CN104774900A - 利用海洋红酵母菌发酵生产饲料添加剂虾青素的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用海洋红酵母菌发酵生产饲料添加剂虾青素的工艺，以葡萄糖、酵母浸粉等为主要原料，进行特种酵母菌种的液态深层发酵培养；发酵成熟后的虾青素酵母菌液用泵打入卧式低速离心机进行离心；将离心获得的虾青素酵母菌渣悬液用箱式压滤机压榨到固形物含量为30%左右，移入流化床中低温干燥将水分含量降至5%以下，然后经粉碎、过筛得到虾青素含量10%的饲料添加剂虾青素；本发明的优点在于：通过虾青素生产能力菌种，配合高度共用而互补的产品提取精制工艺，使得一条生产线同时获得两种最重要的天然抗氧化手性药物中间体和饲料添加剂，降低了生产成本，提高了虾青素的生产效益。

Description

利用海洋红酵母菌发酵生产饲料添加剂虾青素的工艺

技术领域

本发明涉及一种虾青素的生产工艺，具体地说是一种利用海洋红酵母菌发酵生产饲料添加剂虾青素的工艺，属于虾青素生产领域。

背景技术

虾青素（astaxanthin/astacin/astacean）是自然界水生动物体中主要的类胡萝卜素成分，对水生生物的生命活动有重要的意义。同大多数动物一样，人类不能在体内合成类胡萝卜素类物质，也只能通过食品摄入而获得，如水产品，如虾、蟹和某些冷水鱼类中就含有虾青素，成为人们补充类胡萝卜素的动物性来源。虾青素是一种氧化态的胡萝卜素，研究表明虾青素的抗氧化能力是维生素E的500倍，是胡萝卜素的11倍以上，具有明显的抗氧化、消除活性的单线态氧的作用。

地球上虾青素的最终生产者是植物和一些如藻类等微生物，水产品中的虾青素也是通过饮食而摄入的。人们可以从甲壳类的加工废弃物中提取，但产量极为有限且受季节的变化。美国罗氏公司发明了化学合成法制造虾青素，但生产成本高昂，且大多数为顺式结构，在体内也不能转化成天然的反式构型。而且由于虾青素分子中含有两个手性的碳原子，化学合成的虾青素为混旋的组成，其生物可利用度比天然的虾青素有很大的差别。美国食品药品管理局（FDA）仅批准反式结构的虾青素用于水产养殖的添加剂，而且不准任何化学合成产品进入保健食品市场。多数国家不允许使用合成虾青素用于饲料添加剂方面。因此迫切需要有非化学合成的廉价的生产工艺取代合成工艺。

近年来，人们开始研究通过培养天然的虾青素生产者来生产虾青素，这些工艺主要包括以下两类：

其一，用人工培养特殊的单细胞绿藻（Chlamydomonasnivalis），采用特殊的人工光照生物反应器或在天然露天池塘中进行藻类的培植，又称为红色池塘工艺，吸收光能和二氧化碳使细胞内积累虾青素。

其二，使用一种产红色素的酵母菌种（Phaffiarodozyma）采用传统的深层发酵技术，将糖质类原料转化为含虾青素的酵母菌体。

两种途径比较，第一种通过所谓“红色池塘”技术通过光合作用培养的藻类中的虾青素含量较高，原料成本较低但培养技术复杂，生产周期长对气候、阳光和场地的要求较高，生产效率不高；第二种采用糖质原料发酵生产，利于大规模高密度生产，而且不受地域和气候的限制，是当今世界上最具工业化潜力的生物法虾青素生产工艺。

在我国的云南省，曾经建设有绿藻工艺的虾青素生产装置建设，后来因为生产效率低下，成本高昂等原因被迫下马转卖。在东南沿海建设的酵母虾青素生产线也因为技术水平低下和产品单一没有形成真正的生产规模，造成国内被迫大量进口罗氏公司的合成虾青素，付出了昂贵的代价。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种利用海洋红酵母菌发酵生产饲料添加剂虾青素的工艺，通过虾青素生产能力菌种，配合高度共用而互补的产品提取精制工艺，使得一条生产线同时获得两种最重要的天然抗氧化手性药物中间体和饲料添加剂，降低了生产成本，提高了虾青素的生产效益。

本发明的技术方案为：

利用海洋红酵母菌发酵生产饲料添加剂虾青素的工艺，包括以下步骤：

（1）接种和发酵

按照接种量比1︰10的接种比，将虾青素酵母种子经过多级种子罐逐步放大到生产罐，发酵移种在无菌条件下进行，在各级种子罐保持温度为20～22℃，通入无菌空气结合发酵罐的搅拌使得发酵液的溶解氧不低于20%；

（2）生产罐主发酵

待发酵罐的基础料中的还原糖降低至0.5%以下时，开始连续从补料罐流加补料到发酵罐中，控制还原糖不高于1%，酒精不高于0.5%，直到补料放完，料液达到出罐容积后，继续保持通风12小时，直到发酵结束，总发酵时间为144小时左右；

（3）离心

将储料罐中的虾青素酵母菌液用泵打入酵母离心机，调整转速分离上清液，将离心获得的虾青素酵母菌渣悬液用板框式压滤机压榨到固形物含量为30%左右，移入流化床中低温干燥将水分含量降至5%以下，粉碎过筛后得到虾青素含量10%的饲料添加剂虾青素粉。

其中，所述虾青素酵母种子的制备方法包括以下步骤：

（1）海洋红酵母菌的种子培养：配制液体培养基分装于1000ml锥形瓶中，调节pH=5.0，于高压137kpa、高温121℃条件下灭菌20min，装液量为400ml。冷却后在无菌操作台上接种菌种，然后于30℃温度条件下摇床中培养40h后备用，摇床转速为160r/min。

培养基配方：葡萄糖：10g；酵母浸粉：3g；蛋白胨：5g；麦芽汁：3g；水：100ml。

（2）海洋红酵母菌的一级种子培养：将培养40h的海洋红酵母菌种子接种到100L已灭菌种子发酵罐中，装液量60%，接种量10%，培养温度30℃，通气搅拌培养24h，通气比1:1，搅拌速率50r/min。

培养基配方：葡萄糖：10g；水：100ml；酵母浸粉：3g；柠檬酸钠：0.5g；红糖：5g甘油：0.1g。

（3）海洋红酵母菌的二级种子培养：将一级种子罐发酵24h后的种子接种到1T的二级种子罐中，装液量60%，接种量10%，通气搅拌培养24h，培养温度为30℃，通风比1:1，搅拌速率50r/min。

培养基同一级种子培养的培养基配比。

（4）海洋红酵母菌的发酵：将二级种子罐中发酵24h后的种子接种到10T的发酵罐中，装液量60%，接种量10%，通气搅拌培养96h，培养温度为30℃，通风比1:1，搅拌速率50r/min。

培养基同一级种子培养的培养基配比。

本发明以葡萄糖、酵母浸粉等为主要原料，进行特种酵母菌种的液态深层发酵培养。发酵成熟后的虾青素酵母菌液用泵打入卧式低速离心机进行离心。将离心获得的虾青素酵母菌渣悬液用箱式压滤机压榨到固形物含量为30%左右，移入流化床中低温干燥将水分含量降至5%以下，然后经粉碎、过筛得到虾青素含量10%的饲料添加剂虾青素。

采用本发明工艺得到的虾青素，有极强的抗氧化能力。动物试验表明，虾青素可以清除NO、硫化物、二硫化物，也可降低脂质过氧化作用，有效的抑制自由基引发的脂质过氧化。虾青素有抑制肿瘤发生、增强免疫力、清除体内自由基等多方面的生理作用，对紫外线引起的皮肤癌有很好的治疗效果，对糖尿病引起的眼病也有较好的防治作用，在保健品、医药、化妆品、食品添加剂、水产养殖等方面具有广阔的应用前景。

本发明工艺具有以下特点：

a、选育得到高产的虾青素生产菌种，其产量达到了2500～3000微克/克；

b、实现了利用低速离心、低温干燥的工艺路线，避免了酸化破壁造成的不良影响；

c、创造了利用廉价能量原料为主要原料生产高含量虾青素酵母的发酵生产技术，大大降低了生产的成本，缩短生产周期；

d、有利于大规模高密度生产，而且不受地域和气候的限制。

本发明的优点在于：通过虾青素生产能力菌种，配合高度共用而互补的产品提取精制工艺，使得一条生产线同时获得两种最重要的天然抗氧化手性药物中间体和饲料添加剂，降低了生产成本，提高了虾青素的生产效益。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺流程图。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。

实施例1

一种利用海洋红酵母菌发酵生产饲料添加剂虾青素的工艺，包括以下步骤：

（1）海洋红酵母菌的种子培养：配制液体培养基分装于1000ml锥形瓶中，调节pH=5.0，于高压137kpa、高温121℃条件下灭菌20min，装液量为400ml。冷却后在无菌操作台上接种菌种，然后于30℃温度条件下摇床中培养40h后备用，摇床转速为160r/min。

培养基配方：葡萄糖：10g；酵母浸粉：3g；蛋白胨：5g；麦芽汁：3g；水：100ml。

（2）海洋红酵母菌的一级种子培养：将培养40h的海洋红酵母菌种子接种到100L已灭菌种子发酵罐中，装液量60%，接种量10%，培养温度30℃，通气搅拌培养24h，通气比1:1，搅拌速率50r/min。

培养基配方：葡萄糖：10g；水：100ml；酵母浸粉：3g；柠檬酸钠：0.5g；红糖：5g甘油：0.1g。

（3）海洋红酵母菌的二级种子培养：将一级种子罐发酵24h后的种子接种到1T的二级种子罐中，装液量60%，接种量10%，通气搅拌培养24h，培养温度为30℃，通风比1:1，搅拌速率50r/min。

培养基同一级种子培养的培养基配比

（4）海洋红酵母菌的发酵：将二级种子罐中发酵24h后的种子接种到10T的发酵罐中，装液量60%，接种量10%，通气搅拌培养96h，培养温度为30℃，通风比1:1，搅拌速率50r/min。

培养基同一级种子培养的培养基配比

（5）后处理：将步骤（4）发酵完成的发酵罐液通过离心机离心分离后获得发酵底物，低温干燥至水分含量小于10%后，粉碎包装得虾青素成品。

经检验，饲料添加剂虾青素产品成分分析保证值如下表：

目前世界上生产虾青素方法对比一览表

本发明中所用原料均为本领域生产中常用原料，均可从市场中得到，且对于生产结果不会产生影响；本发明中所采用的各种设备，均为本领域生产工艺中使用的常规设备，且各设备的操作、参数等均按照常规操作进行，并无特别之处。

Claims (4)

1.利用海洋红酵母菌发酵生产饲料添加剂虾青素的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）接种和发酵

按照重量比1︰10的接种比，将虾青素酵母种子经过多级种子罐逐步放大到生产罐，发酵移种在无菌条件下进行，在各级种子罐保持温度为20～22℃，通入无菌空气结合发酵罐的搅拌使得发酵液的溶解氧不低于20%；

（2）生产罐主发酵

待发酵罐的基础料中的还原糖降低至0.5%以下时，开始连续从补料罐流加补料到发酵罐中，控制还原糖不高于1%，酒精不高于0.5%，直到补料放完，料液达到出罐容积后，继续保持通风12小时，直到发酵结束；

（3）离心

将储料罐中的虾青素酵母菌液用泵打入酵母离心机，调整转速分离上清液，将离心获得的虾青素酵母菌渣悬液用板框式压滤机压榨后，移入流化床中低温干燥将水分含量降至5%以下，粉碎过筛后得到本发明产品。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述虾青素酵母种子的制备方法包括以下步骤：

（1）海洋红酵母菌的种子培养：配制液体培养基分装于1000ml锥形瓶中，调节pH=5.0，于高压137kpa、高温121℃条件下灭菌20min，装液量为400ml；冷却后在无菌操作台上接种菌种，然后于30℃温度条件下摇床中培养40h后备用，摇床转速为160r/min；

（2）海洋红酵母菌的一级种子培养：将培养40h的海洋红酵母菌种子接种到100L已灭菌种子发酵罐中，装液量60%，接种量10%，培养温度30℃，通气搅拌培养24h，通气比1:1，搅拌速率50r/min；

（3）海洋红酵母菌的二级种子培养：将一级种子罐发酵24h后的种子接种到1T的二级种子罐中，装液量60%，接种量10%，通气搅拌培养24h，培养温度为30℃，通风比1:1，搅拌速率50r/min；

（4）海洋红酵母菌的发酵：将二级种子罐中发酵24h后的种子接种到10T的发酵罐中，装液量60%，接种量10%，通气搅拌培养96h，培养温度为30℃，通风比1:1，搅拌速率50r/min。

3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述步骤（1）的培养基配方为：葡萄糖：10g；酵母浸粉：3g；蛋白胨：5g；麦芽汁：3g；水：100ml。

4.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述步骤（2）～（4）的培养基配方为：葡萄糖：10g；水：100ml；酵母浸粉：3g；柠檬酸钠：0.5g；红糖：5g甘油：0.1g。