利用指數間歇補料方式生物合成蝦青素的方法
2023-06-02 15:24:01 1
專利名稱：利用指數間歇補料方式生物合成蝦青素的方法
技術領域：
本發明涉及生物工程相關技術領域，尤其涉及一種利用富含蝦青素前體的農副產 品原料發酵生產蝦青素的方法。
背景技術：
蝦青素(Astaxanthin)為3，3，- 二羥基_4，4，- 二酮基-β，β，胡蘿蔔素，是一 種酮式類胡蘿蔔素。色澤為豔麗紅色，具有脂溶性。因其具有特殊的著色功能，可使魚類 的肉質、蝦殼和家禽的表皮及卵黃著色，使其色澤鮮豔，故可作為高檔水產養殖的家禽的飼 料營養強化劑；另外，蝦青素還具有許多其它的生理功能，如具有高度猝滅單原子氧和清除 自由基的作用；抗氧化作用，其抗脂肪氧化的能力比β-胡蘿蔔素高10倍，比維生素高100 倍，可有效地防止組織。細胞和DNA被氧化損傷，增強免疫功能，抗癌作用，保護心血管健康 等。蝦青素作為功能色素在醫藥、食品、飼料及化妝品等工業中具有廣闊的應用前景，近年 來受國內外研究人員和各行業的關注。目前國際市場的價格為每千克2500美元，全球每年有10億以上的市場需求。因 此，加緊蝦青素產品的開發，特別是天然蝦青素產品的生產，具有很高的市場價值和十分廣 闊的市場前景。現在，天然蝦青素所佔的市場份額很小。就目前的生產和市場情況而言，天 然蝦青素由於產量低、生產成本高而很難與化學合成的蝦青素在價格上進行競爭。但是隨 著生產技術的改進和優化以及生產成本的降低及公眾文化素質的提高，認可並要求購買含 天然蝦青素的水產品或立法上要求使用天然色素添加劑，天然蝦青素與合成蝦青素相比就 具備了一個特殊的價格優勢。蝦青素是類胡蘿蔔素的主要成分，大約佔到40-95%，紅法夫酵母能夠利用多種糖 作為碳源進行異養代謝；培養時間短；不需要光照；能夠在發酵罐中實現高密度培養。因而 紅法夫酵母被認為是一種最具研究價值的蝦青素大規模生產的菌種。
圖1是本發明所採用的技術方案流程示意圖。
發明內容
本發明涉及一種利用富含蝦青素前體的農副產品通過指數期間歇補料發酵生產 蝦青素的方法。所用農副產品，如玉米粉，胡蘿蔔等，經處理後，製成發酵培養基的添加液。 將添加液在不同的時間添加到紅法夫酵母的液體培養基中，發酵至一定時間，收集酵母細 胞，提取蝦青素。本發明的目的旨在提高紅法夫酵母微生物法發酵生產蝦青素時的產量，並 降低生產成本。為了達到上述目的，本發明一種利用指數間歇補料方式生物合成蝦青素的方法， 包括如下步驟Si、取富含蝦青素合成前體的農副產品，以榨汁或粉碎方法製備添加液；並在115-121°C 滅菌 15-30 分鐘；S2、取紅髮夫酵母菌在液體發酵培養基中培養，在指數期後，以每隔3-12小時流 加0. 5-5%的添加液，1-4次流加後，繼續培養12-48小時；S3、在S2後的產物中提取蝦青素。優選方式下，上述利用指數間歇補料方式生物合成蝦青素的方法，富含蝦青素合 成前體包括番茄紅素、β-胡蘿蔔素、玉米黃素。在步驟Sl中，富含蝦青素合成前體的農副 產品包括番茄、胡蘿蔔、玉米粉、黃姜、南瓜中的一種或多種。製備添加液時番茄、胡蘿蔔等 物質根據需要添加，優選方式下，固態原料與水的配比取為1 0. 5-2 ；但需保證最終添加 液的濃度不易過稀，以免影響後續流加效果。此外，在步驟S2中，液體發酵培養基包括葡萄糖1_4%，硫酸銨0.3-0.6%，磷 酸二氫鉀 0. 1-0. 2%, MgSO4 · 7Η20 0. 05-0. 1%，酵母浸粉 0. 1-0. 3%, CaCl2O. 01-0. 05%。 最優的液體發酵培養基包括葡萄糖3%、硫酸銨0. 5%、磷酸二氫鉀0. 1%、MgSO4 · 7Η20 0.05%、酵母浸粉0. 1%、CaCl2 0.01%。根據需要也可採用其他培養基的成分。比如說， 葡萄糖3.6%，牛肉膏0.5%，磷酸二氫鉀0. 1%，MgSO4 · 7Η20 0. 05 %，酵母浸粉0. 1 %， CaCl2O. 01%。此外，步驟S2之前還包括菌種活化的步驟將斜面保藏的紅髮夫酵母菌菌種在 YM斜面培養基上於20-26°C進行活化培養，而後在YM培養基中於20-26°C液體通風培養， 獲得YM種子液。而在步驟S2中，指數期前的培養，最優方式下應在液體發酵培養基中以 6% -12%接入YM種子液，培養12-48小時，到達指數期。其中，6% -12%為佔發酵液的體 積比。而YM培養基或YM斜面培養基的成分包括葡萄糖1 %，蛋白腖0. 5%，麥芽汁0. 3%， 酵母膏0.3%。本發明通過在發酵的指數期添加少量的蝦青素合成促進劑，在避免了這些物質過 早加入對酵母細胞生長的抑制作用的同時，大幅提高了蝦青素的產量，比對照組分別提高 了 20-95%。從中提取的蝦青素可用於高檔水產業和養殖業等的飼料添加劑。本發明採用 廉價原料，操作簡單，具有很高的推廣應用價值。
具體實施例方式如圖1所示，本發明採用的技術方案提供紅法夫酵母代謝過程的一些中間產物 或者富含蝦青素合成的前體的物質，在指數期間歇補料到發酵培養基中，得到蝦青素含量 高的紅法夫酵母。實踐證明在發酵進入了指數期後，添加一些廉價的物質，不僅提高了蝦 青素的產量，同時還降低了成本。具體實施工藝如下一、原料的選取和處理選擇含有蝦青素合成前體的一些農副產品，其中蝦青素合成前體有番茄紅素、 β-胡蘿蔔素等。根據原料的特徵，將原料採用榨汁或粉碎的方式獲得，配成液體後121°C， 滅菌20-30分鐘。二、菌種的活化將斜面保藏的菌種在YM斜面培養基上於20_26°C進行活化培養，在YM培養基中於 20-26 °C液體通風培養培養。三、液體培養
液體發酵培養基包括葡萄糖1_4%，硫酸銨0. 3-0. 6%，磷酸二氫鉀0. 1-0. 2%, MgSO4 · 7H20 0.05-。0. 1%，酵母浸粉 0. 1-0. 3%，CaCl2 0. 01-0. 05% 在液體發酵培養基中，以6%-12%接入YM種子液，培養12-48小時，到達指數期。四、富含前體物質的添加液的流加在菌體到達指數期後，每隔3-12小時，流加0. 5-5%的添加液1_4次，直至對數期 結束，停止流加後，繼續培養12-48小時。其中，0. 5% -5%是指佔液體發酵培養基的百分 比。五、蝦青素的提取測定酵母細胞中的蝦青素含量，然後按常規方法提取蝦青素。實施例1.A、原料的選取選擇含有蝦青素合成前體的新鮮成熟的番茄清洗、切塊、榨汁、過 濾。濾液121°C滅菌20分鐘，於4°C保藏備用。B、菌種的活化將斜面保藏的菌種在YM斜面培養基上於23°C進行活化培養，在YM 培養基中於23°C液體通風培養培養。C、液體培養將YM種子液以8%的接種量在液體培養基中，於23°C下培養36小 時。D、富含前體的添加液的流加發酵36小時後，每隔12小時添加的番茄汁，連 續添加兩次後，停止流加，繼續培養36小時。E、蝦青素的提取測定紅法夫酵母中的蝦青素含量。所得青素含量比對照組提高了 91%。實施例2.取胡蘿蔔按例1中A、B步驟實施。C、液體培養將YM種子液以10%的接種量在液體培養基中，於22°C下培養24小時。D、富含前體的添加液的流加發酵24小時後，每個6小時添加0.5%的胡蘿蔔汁， 連續添加三次後，停止流加，繼續培養24小時。E、蝦青素的提取測定紅法夫酵母中的蝦青素含量。所得青素含量比對照組提高了 27%。實施例3.A、取玉米粉進行糊化，然後121°C滅菌20分鐘，於4°C保藏備用。B、菌種的活化將斜面保藏的菌種在YM斜面培養基上於24°C進行活化培養，在YM 培養基中於24°C液體通風培養培養。C、液體培養將YM種子液以12%的接種量在液體培養基中，於24°C下培養48小 時。D、富含前體的添加液的流加發酵48小時後，每個3小時添加2%的玉米漿，連續 添加4次後，停止流加，繼續培養48小時。E、蝦青素的提取測定紅法夫酵母中的蝦青素含量。所得青素含量比對照組提高了 47%。實施例4A、取南瓜清洗、切塊、榨汁、過濾。濾液115°C滅菌25min左右，於4°C保藏備用。
B、菌種的活化將斜面保藏的菌種在YM斜面培養基上於22°C進行活化培養，在YM 培養基中於22°C液體通風培養培養。C、液體培養將YM種子液以7%的接種量在液體培養基中，於22°C下培養30小 時。D、富含前體的添加液的流加發酵30小時後，每隔15小時添加2%的南瓜汁，連 續添加2-3次後，停止流加，繼續培養30小時。E、蝦青素的提取測定紅法夫酵母中的蝦青素含量。所得青素含量比對照組提高了 60-85%，為較優的製備方案。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其 發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種利用指數間歇補料方式生物合成蝦青素的方法，其特徵在於，包括如下步驟S1、取富含蝦青素合成前體的農副產品，以榨汁或粉碎方法製備添加液；並在115 121℃下滅菌；S2、取紅髮夫酵母菌在液體發酵培養基中培養，在指數期後，以每隔3 12小時流加0.5 5％的所述添加液，1 4次流加後，繼續培養12 48小時；S3、在S2後的產物中提取蝦青素。
2.根據權利要求1所述利用指數間歇補料方式生物合成蝦青素的方法，其特徵在於， 步驟Sl中富含蝦青素合成前體的農副產品包括番茄、胡蘿蔔、玉米粉、黃姜、南瓜中的一種 或多種。
3.根據權利要求1或2所述利用指數間歇補料方式生物合成蝦青素的方法，其特徵在於，在步驟S2中，所述液體發酵培養基包括葡萄糖3 %、硫酸銨0. 5 %、磷酸二氫鉀 0. 1 %, MgSO4 · 7H20 0. 05%、酵母浸粉 0. 1%, CaCl2 0. 01%。
4.根據權利要求3所述利用指數間歇補料方式生物合成蝦青素的方法，其特徵在於， 步驟S2之前還包括菌種活化的步驟將斜面保藏的紅髮夫酵母菌菌種在YM斜面培養基上於20-26°C進行活化培養，而後在YM培養基中於20-26°C液體通風培養，獲得YM種子 液。
5.根據權利要求4所述利用指數間歇補料方式生物合成蝦青素的方法，其特徵在於， 在步驟S2中，在所述液體發酵培養基中以6% -12%接入所述YM種子液，培養12-48小時，到達指數期。
6.根據權利要求5所述利用指數間歇補料方式生物合成蝦青素的方法，其特徵在於， 在步驟Sl中，所述添加液的固態原料與水的配比取為1 0.5-2。
全文摘要
本發明涉及一種利用指數間歇補料方式生物合成蝦青素的方法，包括S1、取富含蝦青素合成前體的農副產品製備添加液，在115-121℃下滅菌15-30分鐘；S2、取紅髮夫酵母菌在液體發酵培養基中培養，在指數期後，以每隔3-12小時流加0.5-5％的添加液，1-4次流加後，繼續培養12-48小時；S3、提取蝦青素。本發明通過在發酵的指數期添加少量的蝦青素合成促進劑，在避免了這些物質過早加入對酵母細胞生長的抑制作用的同時，大幅提高了蝦青素的產量，比對照組分別提高了20-95％。從中提取的蝦青素可用於高檔水產業和養殖業等的飼料添加劑。本發明採用廉價原料，操作簡單，具有很高的推廣應用價值。
文檔編號C12P23/00GK101985645SQ200910188299
公開日2011年3月16日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年10月30日
發明者侯娟, 葉淑紅, 王晗, 王際輝 申請人:大連工業大學