在自然界有一种美丽色素，存在于大多数甲壳类动物、鲑科鱼类、鸟类的羽毛和肉冠，使这些动物呈现出绚烂的红色。可是这种色素却被称作“虾青素”，为什么呢？
含有虾青素的动物（从左到右、从上到下依次为鲑鱼，新孵化鲑鱼，火烈鸟，磷虾，龙虾，雉鸡，北极虾，螃蟹，鹦鹉）
1938年，德国化学家理查德·库恩(Richard Kuhn)最早从龙虾体内提取并鉴定出了这种色素。在活体的虾中，虾青素与蛋白质结合，其光学特性发生改变而呈现出蓝色（所以叫虾青素）；在加热之后，蛋白质变性释放出虾青素才显示出红色。
虾青素分子的化学结构
看似红红火火的鸟类羽毛和水生动物体内仅含有极微量的虾青素。而且，无论是鸟类、甲壳动物还是鱼类都不具备合成虾青素的能力，其食物链中的初级生产者——藻类才是虾青素的终极来源。在微藻中，雨生红球藻（Haematococcuspluvialis）的虾青素含量尤其突出，可达到干重的4%以上。
一般认为，藻类形成虾青素与其抗氧化胁迫有关。当藻细胞处于高光、营养缺乏、高盐等环境胁迫时，虾青素的生物合成途径被激活。由藻类中重要的光合色素β-胡萝卜素开始，在羟化酶和酮化酶的作用下形成虾青素分子。在藻细胞内，虾青素不仅可以直接清除超氧自由基，还能吸收一定量的蓝光，对光合系统起到遮光保护作用，如同“遮阳伞”。同时，虾青素的生物合成过程也消耗大量的氧分子，从而有效避免超氧自由基的形成 (延伸阅读： Han et al., 2013 )。
显微镜下的雨生红球藻细胞
虾青素分子中的11个共轭双键赋予其超强的抗氧化能力，达到维生素E的500倍，所以作为营养品一经问世即风靡全球。其亲脂性的结构使得其嵌入细胞膜的脂质双分子层中发挥功能，除了抗氧化活性外，还表现出一系列丰富的生物活性，例如提高免疫力、抗衰老、缓解疲劳等。另外，在鱼虾贝类人工养殖产业中，虾青素也被用作着色剂添加到鱼饵饲料中，使得人工养殖的水产品拥有野生动物一样的色泽和品质。
虾青素的生物活性
人们试图通过化学合成的方法获得虾青素。虽然已经实现虾青素的人工化学合成，但是化学合成品与天然虾青素表现出不同的立体异构性：化学合成的虾青素是（3R，3’R），（3R，3’S）和（3S，3’S）三种异构体的混合物，而天然虾青素主要是（3S，3’S）类型的异构体，其抗氧化活性高于其他两种类型的异构体。再加上化学合成过程中其他中间体和化学试剂的残留，也带来了安全隐患。
天然虾青素如何生产呢？
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有人从水生动物中提取，如生活在南极洲水域的磷虾成为近年各国竞相捕捞的资源，但每年近1亿吨的捕捞量给南极生态系统带来的负面影响不容忽视。
另一条途径是培养产虾青素的藻类，不仅能够持续生产天然虾青素，还可同时消耗二氧化碳，起到碳减排的作用。
在所有已知的藻类中，前文提到的雨生红球是目前天然虾青素最主要的来源。当环境条件适合时，雨生红球藻的细胞呈现出绿色，但是当细胞处于胁迫条件时，开始大量积累虾青素。水生所的胡强和韩丹翔团队认为，雨生红球藻之所以能积累大量虾青素，是因为这种生物具有将虾青素酯化的能力。游离的虾青素分子含有两个β-紫罗酮环上含有两个羟基，研究发现在雨生红球藻中90%以上的虾青素分子的羟基上连有1-2个脂肪酸分子，形成化学性质更加稳定的虾青素酯，并储存于“脂肪体”中。正是虾青素的酯化，以及从其合成场所——内质网——运输到脂肪体中，有效地缓解了虾青素合成过程中的产物反馈抑制作用，使得细胞能大量合成虾青素酯(延伸阅读：Chen et al. 2015)。
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