CN105695550A - 一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法 - Google Patents

一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于化合物制备技术领域，具体公开了一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法。具体为将植物乳杆菌接种于包含蔗糖、糖蜜、硫酸铵、α-蒎烯和维生素B12的发酵培养基中培养，培养过程中根据生长状况采用中间补料结合阶段控制pH值；当发酵培养基中残糖浓度低于10g/L时，补加营养培养基继续培养，pH值控制方法为延迟期和对数早期将pH控制在6.0～6.5，对数中期及每次补料后5h之内将pH控制在7.0～7.5，其余阶段将pH控制在4.5～5.0。在60～72h后结束发酵，最终生物量和虾青素产量分别可达735mg/L和32 g/L。

Description

一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法
技术领域
本发明涉及化合物制备技术领域，具体地，涉及一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法。
背景技术
虾青素是一种非维生素A源的酮式类胡萝卜素。拥有艳丽的红色及极强的色素沉积能力，最初在欧美一些发达国家是作为色素被用做水产业的饵料添加剂。动物试验表明虾青素有抗肿瘤、抗紫外辐射、增强免疫功能，是水生动物的强抗氧化剂和脂质过氧化的抑制剂；对眼科疾病、心血管疾病和类风湿性关节炎也有缓解作用。最新研究发现，虾青素有助于消除因时差而产生的身体不适感，其效果比常用的褪黑激素还要明显。虾青素在以下几个方面具有应用价值：①水产和禽畜养殖的良好着色剂，同时提高养殖品成活率、增重率和饲料转化率；②食品添加剂（着色剂和抗氧化剂）；③保健品和药物（增强免疫功能和防止脂质过氧化等）；④化妆品（抗紫外辐射和抗氧化等）。
目前市场上虾青素大部分通过化学合成，也有少量天然虾青素。化学合成虾青素主要用途是作为鱼类饲料添加剂，其工业化生产由瑞士罗氏公司，即现在的帝斯曼公司控制，商品名为加丽素粉红（Carophyllpink），虾青素含量为5～10%，目前为止美国食品卫生管理局(FDA)不准任何化学合成新产品进入保健食品市场。部分动植物中含有天然虾青素，尽管提取来源广泛，但含量极低，如在虾、蟹的废壳中的含量只有约80ug/g。能够产生虾青素的微生物菌株并不多。除雨生红球藻和红发夫酵母生产虾青素外，一些文献也已报道其他微生物菌株。其中有些菌生长较慢且虾青素含量低，无工业应用前景，也有部分微生物已用于天然虾青素的生产，但现有技术主要采用间歇培养生产虾青素的方法，获得的生物量和虾青素产量有限，设备的单位时间单位体积得率较低，导致生产成本居高不下。
发明内容
本发明为了克服现有技术的上述不足，提供一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法，包括如下步骤：
S1.采用大容量发酵罐，将植物乳杆菌接种于发酵培养基中培养，所述发酵培养基含有20g/L蔗糖、10g/L糖蜜、5.5g/L硫酸铵、150μL/L的α-蒎烯、0.4μg/L维生素B12；
S2.当发酵培养基中残糖浓度低于10g/L时，以补加时发酵罐内培养基总体积为基础，每升发酵罐内培养基补加20g糖蜜、100μLα-蒎烯和0.2μg维生素B12，整个发酵周期共补料3次；培养过程pH值控制方法为：延迟期和对数早期（发酵0～5h）将pH控制在6.0～6.5，对数中期（发酵6～20h）及每次补料后5h之内将pH控制在7.0～7.5，其余阶段将pH控制在4.5～5.0；发酵60～72h后分离提纯获得虾青素。
本发明通过研究发现传统的间歇式培养，如果初始碳源添加量不够高，则获得的生物量和虾青素产量均较低；但如果初始碳源添加量太高，则会造成细胞在前期大量生长，溶解氧不足，通气搅拌设备无法适应的弊病，虾青素合成受到很明显的抑制作用，从而使最终的生物量和虾青素产量提高不明显，原料利用率很低。本发明通过对残糖浓度进行监测，采用中间补料的方法对植物乳杆菌进行培养，避免一次性投料过多的同时又能保证较高的总投入量，另根据菌体生长状况采用阶段控制pH值，可以明显提高生物量和虾青素产量，以及设备的单位时间单位体积得率，从而降低生产成本。
优选地，所述补加营养培养基时，以补加时发酵罐内培养基总体积为基础，每升发酵罐内培养基补加20g糖蜜、100μLα-蒎烯和0.2μg维生素B12。
本技术领域中的大容量发酵一般指超过50L以上体积的发酵，优选地，本发明所述高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法适合于100～1000L体积的发酵。
优选地，整个发酵周期中溶解氧浓度控制在40%～60%。
优选地，S1所述接种的接种量为5%～10%（v/v）。
本发明选择植物乳杆菌作为发酵菌种是因为植物乳杆菌具有生长速度快，发酵周期短，虾青素含量高，菌体可直接用作饲料等优点，是虾青素良好的资源。
优选地，本发明所述发酵菌种为植物乳杆菌ATCC8014。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过中间补料，结合阶段控制pH值，达到高密度培养，从而提高生物量和虾青索产量以及设备的单位时间单位体积得率，降低生产成本。最终生物量和虾青素产量分别可达735mg/L和32g/L。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
下列实施例或对比例中所用菌种为植物乳杆菌ATCC8014，购自美国菌种保藏中心。
实施例1
一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法，包括如下步骤：
S1.200L发酵罐中间补料培养：将植物乳杆菌按照6%（v/v）的接种量接种于盛有120L发酵培养基的200L发酵罐中，28℃培养，保持相对溶氧量60%；所述发酵培养基含有20g/L蔗糖、10g/L糖蜜、5.5g/L硫酸铵、150μL/L的α-蒎烯、0.4μg/L维生素B12；
S2.当发酵培养基中残糖浓度低于10g/L时，以补加时发酵罐内培养基总体积为基础，每升发酵罐内培养基补加20g糖蜜、100μLα-蒎烯和0.2μg维生素B12，整个发酵周期共补料3次；培养过程pH值控制方法为：延迟期及对数早期（发酵0～5h）将pH控制在6.0，对数中期（发酵6～20h）及每次补料后5h之内将pH控制在7.0，其余阶段将pH控制在4.5；发酵72h后得细胞干重32g/L，虾青素产量735mg/L。
实施例2
一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法，包括如下步骤：
S1.200L发酵罐中间补料培养：将植物乳杆菌按照10%（v/v）的接种量接种于盛有120L发酵培养基的200L发酵罐中，26℃培养，保持相对溶氧量50%；所述发酵培养基含有20g/L蔗糖、10g/L糖蜜、5.5g/L硫酸铵、150μL/L的α-蒎烯、0.4μg/L维生素B12；
S2.当发酵培养基中残糖浓度低于10g/L时，以补加时发酵罐内培养基总体积为基础，每升发酵罐内培养基补加20g糖蜜、100μLα-蒎烯和0.2μg维生素B12，整个发酵周期共补料3次；培养过程pH值控制方法为：延迟期及对数早期（发酵0～5h）将pH控制在6.5，对数中期（发酵6～20h）及每次补料后5h之内将pH控制在7.0，其余阶段将pH控制在5.0；发酵72h后得细胞干重33g/L，虾青素产量712mg/L。
实施例3
一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法，包括如下步骤：
S1.200L发酵罐中间补料培养：将植物乳杆菌按照8%（v/v）的接种量接种于盛有120L发酵培养基的200L发酵罐中，30℃培养，保持相对溶氧量45%；所述发酵培养基含有20g/L蔗糖、10g/L糖蜜、5.5g/L硫酸铵、150μL/L的α-蒎烯、0.4μg/L维生素B12；
S2.当发酵培养基中残糖浓度低于10g/L时，以补加时发酵罐内培养基总体积为基础，每升发酵罐内培养基补加20g糖蜜、100μLα-蒎烯和0.2μg维生素B12，整个发酵周期共补料3次；培养过程pH值控制方法为：延迟期及对数早期（发酵0～5h）将pH控制在6.0，对数中期（发酵6～20h）及每次补料后5h之内将pH控制在7.5，其余阶段将pH控制在5.0；发酵72h后得细胞干重29g/L，虾青素产量728mg/L。
对比例1
一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法，包括如下步骤：
200L发酵罐间歇培养：将植物乳杆菌按照6%（v/v）的接种量接种于盛有120L发酵培养基的200L发酵罐中，采用恒pH7.0，于28℃条件下培养，保持相对溶氧量60%；所述发酵培养基含有60g/L蔗糖、30g/L糖蜜、5.5g/L硫酸铵、450μL/L的α-蒎烯、1.0μg/L维生素B12；发酵72h得细胞干重24g/L，虾青素产量528mg/L。

Claims (5)

1.一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.采用大容量发酵罐，将植物乳杆菌接种于发酵培养基中培养，所述发酵培养基含有20g/L蔗糖、10g/L糖蜜、5.5g/L硫酸铵、150μL/L的α-蒎烯、0.4μg/L维生素B12；
S2.当发酵培养基中残糖浓度低于10g/L时，补加含糖蜜、α-蒎烯和维生素B12的营养培养基继续培养，整个发酵周期共补料3次；培养过程pH值控制方法为：延迟期和对数早期将pH控制在6.0～6.5，对数中期及每次补料后5h之内将pH控制在7.0～7.5，其余阶段将pH控制在4.5～5.0；发酵60～72h后分离提纯获得虾青素。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补加营养培养基时，以补加时发酵罐内培养基总体积为基础，每升发酵罐内培养基补加20g糖蜜、100μLα-蒎烯和0.2μg维生素B12。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大容量是指发酵罐的体积为100～1000L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，整个发酵周期中溶解氧浓度控制在40%～60%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1所述接种的接种量为5%～10%（v/v）。
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