成反應來制備蝦青素。化學法合成蝦青素的突出優點是生產成本偏低、蝦青素產量穩定且純度高。但此種方法合成的蝦青素往往存在穩定性較差，安全性以及抗氧化活性低等不足。

2）雨生紅球藻[5]。在目前已知的所有合成蝦青素的藻類中，雨生紅球藻蝦青素含量最高，在合成蝦青素的所有生物體中，雨生紅球藻的蝦青素積累狀況也異常突出，是合成蝦青素最佳生物之一，蝦青素積累量最高能夠達到其細胞干重的4%。但是，此類方法的缺點是：生長較為緩慢，通常需要較長的培養周期；在正常的生長條件下蝦青素合成受限制，這對于蝦青素的規模化生產，是極大的不利因素[6]。

3）甲殼類動物加工[7]。提取蝦青素的另一類原材料是海洋甲殼類動物加工后的下腳料，蝦青素在甲殼類動物中存在的形式是通過與有效蛋白質結合，形成色素蛋白結合體。依據提取方式的差異，目前國內外的方法主要包括堿提法、油溶法和有機溶劑法等[8]。由于堿液可以實現高效脫蛋白的效果，用熱堿液對甲殼類動物下腳料進行處理，蝦青素便會隨著蛋白質同時溶出，從而達到高效收集的目的；利用蝦青素的良好的脂溶性，油溶法通常使用可食用油脂類物質如大豆油等作為提取的介質。

4）真菌。自然界中，紅發夫酵母和粘紅酵母等真菌類微生物都具備合成蝦青素的能力[9]。而其中，又屬紅發夫酵母[10]蝦青素表達量最為突出，野生型紅發夫酵母中蝦青素含量可達菌體干重的0.05％，某些紅發夫酵母突變株系中甚至可以達到0.3％，并且其合成的類胡蘿卜素中，蝦青素是最主要的成分，所以紅發夫酵母是目前微生物發酵生產蝦青素最普遍采用的菌株[11]。正因如此，紅發夫酵母通常也被認為僅次于雨生紅球藻的蝦青素最佳來源。

2 發酵工藝優化

通常來講，微生物發酵的結果受菌體遺傳特性和培養環境兩方面控制。通過育種技術的提升，改變微生物的內在遺傳信息，可以得到高產蝦青素的紅發夫酵母菌株[12]；同時，改變酵母的培養環境也可以起到提高蝦青素產量的作用，這主要包括優化培養基（種子培養基、發酵培養基、補料培養基）組成、pH條件、底物濃度、溶氧狀況、添加劑種類和發酵工藝等培養條件[13]。國內外針對紅發夫酵母發酵工藝優化，許多位學者分別選取了不同的方向，得出了具有一定價值的結論和規律。

3 蝦青素提取方法

蝦青素在細胞內合成，屬于胞內物質，紅發夫酵母以橢圓形的單細胞為主，蝦青素約占其干重的0.12%。細胞壁是由甘露聚糖、葡聚糖及蛋白質組成的典型酵母“三明治”構型，厚約24nm，同樣增加了蝦青素的提取難度。因此，為了有效促進蝦青素的釋放，有學者選用了通過蒸餾水或者檸檬酸進行自溶的方法，或者先用機械破碎的方式破壞菌體的細胞結構，再通過有機溶劑進行提取[14]。綜合比較各種方法，比較理想且可以實現工業化生產的途徑是有機溶劑萃取的方法，在這種固-液萃取過程中，包含了溶劑滲透、色素溶解、溶解度擴散等一系列的步驟。

蝦青素粗提物中除了蝦青素以外，通常還會有蝦青素衍生物、脂質等雜質，影響蝦青素的分析檢測結果，故需對其進行分離純化以得到高純度的蝦青素。常用的純化方法主要有柱層析法、高效液相色譜法、薄層層析法、重結晶法等，此外近年來還出現了高速逆流色譜法等新技術[15]。

4 蝦青素雞蛋

紅發夫酵母發酵液中，蝦青素菌體的含量約為20 mg/L，通過對發酵液固液分離、烘干處理，將發酵液與養殖場雞飼料按照一定比例混合，飼喂蛋雞并定時收取雞蛋。中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所的研究發現，添加天然蝦青素可以提高雞蛋的儲存穩定性，有助于增加儲存期蛋品質的穩定性，減緩蛋清水化。

與普通雞蛋相比，蝦青素雞蛋主要有以下幾方面優點：

1）雞蛋中蝦青素所具備的淬滅單線態氧和捕捉自由基的能力比β-胡蘿卜素高十余倍[16]，比維生素E強百余倍，因此具有顯著的抗氧化、抗衰老、提高免疫力功效；

2）雞蛋中的蝦青素還能促進眼睛和大腦的發育，預防心腦血管疾病、緩解眼部疲勞等；

3）雞蛋中蛋黃脂質能夠包裹蝦青素，與人體細胞的卵磷脂結構相似，不僅保留了蝦青素的高活性，還提高了吸收率；

4）蝦青素雞蛋相比普通雞蛋還降低了70%的膽固醇，提高卵蛋白吸收率98%，更健康、更安全；

5）蝦青素雞蛋對老年人非常有益。隨著年齡的增長，老年人的免疫系統機能下降，極易受到細菌、病毒、真菌等感染。蝦青素雞蛋能夠提高老年人的免疫力，幫助他們抵抗疾病。

5 問題與展望

以紅發夫酵母為起點，通過微生物發酵、菌粉飼料配制、蛋雞人工飼喂等無公害操作，得到附加值高、營養價值突出的抗氧化雞蛋，雞蛋中平均含有蝦青素1.127 mg/枚，遠遠高于市場雞蛋中含量，并且產量穩定，推廣價值突出，有效促進人體對DHA的吸收，對特殊人群（學齡期兒童、青少年、孕婦、乳母、老年人）市場前景更加顯著。

紅發夫酵母發酵生產蝦青素雞蛋，目前存在以下幾個問題：

1）與雨生紅球藻生產的蝦青素相比，紅發夫酵母發酵收集的蝦青素抗氧化性差，產品純度低，市場價值有待進一步提升；

2）蝦青素屬于胞內物質，需要破壁提取，目前提取工藝落后，成本較高；

3）蝦青素菌粉與雞飼料混合后，飼喂效果下降，雞產蛋率不高，需要進一步提升。

與雨生紅球藻獲取蝦青素相比，紅發夫酵母發酵生產蝦青素目前產率較低、蝦青素抗氧化性差、市場價值難以滿足需求，但紅發夫酵母發酵生產蝦青素具有工藝簡單、方法靈活，不受場地限制等優勢，在將來推廣價值較高。通過紅發夫酵母發酵的形式生產蝦青素，進一步獲取高附加值、高營養價值的蝦青素雞蛋，對于目前家禽養殖，具有良好的指導意義，技術推廣價值高，經濟效益顯著。■

參考文獻：

[1] 吳圣.從糧食觀到大食物觀的思想進程、現實挑戰與實踐路徑[J].糧食問題研究，2023（6）：4-9.

[2] 范巧.富含蝦青素雞蛋的加工適應性及消化特性研究[D].江南大學，2022.

[3] 竇茜茜，許有瑞.天然蝦青素的提取、純化研究進展[J].中國海洋藥物，2023，

42（2）：69-76.

[4] 涂媛，金顯，蔡俊.復合誘變選育蝦青素高產菌株及發酵條件優化[J].中國釀造，2023，42（5）：91-96.

[5] 叢曉梅，臧曉南，王振東，等.雨生紅球藻蝦青素合成關鍵酶的原核表達及純化[J].海洋湖沼通報，2022，44（6）：49-56.

[6] 陳濤，沼澤徹，楊福梅，等.雨生紅球藻中天然蝦青素的應用研究[J].農業工程技術，2023，43（15）：76-77.

[7] 張樂宏，蓋永強，王鵬，等.小龍蝦下腳料中蝦青素和甲殼素提取工藝研究[J].食品研究與開發，2022，43（14）：141-151.

[8] 符力丹.雨生紅球藻中蝦青素的微膠囊化及其穩定性研究[D].濟南大學，2018.

[9] 劉宏超.蝦殼生物活性物質提取及綜合利用[D].廣東海洋大學，2010.

[10] 王菊芳，梁世中.紅發夫酵母（phaffia rhodozyma）生產蝦青素進展[J].生物工程進展，2000，20（5）：48-50.

[11] 尹薔.蝦青素及其復方產品抗炎性能的研究[D].天津科技大學，2013.

[12] 汪多仁.蝦青素的開發與應用進展[J].江西食品工業，2011（2）：39-42.

[13] 潘雪珊，凌雪萍，葉馳名，等.紅發夫酵母生產蝦青素的氮源補加策略[J].廈門大學學報，2013，52（4）：545-552.

[14] 戴亦軍，秦懷蘭，袁生.紅發夫酵母（Phaffia rhodozyma）及其蝦青素的開發研究[J].生物技術，1996（3）：41-44.

[15] 劉傳菊.楊梅中酚類物質的分離、分析、特性及應用研究[D].華中農業大學，2009.

[16] 葉成蔭.旋轉生物膜反應器培養雨生紅球藻生產蝦青素[D].華中農業大學，2017.

收稿日期：2024-01-22

作者簡介：劉龍飛（1987— ），男，山東濰坊人，助教，碩士研究生學歷，主要從事發酵工藝優化研究。E-mail： liulongfei@qdec.edu.cn。