产类胡萝卜素酵母工业化生产工艺的研究

论文总字数：7672字

摘 要

本实验以红酵母RY010（经鉴定为掷孢酵母）为实验菌株生产类胡萝卜素进行中试发酵，通过改变不同的葡萄糖浓度和添加特殊的生长促进因子核黄素以研究葡萄糖浓度和核黄素含量对掷孢酵母发酵的影响。实验室使用5 L发酵罐对摇瓶发酵条件进行验证发酵，对发酵后产物用紫外分光光度计测定色素含量。实验结果表明最佳发酵条件为：起始pH 6.0左右，发酵温度28 ℃，转速200 r/min，发酵罐溶氧量85%，接种量10%,发酵时间96 h。在此发酵条件下，利用紫外分光光度计检测得出，类胡萝卜素含量和产量分别达到了300.65 μ g/g和13.14 g/L。

关键词：红酵母；类胡萝卜素；发酵罐

Abstract: The RY010, identified as Sporobolomyces roseus was used to product carotenoids in this experiment. Based on the different glucose concentration and the special growth promoting factor, we studied the effects on RY010’s fermentation. I n the lab, a 5 L fermentor was used for fermentation and the contents of pigment were measured by the ultraviolet spectrophotometer. It showed that pH value 6.0, temperature 28 ℃, rotation speed 200r/min, oxygen 85% and inoculation volume 10%, fermentation time 96 h were the optimum fermentation conditions. With the detection of the ultraviolet spectrophotometer, the contents of pigment and production of biomass were 300.65 μ g/g and 13.14 g/L.

Keywords: Rhodotorula, Carotenoids, Fermentor

目 录

1 引言 4

2 实验材料 5

2.1 菌株 5

2.2 培养基 5

2.3 主要仪器与试剂 5

3 实验方法 5

3.1 活化培养 5

3.2 种子培养 5

3.3 液体发酵培养 6

3.4 发酵罐发酵培养 6

3.5 生物量测定 6

3.6 类胡萝卜素的提取 6

3.7 紫外分光光度法测定 6

4 结果与分析 7

4.1 紫外分光光度350—600 nm波长扫描 7

4.2 葡萄糖浓度的影响 7

4.3 VB₂的影响 8

4.4 发酵过程 9

4.4.1 pH 9

4.4.2 溶解氧 9

4.4.3 生物量及色素 10

结论 11

参考文献 12

致 谢 13

1 引言

掷孢酵母是一类能够弹射孢子（称为掷孢子）的酵母菌，分布广泛，以其可自身积累酯类、色素、酶类等有益代谢产物的特点在食品问题备受瞩目的今天越来越受到人们的关注^[1]。类胡萝卜素 （Carotenoids）是一类黄色 、橙红色的多烯类化合物，不仅有预防癌症、心血管疾病及抗氧化等多种生理作用，还可广泛运用于食品、化妆品、医药领域及饲料工业^[2-3]，其中β-胡萝卜素的生物效价最高。类胡萝卜素可作为食品添加剂，同时具营养增补和着色的双重功能，已经被许多发达国家广泛地用于黄油、干酪和蛋黄酱等日常食品中^[4]。在畜禽生产中，类胡萝卜素还可以作为饲料添加剂添加到动物饲料中，对动物体具有抗氧化、抗肿瘤、提高免疫力和繁殖机能以及上色等重要生理功能^[5]。禽类饲喂富含类萝卜素的饲料后，产蛋率和种蛋合格率都有一定程度的提高，并且生长速度加快、死亡率逐渐降低，蛋黄颜色会逐渐加深，质量和口感也有所提高^[6]。

在自然界中类胡萝卜素的丰富可能是由于它们相对简单的生物合成途径，同样也存在在高等植物、藻类和细菌中，在生命进化的早期阶段暗示它的发展。尽管目前尚未意味着永远，鲜艳的黄色、橙色和红色子囊菌和担子菌果体往往是由于类胡萝卜素化合物，如壳体姬松茸。一般类胡萝卜素是由40个碳原子组成的烃骨架构成。所有类胡萝卜素分子具有特征性结构，这是由于它们组件由相同的两半，每一个预先从4个单位含5个碳原子形成的。这一类类胡萝卜素的光吸收性和颜色主要是由链的共轭双键决定，对氧气、光、热和酸等非常敏感^[7]。尽管不同的类胡萝卜素之间的光吸收波长和强度不同，从而提供鉴别它们的有用信息，紫外光谱的整体造型通常较保守且易于识别^[8]。目前测定类胡萝卜素主要使用紫外分光光度计进行检测。

化学合成法合成的类胡萝卜素毒性较大、生物效价较低、工艺复杂且成本较高。如目前在家禽饲养中普遍使用的色素“斑蝥黄”对人体有害，大量食用容易引起视网膜色素沉积最终影响视力，欧盟已经开始严格限制斑蝥黄的使用量^[9]。从天然植物中提取也受地域、原料和得率等因素限制，难以大量生产^[10]。在用微生物发酵法生产类胡萝卜素中，采用三孢布拉氏霉菌生产类胡萝卜素，具有菌体生产迅速，生物量高等优点，但发酵过程复杂，成本高，产业化生产困难^[11]。而利用红酵母生产天然类胡萝卜素，具有培养周期短、营养要求简单粗放、成本低、发酵易控制、利于工业化生产、菌体无毒和营养丰富等优点，是近年来我国学者研究的一个热点课题，也是一项很有开发前景的生物技术^[12]。由于红酵母发酵生产的类胡萝卜素在生产生活中应用较广，因此大规模的工业化生产发酵需要得到进一步的研究和完善。然而针对摇瓶发酵条件优化的研究较多，对在发酵罐大量生产研究相对较少。本实验针对在发酵罐中大规模发酵红酵母生产类胡萝卜素进行发酵条件研究，通过对培养基以及发酵助剂的改进，最大限度的降低实验总成本，提高细胞与色素产量，用于生产实践应用。

2 实验材料

2.1 菌株

自主知识产权的菌种：淮阴师范学院资源微生物研究所保藏，分离自加拿大一枝黄花。经上海生工生物工程股份有限公司鉴定为掷孢酵母（RY010）。

2. 2 培养基

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