火烈鳥生活在溫熱帶鹽湖水濱，這里往往生態(tài)惡劣，在被譽為“火烈鳥天堂”的科羅拉達湖，唯有一些浮游生物、昆蟲、藻類等能夠生存?；鹆银B經(jīng)常涉行淺灘，藻類成了它的家庭主食之一，這些藻類能夠合成粉紅色或者深粉紅色的蝦青素，蝦青素進入火烈鳥體內(nèi)，便“染紅”了火烈鳥。尤其在繁殖期，為了贏得異性青睞，雄火烈鳥會大量食用紅藻，努力讓自己紅得發(fā)靚。

不過，火烈鳥讓自己變紅并不只是“臭美”，它們攝取的蝦青素還具有超強的抗氧化性，能夠中和自由基，幫助火烈鳥抵抗陽光中紫外線可能對細胞造成的傷害。這種強大的抗氧化特性賦予了蝦青素一種“超能力”，那就是幫助多種生物鑄就強大生命力，這一特性也讓蝦青素引起了人類的興趣。

十九世紀法國探險家在布拉多爾湖探險時，意外發(fā)現(xiàn)一種紅色的“小蟲子”能夠在與科羅拉達湖同屬天然咸水湖、生物幾乎絕跡的布拉多爾湖頑強存活。這一神奇現(xiàn)象促使科學探險家們展開化驗，發(fā)現(xiàn)是一種紅色的體液幫助“小蟲子”白天抗拒輻射、高鹽堿，夜晚抗冰凍、耐嚴寒，這種紅色的體液正是蝦青素。

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，蝦青素能夠通過清除自由基，幫助人體抗衰老。在人體內(nèi)，當氧跟復雜的新陳代謝分子結合時會生成自由基，自由基容易與其他物質(zhì)結合發(fā)生“氧化”，滋生更多自由基，失控的自由基連鎖反應導致細胞損傷，這也是人體老化的根本原因。蝦青素是唯一一種具有共軛雙鍵結構的抗氧化劑，其分子長度能夠跨越細胞膜，通過分子結構中的兩個開放性的羥基與人體中的自由基快速結合，形成穩(wěn)定的分子團排出體外，從而保護人體細胞減少氧化反應的傷害。

與其他抗氧化劑相比，蝦青素抗氧化能力是它們的幾十倍，甚至上千倍，被譽為超級維生素E、超級天然抗氧化劑。蝦青素獨特的價值逐漸被發(fā)掘，人類對于蝦青素的開發(fā)與應用也隨之逐步落地。不過，蝦青素雖是好物，但由于它對光、氧和溫度敏感，常規(guī)溶劑法提取極易造成氧化變質(zhì)，因此其萃取一直是個難題。商家確定了二氧化碳超臨界法萃取雨生紅球藻中蝦青素的最佳工藝條件，并制定了生產(chǎn)工藝路線及技術要求。根據(jù)專家評測，該技術具有含量更高、純度更高、有效成分更穩(wěn)定的優(yōu)勢，使抗氧化功效提升5倍且更易于儲存。

火烈鳥的紅永不過時，人類對于蝦青素的探索也從未停止。未來，中國微藻產(chǎn)業(yè)耕耘者們將繼續(xù)深耕微藻精準活性物質(zhì)與精準功能開發(fā)應用的相關課題，讓微藻的“魔法”進一步釋放，引領產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新，為全民健康造福。

1956年，英國的哈曼博士率先提出自由基與機體衰老和疾病有關，當時這一理論并不被人重視。1969年美國人McCord和Fridovich發(fā)現(xiàn)了超氧化物歧化酶（SOD），證實活性氧自由基存在于生物體內(nèi)。1998年美國人菲希戈特、穆拉德、伊格納羅三個人因發(fā)現(xiàn)氮氧自由基一起獲得諾貝爾獎，使人們確認了各種不同自由基對機體的傷害。

迄今歷經(jīng)數(shù)十年研究，科學已經(jīng)證實自由基對人體的多方面侵害。而自由基的來源分為外源性自由基，主要包括吸煙、酗酒、輻射、紫外線、電磁波、日光暴曬，或癌癥患者接受放射線治療，以及環(huán)境污染和化學藥物濫用等；內(nèi)源性自由基主要來源于人體自身的新陳代謝過程，另外個體精神狀況差、壓力過大、急躁、焦慮、郁悶、緊張等情緒問題也會產(chǎn)生自由基。

現(xiàn)代都市人，生活壓力大，居住環(huán)境不佳，充滿各種污染，體內(nèi)自由基泛濫如不加以控制，每天都會受到數(shù)十億個自由基的攻擊。在本次論壇中，國際食品科學院院士、深圳大學高等研究院院長陳峰教授發(fā)表報告指出，由于身體不斷產(chǎn)生氧自由基（ROS），過多的ROS會破壞細胞內(nèi)平衡，并破壞各種細胞大分子例如脂質(zhì)、DNA和蛋白質(zhì)，導致身體各種器官細胞都被不同程度的損傷，最終導致衰老并誘發(fā)各種疾病。

在長期進化過程中，生命有機體內(nèi)會產(chǎn)生一些物質(zhì)能清除自由基，它們統(tǒng)稱自由基清除劑。然而，隨著年齡的增大，特別是急劇變化的生存環(huán)境和社會環(huán)境，使得大多數(shù)人群的機體內(nèi)產(chǎn)生自由基清除劑的能力逐漸下降，導致體內(nèi)清除劑的含量減少、活性也逐漸降低，從而削弱了對自由基損害的防御能力，加速了生命的衰老變化并引發(fā)一系列病變。為了防御自由基的損害，現(xiàn)代科學提供了向生命機體添加自由基清除劑，以達到抵抗疾病、延緩衰老等目的。

　　對此陳峰教授表示，雨生紅球藻蝦青素作為“最強抗氧化劑”，能夠顯著抑制自由基對細胞的氧化侵害，其作用機理主要是提高體內(nèi)過氧化氫酶CAT、超氧化物歧化酶SOD的活性，而這兩者是機體抗氧化能力的重要標志。因此，為對抗自由基的過氧化反應，預防自由基引起的疾病，除了正常的均衡膳食外，補充以紅球藻蝦青素為代表的富含抗氧化成分的藥物和營養(yǎng)補充食品是十分必要的。

圖1:生物合成蝦青素的方法:采用雨生血球藻(上圖)的兩步間歇法和本研究采用聚球藻PCC 7002的單步間歇法(下圖)。來源:神戶大學

日本神戶大學工程生物學研究中心的HASUNUMA Tomohisa教授領導的一個研究小組成功地利用生長迅速的海洋藍藻Synechococcus sp.PCC7002合成了天然色素蝦青素。

這個過程需要光、水和二氧化碳從藍細菌宿主中以更快的速度產(chǎn)生有價值的抗氧化劑蝦青素，并且比以前生物合成這種有用物質(zhì)的方法污染風險更低。動態(tài)代謝分析表明，蝦青素的產(chǎn)生促進了聚球藻Synechococcus sp.PCC7002的中心代謝。

希望這些發(fā)展能夠被用來滿足制藥和營養(yǎng)工業(yè)對天然蝦青素的需求。

這項研究的結果首次發(fā)表在2019年10月25日的《ACS合成生物學》國際期刊上。

類胡蘿卜素色素自然中最著名的是橙色β-carotene(β-胡蘿卜素),發(fā)現(xiàn)在胡蘿卜和其他蔬菜、水果和植物。對不同類胡蘿卜素的各種研究表明，它們可以預防癌癥、早衰和退化性疾病。

蝦青素(粉紅色類胡蘿卜素)是已知類胡蘿卜素中最強的抗氧化劑。由于其增強免疫反應和抗炎特性，它被用作水產(chǎn)養(yǎng)殖、化妝品、營養(yǎng)和制藥等行業(yè)的天然色素。例如，它被用作雞和魚飼料的添加劑。

目前，大多數(shù)商品蝦青素是由石油化工產(chǎn)品化學合成的。這使得大量生產(chǎn)以滿足需求。然而，人們對從石油化工產(chǎn)品中合成的蝦青素的安全性存在擔憂，因此對天然蝦青素的需求不斷增加。

圖2:對照菌株與產(chǎn)生蝦青素的聚球菌的視覺比較。圖3:蝦青素生產(chǎn)引起的代謝變化的估計。來源:神戶大學

研究背景

雨生紅球藻能自然產(chǎn)生蝦青素，是水鳥浴中常見的粉紅色蝦青素斑點的來源。對于商業(yè)蝦青素的生產(chǎn)，雨生紅球藻需要一個復雜的兩階段的過程。在第一生長階段后，血球菌被置于誘導應激條件下，如氮饑餓或強光照射。這誘導植物形成血泡，并在第二階段產(chǎn)生蝦青素。然而，在第一階段生長緩慢，隨后在第二階段細胞惡化，增加了污染的風險。此外，強光照射外推了生產(chǎn)成本。

因此，目前生產(chǎn)天然蝦青素的方法在商業(yè)上還不足以大規(guī)模生產(chǎn)。如果能開發(fā)出更有效的生物生產(chǎn)方法，這種強大的抗氧化類胡蘿卜素有望在營養(yǎng)和制藥工業(yè)中進一步用于人類消費。

本研究加快了蝦青素的生長速度，降低了生物合成蝦青素的污染風險。研究人員成功地利用快速生長的海洋藍綠藻物種，即藍藻聚球藻屬Synechococcus sp.，PCC7002作為宿主生產(chǎn)蝦青素。這種藻類本身不能產(chǎn)生蝦青素,然而通過整合β-胡蘿卜素進入聚球藻屬Synechococcus編碼基因,表達基因只需要水,光和二氧化碳來生產(chǎn)蝦青素。這種單階段法不需要使細胞處于應激狀態(tài)，而且與血球菌法相比，它能在更短的時間內(nèi)產(chǎn)生蝦青素。此外，本研究還提出，聚球菌中豐富的鹽濃度也可以降低污染的風險。

如前所述，PCC7002聚球藻屬Synechococcus sp.本身不產(chǎn)生蝦青素。因此有必要從海洋細菌Brevundimonas sp.SD212中提取β-胡蘿卜素羥化酶和β-胡蘿卜素酮酶的編碼基因。并將其集成到聚球藻屬。然后表達這些基因以生物合成蝦青素。在類似于自然光的無應力水平下，寄主Synechococcus sp.PCC7002通過光合作用產(chǎn)生蝦青素。粉紅色蝦青素的產(chǎn)生使溶液變成深綠色。

這項研究被認為是世界上第一個利用這種特殊的海洋藍藻成功生產(chǎn)蝦青素的研究。以CO2為唯一碳源的聚球藻Synechococcus sp.PCC7002改良藻株產(chǎn)生3mg/g干細胞重蝦青素，生產(chǎn)速度為3.35mg/L/d。這被認為是迄今為止使用綠藻的最高效率。

Hasunuma教授等人開發(fā)的動態(tài)代謝譜方法用于分析蝦青素生產(chǎn)過程中細胞內(nèi)的代謝。該分析揭示了磷酸鹽組分的增加，特別是脫氧木酮糖5-磷酸酯(DXP)、甘氨醛3-磷酸酯(GAP)；和甲基羥色胺醇4-磷酸酯。此外，中間脫氧木酮糖5-磷酸(DXP)在非代謝途徑(蝦青素生產(chǎn)的前體代謝途徑)中的水平也增加了(圖3)。體內(nèi)碳標記顯示，β-胡蘿卜素編碼基因的表達增強了中樞代謝中的碳流。

這些結果表明蝦青素生產(chǎn)細胞在初始代謝階段是活躍的。其原因被認為是由于藍藻增強了其中樞代謝和非代謝途徑，以試圖補充用于合成蝦青素的色素，如β-胡蘿卜素。換句話說，蝦青素的產(chǎn)生增強了聚球藻的中樞代謝。PCC7002用于以彌補捕光色素的缺乏。

希望進一步的代謝途徑工程能夠減少潛在的瓶頸，進一步提高蝦青素產(chǎn)量。

總的來說，本研究表明修飾的聚球藻屬。PCC7002是通過光合作用生物生產(chǎn)蝦青素的有前途的宿主。這可以通過嘗試利用聚球藻合成各種其他有用的物質(zhì)來進一步研究。PCC7002。

此外，希望在本研究中開發(fā)的動態(tài)代謝譜方法可以用于提高對微生物、植物和動物代謝過程的理解

更多信息:tomohisa hasunuma等人。單階段蝦青素生產(chǎn)增強了聚球藻的非代謝途徑和光合中樞代謝。pcc 7002，acs合成生物學(2019年)。DOI: 10.1021/acssynbio.9b00280

本文轉自：藻類生態(tài)鏈

　　近年來，微藻的經(jīng)濟價值在保健品、醫(yī)藥、色素、飼料、生物能源等多個領域得到越來越多的應用，微藻市場規(guī)模逐步擴大。“專業(yè)機構預測，預計到2021年，微藻產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將達到36.8億美元，到2023年，將達到51.7億美元，全球微藻市場規(guī)模將繼續(xù)保持高速增長態(tài)勢。”袁文橋表示。

　　在報告中，袁文橋指出：“微藻對人體保健價值很多，如小球藻、螺旋藻可以用于營養(yǎng)健康食品；雨生紅球藻提取蝦青素，可以用于營養(yǎng)化妝品，抗衰老產(chǎn)品；還可以從某些微藻提取DHA營養(yǎng)元素等。其中，雨生紅球藻提取的蝦青素因為其超強的抗氧化能力，是一種有前途且有價值的生物產(chǎn)品，其市場增長最快且不飽和?！?/span>

　　在演講分享中，袁文橋還具體介紹了雨生紅球藻在營養(yǎng)剝奪、鹽脅迫、高光、低溫等不同生長環(huán)境壓力下的反應。他指出光照是紅球藻誘導蝦青素大量積累最重要的因子，在高強度光照下蝦青素的合成將會得到進一步的促進。此外，他還向與會嘉賓分享了紅球藻收集技術（圓盤堆離心結合重力沉降技術）、蝦青素萃取工藝（離子液體萃取、超臨界二氧化碳萃?。┑榷囗椦芯砍晒?。

“當前，雨生紅球藻產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的第一大障礙就是雨生紅球藻培育技術和蝦青素的生物提取技術。近年來，國內(nèi)外在紅球藻蝦青素方面都投入了巨大的人力和財力，蝦青素產(chǎn)業(yè)前景愈發(fā)明朗，但目前仍普遍存在成本高、產(chǎn)量低等問題。隨著藻種選育、培養(yǎng)技術以及蝦青素提取技術的進步和落地，將會大大緩解當下產(chǎn)能不足的問題。”袁文橋說。

本文轉自：新華網(wǎng)

圖片由阿塔卡馬生物天然產(chǎn)品有限公司提供。

阿塔卡馬沙漠為蝦青素的藻類生長提供了理想的條件，但是當?shù)厥袌龇浅Ｓ邢?，所以一家公司正在利用它的地理位置和故事在國際上生長，特別是在亞洲。

阿塔卡馬生物天然產(chǎn)品有限公司從世界上最干燥的沙漠中的雨生血孢菌中生產(chǎn)蝦青素，該沙漠也擁有地球上最高的太陽輻照度。

阿塔卡馬生物天然產(chǎn)品全球營銷副總裁j. tomás arenas最近告訴nutrainedients-latam說，“你要么有種植藻類的完美地方，要么就是你創(chuàng)造的完美地方。”

他解釋道:“我們優(yōu)越的地理位置使我們能夠擁有一個與自然界預期雨生紅球藻生長方式非常相似的過程，這是一個生物仿生概念?！?/span>

紅熱！

2011年，美國消費者對蝦青素的意識爆發(fā)，約瑟夫·默科拉博士在奧茲博士的節(jié)目中將這種強效紅色抗氧化劑描述為“你從未聽說過你應該服用的頭號補充劑”。含類胡蘿卜素產(chǎn)品的銷售隨后“飆升”,人們的興趣一直很高。

有幾種培養(yǎng)雨生紅球藻的方法，包括開放式池塘或封閉式管道系統(tǒng)，雨生紅球藻是蝦青素的來源。藻類從綠色開始，被供給二氧化碳和營養(yǎng)物質(zhì)，但在壓力下會變紅(這意味著它正在生產(chǎn)蝦青素)。蝦青素油樹脂然后從藻類生物質(zhì)中提取。

“我們利用可利用的陽光，從大氣中捕獲二氧化碳，不需要將其注入儲罐或管道，從而減少碳足跡，”阿倫斯說?！爱斎?，所有這些因素對降低生產(chǎn)成本都有重大影響，我們可以將這一優(yōu)勢轉移給客戶。”

阿塔卡馬的方法是使用開放池塘水渠技術，但它是室內(nèi)和室外的混合系統(tǒng)。生產(chǎn)分六個階段進行，其中五個在室內(nèi)。對于人類的消費，他們生產(chǎn)不同濃度的油蒿素。

拉丁美洲

arenas解釋說，盡管蝦青素在美國是一種受人追捧“紅熱”成分，但在拉丁美洲卻相對不為人知。

“今天，拉丁美洲藻類衍生蝦青素的市場規(guī)模和范圍非常有限，”他告訴我們?！氨M管如此，我們已經(jīng)確定了一些我們正在評估產(chǎn)品系列合作關系的潛在客戶，我們正在盡最大努力探索各種可能性?！?/span>

該公司希望在某個時候面向當?shù)厥袌?，并在秘魯、智利和巴西擁有客戶和潛在客戶?/span>

圖片由阿塔卡馬生物天然產(chǎn)品有限公司提供。

阿里納斯補充道:“盡管如此，從更大的角度來看，由于對人類消費和動物飼料應用的認識嚴重不足，我們不打算在這一領域做出巨大的商業(yè)努力。”“盡管我們在該地區(qū)具有本地的地理優(yōu)勢，但在當今全球化的世界中，我們的努力主要集中在亞洲?！?/span>

該公司還在尋找與美國保健品公司合作的機會。

“在美國，人們吃補品。這是文化問題，”他說。”然而，在智利，人們被視為服用補充劑是因為你生病了，而不是因為你健康。”

NANA

阿塔卡馬生物天然產(chǎn)品公司是天然藻類蝦青素協(xié)會的成員，同時也是藻類技術公司、藍藻技術公司和藻類健康公司的成員，這給智利人提供了與該領域其他公司建立網(wǎng)絡的機會。

雖然阿里納斯說他不羨慕競爭對手，但他指出:“我們重視我們的人力資源，我們可以在其他蝦青素公司看到這一點。你會看到其他公司也以科學為導向，致力于純凈。”

他補充道:“我們的研究和開發(fā)過程花了幾年時間，才實現(xiàn)了我們必須生產(chǎn)高質(zhì)量蝦青素的一致、穩(wěn)健、最先進的方法。這一寶貴的經(jīng)驗讓我們的多學科團隊專家在這個地方培育了我們的藻類品種。”

對動物飼料的興趣

除了人類營養(yǎng)，該公司還為飼料市場提供粉狀生物質(zhì)，他們稱之為“紅粉”。

合成蝦青素在動物飼料市場占主導地位，特別是在鮭魚和蝦的水產(chǎn)養(yǎng)殖中。

阿里納斯解釋道:“根據(jù)我們對這一行業(yè)的愿景，并根據(jù)naxa原則進行調(diào)整，我們希望推廣使用天然藻類衍生蝦青素，并就此開展教育，使其受益于其他形式的抗氧化劑。”“如今，我們吃的東西，如鮭魚和蝦，正在添加合成蝦青素來著色。當最終我們?nèi)祟惓粤诉@種人造食物時，允許動物吃這種食物是一個很大的矛盾。

“考慮到能夠執(zhí)行較低成本流程的相對優(yōu)勢，以及科學支持的重點，我們正著手從始至終關閉天然成分的循環(huán)。我們有合理的預期，魚和蝦市場將認識到，除了顏色，天然藻類衍生蝦青素將為該物種提供更好的健康，他們將能夠提供一種完全天然的產(chǎn)品，一種追求naxa使命的革命性方法”。

本文轉自：藻類生態(tài)鏈

　　 如何落實眼健康規(guī)劃？科學家一直寄望于利用科技手段提供助力。新西蘭Supreme Health公司（至上健康）首席執(zhí)行官Kerry Paul表示，近年來，經(jīng)過不懈努力，科學家已發(fā)現(xiàn)了一種可以維護眼健康的蝦青素。

　　 據(jù)了解，蝦青素屬類胡蘿卜素的一種，雨生紅球藻的微藻類植物是獲取天然蝦青素最好的來源。當有壓力的時候，雨生紅球藻就進入一種求生模式，開始分泌蝦青素作為“盾牌”保護自己免受外界氧化反應，諸如紫外線照射、缺乏營養(yǎng)、溫度變化等。全球超過500份臨床試驗表明，蝦青素的抗氧化能力是維生素C的6000倍，是維生素E的550倍。這足以顯示它的超級抗氧化能力。

　　 新西蘭以新鮮的空氣，清澈的溪流而聞名于世，而新西蘭南島更是“凈土中的世外桃源”，從新西蘭南島純凈的淡水水域中可以提取出雨生紅球藻分泌的天然蝦青素，這里沒有人類工業(yè)活動，沒有任何污染，純凈的水質(zhì)生長出高質(zhì)量的雨生紅球藻，而強烈的紫外線也使得這種微藻分泌的蝦青素抗氧化指數(shù)格外的高。

　　 那么被譽為“抗氧化之王”的蝦青素對人體究竟有什么好處呢？

　　 Kerry 先生說，每日連續(xù)服用蝦青素能有效為全身每一個細胞提供抗氧化保護，免受衰老和疾病的威脅，能夠維護視力健康，心臟健康、維護大腦健康、令皮膚換發(fā)光彩、維護關節(jié)和肌肉健康、保持每日能量和活力。

　　 科學家發(fā)現(xiàn)，蝦青素具有極強的穿透力，可以穿越視網(wǎng)膜屏障作用到眼球細胞，清除自由基，預防眼睛疾病，有效改善視力健康，調(diào)節(jié)晶狀體的聚焦能力。大量的文獻研究表明，天然蝦青素能夠幫助恢復視力的敏銳度，減少眼澀眼疲勞等癥狀，以及有效針對青光眼，白內(nèi)障以及眼底黃斑區(qū)變異等眼部疾病。

　　 科研人員通過多年探索，將新西蘭天然蝦青素與其它天然營養(yǎng)物質(zhì)結合，生產(chǎn)出以新西蘭蝦青素、葉黃素、玉米黃質(zhì)以及藏紅花為主要配方的蝦青素健康品，利用強大的類胡蘿卜素家族起到對眼部細胞的保健作用。

　　 除了促進眼健康，天然蝦青素也被稱為免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)員。它能幫助免疫系統(tǒng)維持平衡狀態(tài)，這對于那些罹患牛皮癬、濕疹、關節(jié)炎等自身免疫性疾病的人們來說極為重要。當免疫系統(tǒng)過于興奮就會開始攻擊自身的身體組織，而天然蝦青素能幫助抑制免疫系統(tǒng)的過度反應。

　　 Kerry Paul說，微藻是食物鏈的開端，也是產(chǎn)生天然蝦青素的源頭，沿著食物鏈往上追溯，天然蝦青素能夠在許多生物中被發(fā)現(xiàn)，如野生磷蝦和三文魚，它們通過食用水里的微藻而獲得天然蝦青素。但由于天然蝦青素的高成本，水產(chǎn)養(yǎng)殖戶一般選擇化學合成的蝦青素來喂養(yǎng)三文魚或是別的水產(chǎn)品，同樣能夠顯示出漂亮艷麗的外表顏色。而化學合成的蝦青素并不具備天然蝦青素對人體疾病的治療功能，也不能保證食用的安全性，因此，尋找并生產(chǎn)適合人體服用的蝦青素成為了難題。

　　 有關專家表示，維護眼健康需要從預防、從日常生活中做起，希望患者們能夠從天然蝦青素的誕生中獲益。

　　蝦青素是一種類胡蘿卜素，具有極強的抗氧化能力，被廣泛應用于化妝品、食品、畜牧和水產(chǎn)養(yǎng)殖中的飼料等領域。雨生紅球藻是天然蝦青素生產(chǎn)的主要來源，但是自然界中的雨生紅球藻藻種具有蝦青素產(chǎn)量低、生長速率慢的缺點，這就需要發(fā)展高效的雨生紅球藻的品種選育技術，其中包括誘變和篩選技術。黃青研究組對此開展了研究。

　　他們首先在利用低溫等離子體獲得多種雨生紅球藻突變株方面取得進展。但是，如何從這些誘變株中快速篩選具有高產(chǎn)蝦青素性能的突變株，是需要解決的關鍵問題，對發(fā)展高效的誘變育種技術至關重要，為此，黃青提出基于生物光譜的誘變藻株篩選方法。生物光譜是利用生物分子或者基團的發(fā)射、吸收或者散射光譜的特征來確定其組分、性質(zhì)、結構及含量，它具有簡單、快速、實時動態(tài)和無損檢測等優(yōu)勢，結合顯微成像能夠實現(xiàn)對生物體進行多組分、微觀空間的觀測。課題組從分析雨生紅球藻細胞的化學成分及隨時間變化過程入手，研究其生長代謝關系，在其早期生長階段鑒別出高產(chǎn)蝦青素的誘變株，并建立起有效的光譜篩選的方法。

　　研究顯示，利用紅外和拉曼顯微光譜及成像技術可以很好地對蝦青素、β胡蘿卜素、蛋白質(zhì)、脂類和多糖的含量和空間分布進行快速定量分析。這樣，可以在細胞水平上分析產(chǎn)蝦青素的過程，從而建立在生長早期對高產(chǎn)蝦青素突變藻株快速鑒別的方法。在應用紅外光譜中，他們發(fā)現(xiàn)用光譜吸收強度I(1740)/I(1156)可以預測蝦青素產(chǎn)量，以此可以作為測度不同藻株中蝦青素含量的一個重要光譜篩選指標。另一方面，利用拉曼光譜顯微成像并結合多元曲線分辨（MCR）分析方法，能夠在單細胞水平上對蝦青素、β胡蘿卜素和葉綠素的含量實現(xiàn)定量分析。此外，還應用紅外和拉曼光譜結合主成分分析（PCA）能夠實現(xiàn)不同蝦青素產(chǎn)量的雨生紅球藻突變株快速區(qū)分。這些研究結果發(fā)表于國際光譜學專業(yè)期刊Applied Spectroscopy。

　　此外，黃青研究組還探索了對藻株群體細胞的近紅外光譜（NIRS：near-infrared spectroscopy）篩選方法。他們把群體藻株的近紅外光譜并結合生化檢測建立了基于偏最小二乘（PLS）的生物量、蝦青素含量及蝦青素在藻細胞的干重的百分含量的預測模型，由此可以對蝦青素不同產(chǎn)量的雨生紅球藻突變株進行預測，獲得較高的預測準確率。這項工作發(fā)表于Letters in Applied Microbiology。

　　以上研究工作得到國家自然科學基金項目的資助和支持。

圖2：雨生紅球藻培養(yǎng)20天后不同突變株的（a）紅外光譜顯微成像分析圖和（b）拉曼光譜顯微成像分析圖

蝦青素以其卓越的生理功能，在國際上已被廣泛應用于水產(chǎn)養(yǎng)殖、食品及醫(yī)藥業(yè)中。雨生紅球藻被公認為自然界中生產(chǎn)天然蝦青素的最佳生物來源，因此利用雨生紅球藻獲取蝦青素，無疑具有廣闊的發(fā)展前景。

本研究建立了一種雨生紅球藻中的蝦青素酯皂化進行分離測定的反相高效液相色譜方法。蝦青素在15min內(nèi)得到了較好的分離，其中蝦青素的檢出限為0.049mg/L，在1-15mg/L范圍內(nèi)蝦青素的含量與峰面積具有良好的線性關系；該方法的精密度（RSD）為3.27%，回收率為100.7%。研究首次獲得HPLC法與Jensen分光光度法的關系式y(tǒng) = 8.496x – 12.237（r=0.9991）。

研究開展了雨生紅球藻BBM培養(yǎng)基的優(yōu)化改良?？疾炝司S生素B₁、B₁₂、不同形態(tài)鐵及醋酸鈉等多種微量組分對雨生紅球藻生長及蝦青素積累的影響。研究結果表明：適量維生素、鐵等微量組分的加入，具有促進雨生紅球藻生長、提高脅迫條件下的微藻存活率以及促進蝦青素積累等作用。在此基礎上對BBM培養(yǎng)基進行正交實驗改良，無鐵的BBM配方基礎上添加1g/L NaAc、0.05ppm維生素B₁₂和18μmol/L EDTA-Fe³⁺，獲得新型培養(yǎng)基命名為CBBM。此培養(yǎng)基配方培養(yǎng)雨生紅球藻的生長指數(shù)可達0.5，蝦青素產(chǎn)率為22.58mg/L（20.43mg/g）。

在國內(nèi)首次開展了雨生紅球藻的半連續(xù)培養(yǎng)模式與一次培養(yǎng)模式的比較研究，發(fā)現(xiàn)雨生紅球藻的半連續(xù)培養(yǎng)可使培養(yǎng)第一階段的生物量增加2-3倍，蝦青素的總產(chǎn)量至少增加3倍左右，藻粉內(nèi)的蝦青素含量亦增加66%以上。所獲藻粉的質(zhì)量及重量顯著提高。此外，藻液內(nèi)孢子比例大幅下降，普遍低于40%。

在半連續(xù)培養(yǎng)模式下，CBBM培養(yǎng)基相對原始BBM培養(yǎng)基具有提高雨生紅球藻藻密度、存活率、藻粉和蝦青素產(chǎn)量的效果。其中10%更新率組存活率為44%，蝦青素產(chǎn)率為30.1mg/L，蝦青素含量為25.7mg/g，分別較較傳統(tǒng)一次培養(yǎng)模式下采用BBM培養(yǎng)基對照組提高了1.2倍、2倍和1倍；蝦青素產(chǎn)率和含量較半連續(xù)培養(yǎng)模式下采用BBM培養(yǎng)基對照組提高了1.3倍和60%。

本研究還針對幾種脅迫方式開展研究發(fā)現(xiàn)：高鹽度時，雨生紅球藻會積累蝦青素，同時藻細胞會大量死亡；氮缺乏條件下，可以促進雨生紅球藻積累蝦青素，同時降低了其孢子比率；藍光可以促進雨生紅球藻生長和蝦青素累積，3 000 lx為藍光最佳脅迫光強。

紅球藻是一種廣泛存在的綠藻，分類如下：
門： 綠藻門
綱： 綠藻綱
目： 團藻目
科： 紅球藻科
屬： 紅球藻屬
種： 雨生種

雨生紅球藻中蝦青素含量為1．5%～3．0%，被看作是天然蝦青素的“濃縮品”．
大量研究表明雨生紅球藻對蝦青素的積累速率和生產(chǎn)總量較其它綠藻高，而且雨生紅球藻所含蝦青素及其酯類的配比(約70%的單酯，25%的雙酯及5%的單體)與水產(chǎn)養(yǎng)殖動物自身配比極為相似，這是通過化學合成和利用紅發(fā)夫酵母等提取的蝦青素所不具備的優(yōu)勢．此外，雨生紅球藻中蝦青素的結構以3S一3 ’S型為主，與鮭魚等水產(chǎn)生物體內(nèi)蝦青素結構基本一致；而紅發(fā)夫酵母中蝦青素結構則為3R一3 R型．
當前，雨生紅球藻被公認為自然界中生產(chǎn)天然蝦青素的最好生物，因此，利用這種微藻提取蝦青素無疑具有廣闊的發(fā)展前景，已成為近年來國際上天然蝦青素生產(chǎn)的研究熱點．

經(jīng)過“植物奶油”、“野生甲魚著色”（農(nóng)業(yè)部318號文指定天然蝦青素為水產(chǎn)動物唯一著色劑）等食品安全事件的洗禮。發(fā)達國家一直使用的，天然安全的雨生紅球藻提取物天然蝦青素（英文稱Astaxanthin，簡稱ASTA）經(jīng)過天然蝦青素行業(yè)幾年不懈的努力，雨生紅球藻于 在2010年11月11日 “中華人民共和國衛(wèi)生部第17號公告 ”中獲得“準生證”。從此在抗氧化劑行業(yè)，天然蝦青素的生產(chǎn)及其研發(fā)將進入快車道，天然蝦青素將對氧化應激類疾病，如糖尿病、痛風、高血壓等的防治產(chǎn)生革命性的改變。以下是“中華人民共和國衛(wèi)生部第17號公告 ”原文摘錄。

根據(jù)《中華人民共和國食品安全法》和《新資源食品管理辦法》的規(guī)定，現(xiàn)批準雨生紅球藻、表沒食子兒茶素沒食子酸酯為新資源食品，允許水蘇糖作為普通食品生產(chǎn)經(jīng)營,將費氏丙酸桿菌謝氏亞種列入我部于2010年4月印發(fā)的《可用于食品的菌種名單》（衛(wèi)辦監(jiān)督發(fā)〔2010〕65號）。以上食品的生產(chǎn)經(jīng)營應當符合有關法律、法規(guī)、標準規(guī)定。

特此公告。