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蝦青素分子結構中的發色團在紫外-可見光區有獨特的吸收區，因此其結晶或溶液在可見光下呈紫紅色。蝦青素主要以游離態和酯化態形式存在。游離態蝦青素極不穩定，易被氧化，通常化學合成的蝦青素為游離態形式。酯化態蝦青素是由于蝦青素末端環狀結構中各有一個羥基易于與脂肪酸形成酯而穩定存在，水生動物皮膚和外殼上的蝦青素以脂化態形式為主，肉及內臟上則以游離形式為主，紅酵母、雨生紅球藻中蝦青素主要以酯化形式存在，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。蝦青素酯化后，其疏水性增強，且雙酯比單酯的親脂性強；蝦青素酯化態，或與蛋白質形成復合物，會產生不同的顏色。

蝦青素有兩個手性中心它們是分子中兩端環結構的C-3和C-3′。一個手性中心可以有兩種構象，蝦青素的兩手性碳原子C3、C3′都能以R或S的形式存在，這樣就有3種立體異構體，3S，3'S與3R，3'R異構體互為鏡像(對映體)，每一對映體有著相反的旋光性，能使平偏振光向左或向右旋轉，3R，3'S無旋光性。