[发明专利]一种采用发酵促进剂强化胡萝卜素发酵工艺

说明书

技术领域

本发明涉及类胡萝卜素生产及研究技术领域，具体地说，是一种利用三孢布拉霉菌正负菌株进行混合配对液体浸没式发酵，并在发酵过程中添加一种发酵促进剂或者两种以上发酵促进剂的组合，从而促进β-胡萝卜素生产水平的方法。

背景技术

胡萝卜素(Carotene)最早由Wackenroder在1831年从胡萝卜中分离出，β-胡萝卜素的分子式由Willstather在1906年测定，而结构式在1928年-1932年为Zechmeister等确定。胡萝卜素是一种橙色的光合色素，广泛存在于绿色和黄色蔬菜以及水果中，使其带有橙色，并在光合作用中扮演传递能量的角色。胡萝卜素属于属四萜类化合物。在其分子的两端各有一个β-紫萝酮环，中心断裂可产生两个维生素A，是视黄醇(维生素A)的二聚物且拥有多种结构，最主要的两种是α-胡萝卜素与β-胡萝卜素，此外还有γ-胡萝卜素、δ-胡萝卜素与ε-胡萝卜素三种。

在1994年柏林召开的第二届抗氧化剂维生素在预防疾病中的作用的国际会议时，Blumberg提出β-胡萝卜素至少有以下几方面的功能：(1)β-胡萝卜素是维生素A的前体，而维生素A是人体必需的微量营养成分；(2)具有免疫功能，能提高人体免疫系统抵抗病原物的能力；(3)具有抗氧化剂的功能，能够淬灭单线态氧，清除体内自由基的影响；(4)能预防癌症，延缓癌症的发展；(5)促进细胞缝间连接交流。目前，β-胡萝卜素在抗炎、解毒、抗癌、预防心血管疾病、防治白内障和保护肝脏方面的生理作用也已被越来越多地证实，并应用于疾病的预防和治疗(Am J Clin Nutr，1995，62：1521S-1526S)。

β-胡萝卜素根据生产方式不同分为化学合成β-胡萝卜素和天然β-胡萝卜素两大类。其中包括β-胡萝卜素在内的类胡萝卜素广泛存在于生物界中，包括植物、动物、藻类和微生物等，它们是天然类胡萝卜素的丰富来源。虽然天然β-胡萝卜素生产成本较高，但由于不存在致癌物质，水溶性较好，具有良好的生理活性，且常常与其他类胡萝卜素等抗氧化天然活性产物复合在一起，因此具有很好的抗哮喘、抗染色体畸变和防癌等药理活性。天然β-胡萝卜素目前已被国际癌症研究中心及美国国家癌症研究所认可，并经联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)批准为A类营养食品添加剂。随着人们对天然营养和保健产品认识的不断提高，以及食品安全问题的日益重视(尤其是近年来违法使用瘦肉精、吊白块、苏丹红、三聚氰胺、柠檬黄和邻苯二甲酸酯等人工色素和食品添加剂现象的曝光)，天然色素及安全的食品和饲料添加剂(例如，天然色素β-胡萝卜素等)将逐步在市场中占据主导地位。

微生物发酵法具有生产稳定，受季节、气候、时间和地域因素影响小，生产周期较短，质量控制相对比较容易，且所获产品无异味等优势。另外，通过发酵规模的放大，也较为容易满足目前对天然类胡萝卜素日益增长的市场需求。鉴于以上特点，研究人员对天然分离得到的产β-胡萝卜素微生物进行了系统的比较和研究，并通过诱变筛选和发酵研究，发现了一些极有应用价值的工业微生物菌株。其中，三孢布拉霉菌由于生产及所获β-胡萝卜素应用安全，生物量大，β-胡萝卜素产量高等优势，因此成为生物发酵法制备天然β-胡萝卜素的主要工业应用菌株。

对于增强三孢布拉霉菌发酵生产天然β-胡萝卜素的过程而言，研究工作者除通过诱变选育获取高产菌株，筛选优化发酵培养基碳氮源以及诱导剂，改善发酵搅拌，氧气供给以及pH和温度调节之外，通过在发酵过程添加少量的发酵促进因子以改善三孢布拉霉菌的发酵性能，也是强化β-胡萝卜素发酵生产的重要方式之一。

通过文献检索发现，国内外研究工作者通过利用三孢布拉霉菌中间和次级代谢及其结构类似物、金属离子、表面活性剂、烷烃、各类油脂、氧化剂和抗氧化剂、氧胁迫诱导因子以及分支代谢途径的抑制剂等皆能在不同程度促进β-胡萝卜素的生物合成以及最终的发酵水平。例如：K.Nanou和T.Roukas(Appl Biochem Biotechnol，2010，160：2415-2423)曾经利用丁羟基甲苯诱导三孢布拉霉菌产生氧胁迫响应，并继而引起胡萝卜素在菌丝体内的大量合成与积累。当丁羟基甲苯使用浓度为20mM时，三孢布拉霉菌胞内胡萝卜素积累达到最高值(含量为125mg/g干细胞)，比对照组(含量为25mg/g干细胞)提高5倍。