蝦青素化學和生物合成研究進展

陳 丹，汪 鋒，蔣 珊，劉鵬陽，朱航志，李翔宇，萬 霞,4,5,*

（1.武漢工程大學化工與制藥學院，湖北武漢 430205；2.中國農業科學院油料作物研究所，湖北武漢 430062；3.嘉必優生物技術(武漢)股份有限公司，湖北武漢 430073；4.農業農村部油料作物生物學與遺傳育種重點實驗室，湖北武漢 430062；5.農業農村部油料加工重點實驗室，湖北武漢 430062）

蝦青素（C40H52O4）是一種酮式類胡蘿卜素，化學名為3，3′-二羥基-4，4′-二酮基-β，β′-胡蘿卜素，化學結構如圖1 所示：四個異戊二烯通過共軛雙鍵連接，兩端連接兩個異戊二烯組成的六元環。蝦青素有三種旋光異構體，三種旋光異構體的區別在于全反式蝦青素的立體異構體中，消旋蝦青素的抗氧化活性最低，右旋蝦青素清除自由基能力最強，而左旋蝦青素對于脂質過氧化的抑制作用和免疫活性較強[1?2]。蝦青素除了具有抗氧化活性外，還具有抗癌、抗炎、抗糖尿病等多種功效[3]。此外，蝦青素是唯一可以穿透血腦和血視網膜屏障并對中樞神經系統和腦功能有積極作用的類胡蘿卜素。因此，蝦青素被廣泛應用于食品、醫療保健、化妝品及飼料添加劑中[4]。

圖1 蝦青素化學結構式Fig.1 Chemical structural formula of astaxanthin

天然蝦青素主要存在于海洋環境中，以游離態和酯化態等形式存在。游離態蝦青素不穩定，易被氧化。蝦青素由于末端環狀結構中羥基的存在，易與脂肪酸結合形成蝦青素酯而穩定存在。雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis）中約95%的蝦青素分子被脂肪酸酯化并存儲在富含三酰甘油的胞質脂質體中[5]。酯化態蝦青素根據其結合的脂肪酸不同分為蝦青素單酯和蝦青素二酯。H. pluvialis可積累高達4%的蝦青素（按干重計），HOLTIN 等[6]發現在強光照脅迫下積累的蝦青素的95%被脂肪酸酯化。雖然目前尚不清楚生物體內蝦青素和脂肪酸的相互作用機理，但在H. pluvialis中觀察到了蝦青素和脂肪酸生物合成的化學計量關系。CHEN 等[7]剖析了H. pluvialis中蝦青素和脂肪酸兩個生物合成途徑之間協調機制，并揭示這種相互作用發生在代謝物水平，而不是轉錄水平，而且體內和體外實驗表明蝦青素的酯化作用促進了蝦青素的形成和積累。

目前國內外制備蝦青素的方法主要可以分為兩類：化學合成法和生物合成法。化學合成的蝦青素為三種結構的混合物[5,8]（左旋：消旋：右旋1：2：1），化學合成蝦青素主要作為工業染料，但在食品、醫藥領域不被允許使用。生物合成的蝦青素允許在食品、醫藥領域使用。自然界中某些微藻、真菌、細菌和特定種類的植物具有合成蝦青素的能力。H. pluvialis被認為是自然界中最有前途的蝦青素生產者之一。近些年研究發現，破囊壺菌屬（Thraustochytrium）多個菌株也具備合成蝦青素的能力[9]，合成的左旋蝦青素占蝦青素總量的90%以上。前期研究者綜述了蝦青素的化學合成方法及路徑[10]，概述蝦青素的天然生產者的生產水平現狀[11]。本綜述將從化學合成、生物合成兩個方向切入，在綜述化學合成路線的基礎上，著重對蝦青素的生物合成及不同生物體內蝦青素的合成代謝路徑進行總結。本文力求能夠為讀者搭建蝦青素的生物合成宏觀體系，幫助讀者快速了解蝦青素合成方法的研究進展。

1 化學合成蝦青素

化學合成蝦青素分為全合成法和半合成法。蝦青素全合成法以化工原料為原材料，通過化學合成反應來獲得蝦青素。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原料來制備蝦青素的方法。

1.1 蝦青素化學全合成法

國內外對于蝦青素的化學全合成路線都展開了一系列的研究。國外霍夫曼羅氏公司與巴斯夫公司是化學合成蝦青素的兩家主要企業，兩家公司利用化學合成法生產蝦青素的合成路線相似，采用C9＋C6→C15，2C15＋C10→C40 路線。霍夫曼羅氏公司以6-氧代異佛爾酮為原料[12]，首先利用丙酮與甲醛在弱堿條件下發生羥醛縮合失水生成α-β不飽和丁烯酮，再與乙炔發生1,2-親核加成生成六碳炔叔醇，并在硫酸作用下重排，保護產物的羥基使其與6-氧代異佛爾酮發生反應，最后在強堿作用下發生雙邊的Wittig 反應合成蝦青素。巴斯夫公司合成路線[13?14]中合成中間的體六碳炔叔醇并不先經過酸化重排，而是將羥基進行保護后與6-氧代異佛爾酮發生一系列轉化，在轉化的過程中進行重排，最終得到目標產物蝦青素。國內皮士卿等[10]合成蝦青素路線則與國外合成路線不同，采用C13＋C2→C15，2C15＋C10→C40 的合成路線來制備蝦青素。他以α-紫羅蘭酮為原料，經過間氯過氧苯甲酸處理，經過一系列的中間轉化過程后，在氫溴酸作用下酸化重排，再與三苯基膦作用生成十五碳三苯基季鏻鹽，最后進行雙向Wittig 反應生成蝦青素。皮士卿等[10]合成路線的獨特之處在于采用一種新的方法合成關鍵中間體C15 化合物，該方法的起始原料易得、反應的選擇性高、總收率高。

Witting 反應是蝦青素的全合成路線特征反應。此類合成路線具有工藝簡單，成本低的優點。雖然霍夫曼羅氏公司與巴斯夫公司這兩條路線工藝流程很復雜，生產過程較長、中間過程的控制難度較大、要求嚴格，但其合成成本低、價格便宜，且已經實現工業化生產，是市場上蝦青素供應的最主要工業化來源（圖2）。

圖2 霍夫曼羅氏公司蝦青素合成路線（a）和巴斯夫公司蝦青素合成路線（b）Fig.2 Routes for chemical synthesis of astaxanthin by F.Hoffmann-La Rocha（a）and BASF（b）

1.2 蝦青素化學半合成法

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原料來制備蝦青素的方法[15]。經典的方法是以葉黃素為起始原料，葉黃素在堿的催化下發生異構化反應生成玉米黃質。以1，2-丙二醇為溶劑，氫氧化鉀作為催化劑，在110 ℃下反應168 h，玉米黃質在碘和溴酸鈉的作用下直接氧化為蝦青素。

以角黃素為原料時則經過堿化、硅醚化、環氧化、水解4 個過程合成蝦青素，具有合成快捷、收率高（約產率60%）的特點。由于角黃素的成本高，且生產過程中有一定的危險性，目前難以達到大規模工業化生產。與全合成法相比，半合成法合成的蝦青素生物活性高，但產率低，實現規模化生產困難（圖3）。

圖3 角黃素合成蝦青素的合成路線Fig.3 Synthesis route of canthaxanthin to astaxanthin

2 生物合成蝦青素

2.1 蝦青素合成代謝路徑

蝦青素是C40 類胡蘿卜素代謝的最終產物。生物體內類胡蘿卜素的合成又可以分為三個階段，第一階段為中心碳代謝，第二階段為類胡蘿卜素前體物質異戊烯焦磷酸酯（IPP）和二甲基烯丙基焦磷酸酯（DAMPP）的合成，第三階段為類胡蘿卜素的合成。

第一階段為中心碳代謝循環。生物體利用葡萄糖、果糖等碳源通過糖酵解途徑合成甘油三磷酸（G3P）、丙酮酸（Pyruvate）和乙酰輔酶（Acyl-CoA）等物質。甘油三磷酸、丙酮酸和乙酰輔酶作為IPP 和DAMPP 的前體物質流入下一階段。同時，一部分乙酰輔酶進入三羧酸循環（TCA）。三酸酸循環是三大營養素（糖類、脂類、氨基酸）的最終代謝路徑，也是糖類、脂類、氨基酸代謝聯系的樞紐。三羧酸循環合成多種代謝產物，流向細胞代謝的各個方向，同時三羧酸循環還產生大量腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）和還原型輔酶Ⅱ（NADPH），為后兩個階段中物質轉化提供能量和還原力。

第二階段為類胡蘿卜素的前體物質IPP 和DAMPP 的合成。IPP 和DAMPP 的合成有兩種天然合成途徑：甲羥戊酸途徑（MVA）和甲基赤四醇4-磷酸（MEP）途徑。MVA 途徑主要存在于真核及古生菌中，是古細菌、酵母及部分革蘭氏陽性細菌中形成IPP 的唯一途徑[16]。MEP 途徑則存在于植物、藻類和大多數細菌中。這些植物和藻類可以通過細胞質中的MVA 途徑和質體中的MEP 途徑產生IPP[17?18]。直到20 世紀末，MVA 仍被認為是包括類胡蘿卜素在內的萜類合成的異戊二烯前體的唯一來源。在MVA 途徑中，Acyl-CoA 在Acyl-CoA 硫醇酶、β-合酶及β-還原酶的作用下生成三羥基-三甲基戊二酰輔酶（HMG-CoA），HMG-CoA 在HMGCoA 還原酶的作用下形成甲羥戊酸鹽，甲羥戊酸鹽經過一系列的磷酸化反應合成IPP。在MEP 途徑中，甘油三磷酸和丙酮酸分子經過縮合及異構化反應形成MEP，MEP 與三磷酸胞苷偶聯后經過一系列的磷酸化反應形成IPP，IPP 通過異構化反應生成同分異構體DAMPP。早期研究表明，MVA 途徑已在許多綠藻和紅藻中丟失，MEP 途徑是雨生紅球藻中IPP 合成的唯一路徑[19]。隨著研究的不斷深入，多重結果表明MEP 途徑是IPP 合成的唯一路徑這一現象在綠藻細胞中可能普遍存在[20]。而在Aurantiochytriumsp. SK4 在轉錄組數據中卻未發現MEP 途徑的大多數基因，而是甲羥戊酸（MVA）途徑參與了Aurantiochytriumsp. SK4 細胞內IPP 的形成[21]。此外，Henry 等[22]在植物中發現了由胞質中磷酸異戊基激酶催化的第三種途徑。這種MVA 途徑與在某些古細菌和細菌的葉綠素門中發現的另一種MVA 途徑在形成MVAP 過程路徑相同，區別在于細菌中的MVAP 通過磷酸甲戊二烯酸脫羧酶（MPD）轉換為異戊烯基磷酸（IP），隨后被異戊烯基單磷酸激酶（IPK）磷酸化為IPP。植物中雖然有MVA 和MEP 兩條路徑，但植物體內類胡蘿卜素前體主要來源于MEP 途徑[23]。

第三階段為類胡蘿卜素類物質的合成。DAMPP和IPP 以1:3 的比例在焦磷酸合成酶（CrtE）的作用下合成法尼基二磷酸（FPP），FPP 在焦磷酸合成酶的作用下生成牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸（GGPP）。GGPP 在八氫番茄紅素合成酶（CrtB）和植物烯去飽和酶（CrtI）作用下縮合形成番茄紅素，番茄紅素在番茄紅素環化酶（CrtY）作用下合成β-胡蘿卜素。第三階段蝦青素的合成在不同生物體內合成路徑有所不同，但主要都是通過β-胡蘿卜素羥基化和酮基化合成。在紅法夫酵母（Phaffia rhodozyma）中，蝦青素由玉米黃質在細胞色素P450 酶作用下催化合成[24]；在細菌和藻類中，主要通過β-胡蘿卜素羥化酶（CrtZ）和β-胡蘿卜素酮醇酶（CrtW 或BKT）催化合成。玉米黃質是由β-隱黃質經專一性酶β-胡蘿卜素羥化酶作用轉化而成，β-胡蘿卜素中的烯酮和4-酮體玉米黃質在β-胡蘿卜素酮醇酶作用下合成角黃素，角黃素經由磷黃嘌呤（角磷酰胺）形成蝦青素。在不同物種中，β-胡蘿卜素羥化酶和β-胡蘿卜素酮醇酶將β-胡蘿卜素催化生成蝦青素的過程中作用的先后順序不一樣。LIU 等[25]在集胞藻（Synechocystissp. PCC6803）中使用異源表達的雨生紅球藻的β-胡蘿卜素酮醇酶發現，集胞藻細胞中首次合成蝦青素，且含量達到（4.81±0.06） mg/g 細胞干重（DCW）。體外試驗[26?27]也進一步證實，在雨生紅球藻中蝦青素合成的最佳路徑是酮醇酶的催化反應在前，其次是羥化酶的羥基化反應（圖4）。

圖4 蝦青素生物合成代謝路徑圖Fig.4 Biosynthetic pathway of astaxanthin

2.2 細菌合成蝦青素

蝦青素已在革蘭氏陽性細菌短波單胞菌（Brevundimonassp.）和革蘭氏陰性細菌鞘氨醇單胞菌（Sphingomonassp.）、海云衫副球菌（Paracoccus haeundaensis）、甲基單胞菌屬（Methylomonassp.）和石垣嗜熱鏈球菌（Altererythrobacter ishigakiensis）等幾類細菌中被發現（表1）。

表1 合成蝦青素的細菌Table 1 Bacteria for the synthesis of astaxanthin

一些細菌中蝦青素合成代謝的前體物質的存在，以及蝦青素合成途徑中多種關鍵基因的確定，為構建蝦青素高產工程菌株提供了可能。研究發現，通過將海洋細菌海云衫副球菌來源的類胡蘿卜素基因crtW、crtZ、crtY、crtI、crtB和crtE轉入E.coli，成功地構建出產蝦青素的大腸桿菌工程菌株，且產量高達400 μg/g DCW[36]。在E.coli中，兩種主要限速酶DXP 合酶（DXP）和IPP 異構酶（IDI）過表達增加IPP 和DMAPP 的供應。通過增加異戊二烯前體的代謝通量，可以使番茄紅素或β-胡蘿卜素等類胡蘿卜素的產量顯著增加。然而，對于大腸桿菌中蝦青素的異源生物合成而言，將β-胡蘿卜素轉化為蝦青素是實現蝦青素高效生物合成的最關鍵步驟。利用λ-Red 重組技術構建出不含質粒的E.coli，將菠蘿泛菌（Pantoea ananatis）和念珠藻的葉黃素生物合成基因整合到E.coliBW-CARO 的染色體上得到工程菌株E.coliBW-ASTA，該菌株異源表達后得到蝦青素產量為1.4 mg/g DCW。在谷氨酸棒桿菌（Corynebacterium glutamicum）中表達Fulvimarina pelagi來源番茄紅素環化酶CrtY，β-胡蘿卜素酮醇酶CrtW 和β-胡蘿卜素羥化酶CrtZ 的編碼基因后，C. glutamicum成功合成蝦青素，產量可以達到0.4 mg/L/h[32]。雖然細菌自身合成蝦青素的水平與藻類差距較大，但細菌中蝦青素的合成具有重要意義，為后續工程菌株的構建提供了相應的基因序列。

2.3 酵母合成蝦青素

目前，紅發夫酵母是天然蝦青素的主要酵母來源，已經應用于水產飼料行業。對紅發夫酵母合成蝦青素的研究主要集中在菌株分離、誘變以及基因工程獲得蝦青素高產菌株方向。紅發夫酵母是一種擔子菌真菌，屬于兼性嗜冷的低溫型酵母，其合成的蝦青素為右旋結構，是紅發夫酵母次級代謝合成的主要類胡蘿卜素。野生型紅發夫酵母合成蝦青素的濃度約為200～400 μg/g DCW，菌株突變能夠獲得高產蝦青素的突變體菌株。通過抗霉素、亞硝基胍（NTG）、甲基硝基亞硝基胍等化學試劑、紫外及低能流子束技術對野生紅發夫酵母菌株進行誘變，通過篩選獲得蝦青素高產菌株（誘變菌株的總結見表2），PhaffiarhodozymaZJB00010 經低能離子束注入誘導獲得的E5042 菌株中產量可達到2512 μg/g[37]。紅發夫酵母能利用多種碳源、發酵周期短、能夠在發酵罐中實現高密度培養、生產速度快的優勢，使其已成為工業化生產蝦青素的優良菌種。

此外，酵母工程菌株在蝦青素生產方面有很好的應用前景（表2）。解酯耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）具有較高的IPP 和DMAPP 產量，研究發現CrtZ 是催化β-胡蘿卜素轉化為蝦青素的關鍵酶，在解酯耶氏酵母基因組中引入來源于念珠藻（Pantoea ananatis）的β-胡蘿卜素羥化酶CrtZ 編碼基因和來源于Paracoccussp. N81106 的β-胡蘿卜素酮醇酶CrtW 的編碼基因，得到的工程菌株ST7403 中蝦青素產量高達3.5 mg/g DCW（54.6 mg/L）[40]。在釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中通過基因工程導入雨生紅球藻的crtZ和bkt基因能夠提升β-胡蘿卜素向蝦青素的轉化效率，實現細胞內蝦青素的積累。在GGPP 合酶的陽性突變體中過表達tHMG1，CrtI CrtY 和CrtB 三種限速酶的編碼基因，優化后的二倍體菌株中過表達CrtZ、BKT 的編碼基因，蝦青素累積量可達到了8.10 mg/g DCW[42]，值得注意的是合成的蝦青素為左旋結構。

表2 合成蝦青素的酵母Table 2 Yeast for the synthesis of astaxanthin

2.4 微藻合成蝦青素

微藻通常是指含有葉綠素a 并能進行光合作用的微生物的總稱。多數微藻不僅能夠合成多不飽和脂肪酸、微藻多糖等多種生物活性成分，還能夠積累大量類胡蘿卜素。部分微藻自身具有完整的蝦青素合成路徑。其中，雨生紅球藻、小球藻等淡水單細胞微藻是蝦青素生物合成的主要資源。此外，衣藻（Halamidomonas）、裸藻（Euglena）、傘藻（Acetabularin）中也含有蝦青素。

在受到環境些脅迫時，微藻細胞會從綠色營養形態向紅色囊腫形態轉化，這是由于微藻細胞內合成了大量蝦青素來抵抗對自身生長不利的環境。在小球藻中發現蝦青素的生物合成始于指數早期。細胞通常在最佳條件下生長，細胞為綠色營養形態；應激條件下誘導蝦青素積累，細胞呈現紅色的囊狀形態。與構成光合作用結構和功能成分的初級類胡蘿卜素（如β-胡蘿卜素、玉米黃質和葉黃素）不同，蝦青素能夠在強光，高鹽度和營養缺乏等壓力條件下大量積累。在低營養、強光等環境應激條件下，包囊開始形成，積累大量蝦青素。光照、溫度、鹽度、化學試劑均在分子水平上對蝦青素合成產生影響。在高溫條件下細胞內產生的過量的低活性氧使得類胡蘿卜素代謝減弱，高光照[44]及乙酸鹽[45]、茉莉酸甲酯[46]、赤霉素[46]等均具有促進類胡蘿卜素生物合成途徑相關的關鍵基因表達的功能。乙酸鹽、茉莉酸甲酯、赤霉素通過增強crtZ基因的表達并抑制lcyE基因的表達進一步促進蝦青素的生物合成。與乙酸鹽等誘導條件相比，高光照影響pds，crtISO，lcyB，lut1，lut5和zep基因表達，更大程度促進了類胡蘿卜素生物合成，是類胡蘿卜素合成相關基因表達變化的主要驅動力。研究表明，在高光照條件下，卡爾文循環和三羧酸循環為其他代謝提供了更多的前體，β-胡蘿卜素羥化酶、六氫番茄紅素合酶、八氫番茄紅素去飽和酶均被上調，從而使得細胞內蝦青素積累增加。

從雨生紅球藻中提取蝦青素的生產大約在20 世紀90 年代后期開始大規模工業化。雨生紅球藻作為一類單細胞光合生物，野生型細胞內蝦青素的含量可高達細胞干重的4%，且具有光能利用率高、生長速度快的特點，已被我國認定為安全生產菌株。但是，雨生紅球藻的工業化中需要利用光反應器以保證其光合作用，使得其生產成本大幅增加。因此開發新資源、新技術以降低生產成本成為當下的重點研究方向。

2.5 海洋真核微生物合成蝦青素

破囊壺屬是一類類似于微藻但缺乏葉綠體而不進行光合作用的真核微生物，細胞內可以積累大量對人體有利的活性物質，如：油脂、色素、角鯊烯等。此外，破囊壺菌（Thraustochytrium）、裂殖壺菌（Schizochytrium）、Aurantiochytrium中也可以積累β-胡蘿卜素、蝦青素等類胡蘿卜素。研究發現，Thraustochytrium、Schizochytrium、Aurantiochytrium在不同碳源的條件下代謝產物存在一定差異。目前相關代謝研究尚在進行中（表3）。破囊壺菌以甘油作為碳源發酵的過程中，甘油主要通過增強糖酵解活性和產生NADPH 來促進破囊壺菌中次級代謝產物的生物合成。利用釀酒副產物及廢糖漿做Thraustochytriidaesp.、Aurantiochytriumsp.碳源，在成功提升蝦青素產量的同時降低生產成本，為實現破囊壺菌內蝦青素生物合成商業化進一步提升可能性。

表3 合成蝦青素的海洋真核微生物Table 3 Marine eukaryotic microorganisms for the synthesis of astaxanthin

此外，通過環境脅迫、誘變、基因工程等手段可以進一步提升細胞中蝦青素的產量。蝦青素具有極強的抗氧化能力，當細胞處于脅迫環境中，細胞中類胡蘿卜素代謝增強，使得蝦青素產量大幅增加，從而幫助細胞抵抗不利環境。研究發現一定濃度的丁醇、甲醇對于Schizochytrium limacinumB4D1 具有誘導蝦青素合成的作用。在培養基中加入5.6%的甲醇時，總蝦青素含量提升至約3300 μg/g，且合成的蝦青素主要為3S-3’S結構[47]。隨著代謝路徑的明確，通過基因工程技術，在Aurantiochytrium中也獲得了蝦青素高產菌株。在Aurantiochytrium sp.SK4菌株中過表達透明顫菌（Vitreoscilla stercoraria）血紅蛋白的（vhb）基因，蝦青素產量增長9 倍達到131.09 μg/g[21]。此外，通過γ射線、NTG 化學試劑等方法對野生菌株進行誘變可以獲得蝦青素高產菌株。使用γ射線獲得的高產菌株SchizochytriumSH104 中蝦青素的產量為原始菌株的3 倍，產量達到3.689 mg/L[51]。裂殖壺菌在作為DHA 生產安全菌株的基礎上還具有不需光照的特點，使其成為蝦青素生產工業化的潛在菌株。

2.6 植物合成蝦青素

少數金盞花物種是唯一能產生蝦青素的陸地植物[56]，金盞花（Adonis）屬中的Adonis aestivalis和Adonis annua的花瓣中由于蝦青素的積累呈現明亮的血紅色。然而，由于金盞花花朵較小，使得其在蝦青素的工業化生產中受到限制，但它卻是高級植物中蝦青素合成途徑的良好載體，為開發蝦青素生物反應器提供了參考。蝦青素是類胡蘿卜素代謝的最終產物，雖然許多植物中不具有積累蝦青素的能力，但卻含有較高含量的類胡蘿卜素。這些植物細胞中缺少從β-胡蘿卜素到蝦青素代謝路徑的相關基因，使得代謝中斷在β-胡蘿卜素合成階段。研究人員通過基因工程獲得高產蝦青素的工程植物菌株。在番茄中共表達萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的β-胡蘿卜素酮醇酶和雨生紅球藻的β-胡蘿卜素羥化酶，使得番茄中大多數原有的類胡蘿卜素基因上調，有效地將碳通量引導到類胡蘿卜素中，大量游離蝦青素在葉片中大量積累。在煙草中表達Brevundimonassp. SD212 的編碼crtW和crtZ的基因，在煙葉中產生了0.5% DCW 的蝦青素（占總胡蘿卜素的70%以上）[57]。

3 結語與展望

蝦青素具有極強的抗氧化性能，隨著市場對蝦青素關注與需求的提升，蝦青素在食品營養強化劑、醫療保健、飼料等方面具有很大的應用價值和發展空間。化學合成、生物合成的蝦青素在不同領域具有不同的應用空間。化學合成蝦青素成本低、價格便宜，已經實現了工業化生產，是市場上蝦青素供應的最主要的工業化來源。隨著生物合成蝦青素的興起，各國對化學合成的蝦青素管理愈來愈嚴格，美國食品與藥物管理局（FDA）禁止化學合成的蝦青素進入食品、保健品等市場。生物合成的天然蝦青素具有更高的生物活性，且來源更安全，滿足市場需要，尤其是供人類消費的天然色素，成為研究熱點。這一市場需求也使得生物合成蝦青素的關注度日益增加。但是當前的天然蝦青素的產量低導致價格高，不能滿足普遍的市場需求。針對市場對蝦青素需求的日益增長的問題，通過合成生物學、代謝工程、發酵工程等手段精確調控植物或微生物蝦青素的生物合成，是來實現天然蝦青素的大規模工業生產的有效途徑。已知的具有從頭合成蝦青素能力的生物僅限于幾類細菌、酵母、微藻和植物[19]，因此獲得蝦青素高產微生物菌株是蝦青素規模化生產的重要研究方向。

此外，生物合成的下游加工也存在巨大挑戰，尤其是蝦青素的高效提取和純化等技術。生物合成蝦青素的生產潛力巨大，有待克服的主要挑戰仍然需要更好的工程設計和創新，以使過程更具成本競爭力。總之，生物合成蝦青素是一個有吸引力的領域，并且可能會迅速發展。期待借助生物技術手段為生物源蝦青素的工業化生產打開新的格局。