[发明专利]一种酿酒酵母菌株及其应用

说明书

本发明涉及微生物技术领域，公开了一种酿酒酵母菌株及其应用。本发明提供一株高产虾青素的诱变酿酒酵母菌株，该诱变菌株的虾青素产量相对于出发菌株有明显提高，其中摇瓶发酵虾青素产量提高了3.98倍，达到了65.93mg/L，虾青素在类胡萝卜素中所占的比例提高了1.48倍，达到了68.56％。并且经过对发酵工艺条件的优化，使5L发酵罐中的虾青素产量最高达到了404.78mg/L。

技术领域

本发明涉及微生物技术领域，更具体的说是涉及一种酿酒酵母菌株及其应用。

背景技术

虾青素(Astaxanthin，C40H52O4，分子量为596.84)是一种广泛存在于微生物和海洋生物中的天然类胡罗卜素，也是类胡萝卜素合成的最高级别产物，依据两个手性碳在β-紫罗酮环上的存在形式，可以分为3种构型(3S,3’S)、(3R,3’S)、(3R,3’R)。虾青素具有很强的抗氧化能力，可以通过清除细胞内的活性氧防止链式反应、抑制脂质过氧化来保护膜结构，从而起到防止氧化损伤的效果。与其他类胡萝卜素不同的是，虾青素同时连接细胞的内膜和外膜，能同时清扫细胞内外膜的活性氧，因此虾青素比其他的类胡萝卜素具有更强的抗氧化性，其抗氧化能力是维生素C的65倍，β-胡萝卜素的54倍，角黄素、玉米黄质和叶黄素的10倍，维生素E的100倍。正是因为虾青素具有独特的化学结构和性质，使得其具有减缓衰老、抗肿瘤、增强免疫力、预防心血管疾病等功能，在食品、医药、保健品以及水产养殖等行业具有巨大的市场价值。作为市场规模仅次于β-胡萝卜素和叶黄素的第三大类胡萝卜素，虾青素的市场份额占到了类胡萝卜素的29％，预计2025年市场规模达到25.7亿美元。广阔的市场需求使得虾青素的研究和生产具有光明的前景。

目前，虾青素的来源主要有化学合成、藻类和红法夫酵母生物合成。化学合成的虾青素和天然虾青素构型不同，其抗氧化能力仅为天然虾青素的1/3，另外人们还担心合成虾青素的不同立体异构体和一些潜在的合成中间体的安全性。雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)和红发夫酵母(Xanthophyllomyces dendrorhous)是目前工业上生产虾青素的主要菌种。然而雨生红球藻生长周期缓慢、细胞密度低，导致经济成本居高不下。红发夫酵母作为自然界中存在的天然生产虾青素的微生物，但由于红发夫酵母生产的虾青素为(3R,3’R)构型，抗氧化能力较低，限制了其在工业生产中的应用。因此，研究人员将目光转向其他微生物细胞工厂，用来生物合成虾青素。2017年，Kildegaard等人在解脂酵母中构建了虾青素合成路径，并通过增加CrtZ的拷贝数，平衡代谢流量提高虾青素的生产，最终使解脂酵母中虾青素产量达到了54.6mg/L。2018年，Park等人将截短的BKT基因(trCrBKT)定位到细胞膜，过表达由FVSEOF软件鉴定的ispD和ispF基因，并且优化发酵条件，使5L发酵罐中大肠杆菌的虾青素产量达到了385.04mg/L。

酿酒酵母作为一种公认的安全模式微生物，遗传背景清楚、分子操作简单，在酿酒、食品烘焙、药品、保健品等生产中被广泛应用。相比大肠杆菌，它的菌体维生素、蛋白质含量高，可作食用药用和饲料酵母；相比藻类，它的生长周期更短且更易培养。因此，实现虾青素在酿酒酵母中的高产将会在类胡萝卜素产业化上展现极大的竞争力。然而，截止目前公开报道的酿酒酵母中的虾青素产量依然未达到工业化生产水平。2017年，于宏巍课题组通过突变GGPP合酶增加前体供应以及调整限速酶之间的拷贝数平衡代谢通量等方法，将酿酒酵母的虾青素产量提高至47.18mg/L的较高水平。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种经过诱变获得的酿酒酵母菌株，使其虾青素产量得到显著提高；

本发明的另外一个目的在于提供上述诱变后的酿酒酵母菌株在生产相关化学品中的应用；

本发明的另外一个目的在于提供利用上述诱变后的酿酒酵母菌株生产虾青素的方法。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：