微生物发酵法生产虾青素的研究.pdf

生物技术与育种
微主物た产虾青素的研究
李军训杜会华(山东农业大学食品学院生物技术研究室271000
施安辉(山东大学袋生物技术国家重点实验室2501(00
美:文了当前国内外生物数時生ア方素的现。立点分好了红时高产商体
的、培养条件的优化虾青素的提取技米、检測方法以及原生质体融合技术在
种选育中的应用前景,指出了今后大规装両业化生产需要解淡的问题,并对应用前景
进行了分析。
美词:虾青素数生育
S9 A
虾青素( astaxanthin)全称为3,3-二羟基ー4,4'ー产菌种,红发夫酵母是20世纪70年代由Paf在美
基-β.'-胡萝ト素,分子式CaH2O分子量国阿拉斯加山区落叶树的渗出物中分离得到,可以分
596.86,是一种萜烯类不饱和化合物,是600多种类胡泌10多种类詞萝ト素,其中虾青素占65%-85%,也有
萝ト素中的一种。虾青素具有较强的抗氧化性、水不报道从保加利亚酸牛乳中分离到一姝红发夫酵母虾
溶性和亲脂性,易溶于氯仿、丙酮、苯和二硫化碳中。青素含量最高达到?%。另外,国内山东大学施安解
色泽为粉红色,氧化后成为鲜红色的虾红素( lstc ne)等人采用粘紅酵母作为庐生菌种,也取得了一定的效
虾青素具有很强的抗氧化功能(为类胡萝卜素的10果?。在藻类有1%的种类也能生产虾青素,如雨生红
倍,维生素E的100倍)和清除自由基的作用,能改善球藻( Haematococcus pluvial lis)就是很重要的虾青素
水产、畜禽皮肤和禽蛋色素沉积,提高产品品质,促进产生藻。据报导,国外优良的雨生红球藻体中虾青素
抗体产生,提高动物免疫力。虾青素在食品、化妆品、能达到类胡萝ト素总,量的90%
医药等领域也有若广阔的应用前景。
红发夫酵母生产虾青素的研究
虾青素的生产目前主要有三种方法:合成法、提
1.1高产虾青素红发夫酵母菌林的选育,?
取法和发酵法。
红发夫酵母具有异莽代谢快、培养时间较短和可
合成法目前只有瑞士罗氏公司采用,产品主要在发酵罐中实现高密度培养的优点,并且酵母是良好
用于饲料工业。商品名为加丽素红( Carophyllpink),含的铜料蛋白原料,应用效果显著。但野生型红发夫酵
量5~10%,前体物质为S-3-乙酸基一4ー氧代-『-紫母虾背素含量不高、一般在200~30ug/g干细胞
罗酮,最后采用生物催化生成反式虾青素。
工业生产还有一定的距离。所以,国内外都十分关注
提取法虾青素的提取主要是从水产品加工工高产虾青素红发夫譯母菌株的选育。
业的废弃物中提取,国外每年有1000万吨的甲壳纲
在国内、施安譯等人利用抗霉菌A和EMS对
水产品的废弃物,据美国报导,他们采用聚合剂从株野生型红发夫薛母进行诱变,结果获得1株高产菌
虾的废弃物中提取虾青素、虾青素酯和虾红素,其产株3.149,三角瓶液体摇床结果,其虾青素的含量由野
率高达153g/g(废弃物)。这些物质或以游离的形式生型1.226的351.50ug/g干细胞,提高到814.0uyg/g
存在,或与蛋白质、脂类等结合的形式存在,其提取率干细胞,从诱变实验的结果看,EMS的诱变效果优于
为类胡萝ト素总量的90%以上。近来,揶威海洋渔业抗霉素A。梁新兵等人,他们选育的红发夫酵母,三角
工业采用青贮法处理废弃物的技术。经青贮处理后,瓶摇床培养虾青素产率达913.4ugg干细胞,在2L
虾青素回收率提高了10%,纯度也大大地提高了。动中虾青素产率达581.4ug/g干细胞。徐学明等人采用
物饲喂实验证明,用青贮技术处珒的废弃物喂红NTG作为诱变剂,以二苯胺和脱氧葡萄糖为筛子来
鱼,虾青素的消化吸收率和在肌肉中的累积率均有很选育虾青素高产菌株,三角瓶摇床结果,类胡萝卜素
大的提高
总量由始发株的1.5ug/nl,提高到7.07ug/ml,提高
发酵法利用酵母菌发酵生产虾青素,以美国和了371%,虾青素的比率从75%提高到79%,并且稳定
都成等西北欧的国家研究、生产和应用于养殖业较性良好。
?,而且都是用的红发夫酵母( Phaffiarhodozyma)做生
在国外,Bon等人利用淀粉泗精废液培莽基,筛
选到 P rhodozyma NRRL.Y-17269的突变株JB2,在
8址京水唐
2003.4
万数排
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pH15.2的酒槽中培养,可得到130~1750ug/g下细 Johnson等人在十多年前就研究 P. nhodozvmma E的
胞的类胡萝ト素(始发株类胡萝ト素仅为340~-420ug/基本生长条件:最适生长和色素形成温度为20~
g干细胞)、这与以往采用麦芽汁培养基相比,可使培22C,虾青素的积累主契在平衡期、最适生长和形成
芥基的成本大大降低?。 Lcwis等人采用10-5mo色素的pH为5.0,溶氧对于虾青素的积累非常重要,
B-紫罗鯏篇选红发犬酵母、得到在平板上生长显示当溶氧低于毎小时30 mmol/L时,虾素的含量急剧
黄色的突变株NTG3-1,类胡萝ト素含量达到1下降,而主要积累β-胡萝ト素和单烯类: Meyer等
00g/g手细胞、其中郎南素的含量达到725ug/g干人研究了P. rhodozyma.变异株在问歇和连绫培养过程
细胞。Fang等人用NTG处理 ). rhodozytila,在含有中培养条件郎南素合成的影啊.研究结果表明,ph
3-紫罗酮的酵母麦芽汁平板上培养,获得了1株青值和温度对虾青素的合成影响校小,但对最大生长速
素高达151563ug/g干细胞的变异株、而始发株虾青率和细胞产率影响较大,最适合成竏青素的温度为
素的含仅为565.18ug/g下细胞?。Calo等人采用22℃,pH为5.0.研究绪果还表明,青素的合成是生
benny!和EMS处理红发夫酵母、获得的虾肖素含量长关联型,儼源消耗元后,虾青素的体积浓度逐渐下
与始发株相比増加了232%,含量达到1500gg干降。在半衡期,菌体浓度迅速下降,同时细跑内的虾青
细胞,而且可以直接利用乙醇提取色素
索含量逐步升高。Fang等人研究了 P rhodozyma突变
Chun等人利用原生质体融合技术构建了P株,萄糖能促使合成青素,产量高达7809.3ug
rhodozyma的高产类胡萝卜素杂交体。始发菌株产类1,酵母膏是最好的氮線,添加后虾青素的产量甚至高
胡萝ト素1600mg/kg干细胞,是色氮酸、完氮酸、蛋达8637.5ugL.使用混合氮源时,酵母膏:牛肉膏:硝
氨酸、精氨酸的营养缺陷型。而尔交体产类胡萝ト素校伊=1:1:1、产色素为8152.6ug/L
高达2232280mg/kg干细胞、而且产量稳定、而
Vazquez等人研究了乙醇对P: hedonia培养的
antoplctro等人也把原生质体融合技术应用于P.影响,研究结果表明,乙醇能够提高虾肯素的含量,但
rhodozyma和 Cryptococcus Laurenti或 saceharonnycer对细胞的牛长不利, Meyer等人研究,在培养P
cerevisiae获得杂合体,获得了理想的效果。目前,笔者 rhodozyma过程中,添加蒎烯可提高虾青素的产量。当
课题组正进行红发夫、粘红酵母原生质体融合技术筛蒎烯添加到50uiL时,虾青素含量从1554ugg干
进高产菌的研究,一些数据表明,原生质体融合技术细胞増加到2032ug/g干细胞,总的胡萝ト素含量从
在紅发夫母菌种的选育方面大有可为,
1652ugg干胞增加到2201u