[发明专利]采用木质纤维素制备虾青素的方法

说明书

针对现有技术中在红法夫酵母发酵生产虾青素以及木质纤维素酶解方面所存在的问题，本发明提供了通过木质纤维素类农林废弃物的高效糖化来生产虾青素的工艺，所述工艺包括预处理、糖化、红法夫酵母发酵和虾青素提取等步骤。本发明所述的工艺通过采用木质纤维素生物质为原料，一方面显著降低了糖化阶段的用酶成本和微生物发酵的生产成本，另一方面还解决了农林废弃物的综合利用问题。通过联合木质纤维素生物糖化与红法夫酵母高密度发酵阶段，使得糖化完成后的灰分可以进一步作为酵母发酵的固体基质，提高发酵密度。本发明所述的工艺中，虾青素占菌体干重比例可以达到2.6％，酵母菌体生物量可达65g/L。通过分子蒸馏等工艺，获得精制虾青素纯度大于90％。

技术领域

本发明涉及微生物发酵工程领域，具体涉及一种利用木质纤维素原料生产虾青素的方法。

背景技术

虾青素(astaxanthin)，又名虾黄质、龙虾壳色素，化学名称：3，3′-二羟基-4，4′-二酮基β-胡萝卜素，色素Aj067-69CAS No:472-61-7，分子式C40H52O4，分子量为596.86。虾青素是一种类胡萝卜素，具有最强的抗氧化性，可以有效清除细胞内的氧自由基，增强细胞再生能力，维持机体平衡和减少衰老细胞的堆积，从而保护皮肤健康，促进毛发生长，抗衰老、缓解运动疲劳、增强活力。此外，虾青素具有能提高免疫力，预防肿瘤、心血管疾病以及眼部疾病等功效，因此在食品、医药和化妆品等领域有广阔的应用前景。

虽然虾青素广泛存在于虾、蟹、鱼、藻体、酵母和鸟类的羽毛中，但相比较虾青素巨大的市场需求量，其产能过低，从而造成其衍生产品价格高昂。而化学合成的虾青素为3种结构虾青素的混合物(约左旋占25％、右旋占25％、内消旋50％)，极少抗氧化活性，美国FDA已经明文禁止化学合成的虾青素进入保健品市场。因此，目前国内外主要的天然虾青素生产方法均为通过微生物发酵法获得，微生物发酵法具有条件温和，易于大规模生产等优势，所用的微生物主要为雨声红球藻和红法夫酵母，其中红法夫酵母具有生长快速、易大规模培养的优势。

利用红法夫酵母发酵的方法来生产虾青素的现有技术包括：专利201711302561公开了一种利用诱变的红法夫酵母菌株与亲本菌株通过原生质体融合实现虾青素与甘露糖联产发酵的方法，其中原生质体的制备需要纤维素酶、溶菌酶和蜗牛酶，红法夫酵母的发酵采用高浓度的葡萄糖为碳源。专利CN201711208328提供一种利用红发夫酵母生产虾青素的方法，首先通过将虾下脚料研磨和酶解，获得酶解液，用于制备发酵基质；然后进行红发夫酵母发酵，并利用超临界二氧化碳萃取的方法获得虾青素粗提物。专利CN201711208300公开了一种高产天然虾青素的方法，与专利CN201711208328不同的是，采用海带下脚料作为原料进行酶解。专利CN201711208328和专利CN201711208300都在酶解液中添加了秸秆纤维素干物质，但是作为固体基质的作用进行红法夫酵母的发酵，而不是作为发酵的碳源。专利CN200910238464公开了一株产虾青素的海洋红酵母YS-185及其发酵生产虾青素的方法，其中酵母发酵采用的碳源为葡萄糖、果糖及麦芽糖。

综上可知，现有生产虾青素的以红法夫酵母发酵为代表的微生物发酵法中，主要以玉米淀粉来源的葡萄糖作为主要碳源，因此葡萄糖的供给和原料成本是影响微生物发酵产能和经济性的主要限制因素。因此，开发低成本新型碳源以及配套的生物制备技术具有必要性和广阔的应用前景。

木质纤维素是一类供应丰富且环境友好的可再生生物质，包括秸秆、废纸浆、稻壳、酒糟等农林废弃物。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成。其中，纤维素是由葡萄糖组成的。因此，木质纤维素生物质是潜在的廉价葡萄糖原料，发展以木质纤维素原料为底物的葡萄糖酸钠的生产方法，可以显著降低发酵生产成本，并同时解决农林废弃物的综合利用问题。