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自然界的蝦青素來源于藻類、細菌、浮游植物。一些水生物種包括蝦蟹在內的甲殼類動物，由于長期食用這些藻類、細菌和浮游植物而外表呈現紅色，它們又被三文魚、加力魚等魚類，火烈鳥、雞、鴨等鳥類、家禽捕食，色素儲存在皮膚和脂肪組織中使它們的皮膚和羽毛也呈現紅色。因此，天然蝦青素也可從甲殼類動物、魚類、鳥類、家禽類中獲得。

研究發現很多種類的藻類如雪藻、衣藻、裸藻、傘藻等都含有蝦青素，其中雨生紅球藻對蝦青素的積累量最高可達到細胞干重的4%，積累速率和生產總量比其它綠藻類高，是目前公認生產天然蝦青素最好的生物來源。細菌由于受其自身因素的影響，利用價值較低。紅法夫酵母被認為是目前真菌發酵生產中最為合適的蝦青素來源。從紅法夫酵母中提取蝦青素是生產蝦青素的主要途徑之一。

雨生紅球藻（H.pluvialiso）是一種單細胞生物，在培養過程中，在氮源充足時，可以促進細胞生長；在氮源缺乏時，則能刺激細胞產生并在體內積累蝦青素。雨生紅球藻生產蝦青素具有細胞繁殖快、培養簡單、易于提取的特點，且藻粉可直接應用于食品及飼料工業，降低成本，因此被認為是一種很有蝦青素生產前景的微藻。國外優良的雨生紅球藻藻體中蝦青素一般約占類胡蘿卜素總量的90%以上，其生產質量較好，以酯化態的形式存在占總類胡蘿卜素的60%—80%，少量為游離態形式。但雨生紅球藻生長條件相對要求高，培養周期長，需光照和破壁釋放蝦青素等缺點。

綠球藻（Chlorella zofingiensis）屬于綠藻門小球藻屬，具有容易培養、生長快速、耐高溫和極端pH、易在戶外培養等特點。其合成蝦青素兼具紅發夫酵母和雨生紅球藻二者的部分優勢特征，可以利用有機物如葡萄糖為碳源和能源在無光條件下快速合成蝦青素，最適生長溫度和最適蝦青素合成溫度24℃都接近室溫。碳氮比越高越有利于蝦青素的合成。蝦青素以酯化態形式在細胞質中大量積累，比較容易達到較高的細胞濃度，同時生長繁殖與蝦青素的積累可同步進行。這些特性有利于簡化生產設備，節約生產時間，提高生產效率，為大規模培養提供有利因素。但需要解決的是小球藻中蝦青素含量遠低于雨生紅球藻中蝦青素的含量，可能是合成途徑的缺陷導致。因此，現階段有人利用基因工程手段，對蝦青素合成途中關鍵酶的基因表達進行調控，或引入外源基因優化小球藻的蝦青素合成途徑，有可能突破生理水平常規誘導增產蝦青素的局限。

另據報道，衣藻（halamidomonas）、裸藻（euglena）、傘藻（acetabularin）等也含有一定量蝦青素。