CN106047944B - 一种利用三孢布拉霉菌发酵高产番茄红素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用三孢布拉霉菌发酵高产番茄红素的方法，包括一级种子培养、二级种子培养、发酵培养、提取分离，其特征是发酵培养基中加入菜籽油，菜籽油加入量为发酵培养基质量的2.0‑5.0%，发酵培养20‑26小时后，加入烟碱，烟碱加入量为发酵物质量的0.05%‑0.07%。使用本发明生产的番茄红素，比现有生产方法提高10%以上，同时番茄红素的生产周期短，发酵培养基成本低，可以降低生产成本。

Description

一种利用三孢布拉霉菌发酵高产番茄红素的方法
技术领域
本发明涉及番茄红素的工业发酵领域，具体涉及一种利用三孢布拉霉菌发酵提高番茄红素产量的方法。
背景技术
番茄红素是植物中所含的一种天然色素，主要存在于茄科植物西红柿的成熟果实中。是许多类胡萝卜素生物合成的中间体。其抗氧化性能在所有类胡萝卜素中是最强的，它清除单线态氧的能力是常用抗氧化剂维生素E的100倍，是β-胡萝卜素的2倍以上；番茄红素具有优越的生理功能，它不仅具有抗癌抑癌的功效，而且对于预防心血管疾病、动脉硬化等各种成人病、增强人体免疫系统以及延缓衰老等都具有重要意义，是一种很有发展前途的新型功能性天然色素。
目前，番茄红素的获得主要通过三个方法：植物提取法、化学合成法和生物发酵法。
番茄红素主要存在于番茄、西瓜、葡萄、柑橘、胡萝卜、葡萄柚等植物中，植物提取法研究较多的是从番茄中提取番茄红素。但是由于植物中番茄红素的含量低，即使在相对含量较高的番茄中也如此，使得用植物提取法生产番茄红素的成本高，不适于工业化大规模生产。
化学合成法生产番茄红素早在20世纪90年代在欧洲已成功开发，工艺利用三苯基氯化磷和辛三烯二醛在2-丙醇中进行烯化反应制取番茄红素且收率达65%。化学合成法的产量和纯度较植物提取法有大大的提高，实现了番茄红素的规模化生产。虽然化学合成法成本低廉，但其副产物多，产品难以达到食品安全的要求，而且化学合成法中使用了某些不稳定且有毒性的化学试剂，有些试剂在成品中或多或少都有残留，这于人类健康不宜，认识到此危害的人们对化学合成法制得的产品有所顾忌，故该法已逐渐被淘汰。
目前在番茄红素的生产中，较多的是生物发酵法，通常利用瓜笄霉（ChoanepHora）、须霉菌（pHycomyces）和布拉霉菌（Blaleslea），其中对三孢布拉霉（Blakeslea trispora）的应用最多。用三孢布拉霉菌发酵生产番茄红素的主要优点：（1）不涉及有毒的化学试剂；（2）发酵系统相对简单；（3）产品质量好。
根据Blakeslea trispora的代谢途径，阻断从番茄红素到其他类胡萝卜素的代谢途径即可实现番茄红素的富集。通过在适当的时间添加适当的阻断剂可以与生物合成类胡萝卜素过程中的环化酶结合，从而使环化酶丧失活性，无法与番茄红素结合，阻断了生成类胡萝卜素的反应，使得最终产物停留在番茄红素的阶段，从而大量积累番茄红素。但现有的三孢布拉霉菌发酵生产番茄红素方法，番茄红素产量低，成本高。
发明内容
本发明的针对上述存在的问题，提供一种利用三孢布拉霉菌发酵提高番茄红素产量、降低成本的方法。
本发明是这样实现的：一种利用三孢布拉霉菌发酵高产番茄红素的方法，包括一级种子培养、二级种子培养、发酵培养、提取分离步骤，其特征是发酵培养基中加入菜籽油，菜籽油加入量为发酵培养基质量的2.0-5.0%，发酵培养20-26小时后，加入烟碱，烟碱加入量为发酵物质量的0.05%-0.07%。
本发明中发酵培养基中加入了菜籽油，提高了番茄红素在植物油中的溶解率，促进三孢布拉霉菌产生番茄红素。发酵过程阻断剂的补入时间从常规的发酵40小时左右提前至20-26小时补入，有效抑制其他类胡萝卜素的产生，大大提高番茄红素的含量和产量。经实验表明，使用本发明生产的番茄红素，比现有生产方法提高10%以上，实验结果详见表1。同时，使用本发明的方法，番茄红素的生产周期短，发酵培养基成本低，可以降低生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
本发明包括一级种子培养、二级种子培养、发酵培养、提取分离步骤，其具体步骤为：
1. 一级种子培养：将培养好的三孢布拉霉正菌1支斜面和负菌7支斜面分别接种到一级种子罐培养基中，在27℃±1℃，150r/min，控制溶氧>20%，风量1-2vvm的条件下培养40个小时，至正菌菌丝呈浅黄色，负菌菌丝鲜黄色，均有一定粘稠度。
2. 二级种子培养：将步骤1所述三孢布拉霉一级种子液正菌20L和负菌140L分别接种到各自的二级种子罐培养基，培养至成熟。
3. 发酵培养：将步骤2中所述的成熟的三孢布拉霉菌正负菌种液以体积比为1:5- 1:7的比例混合得种子液，遂将种子液转接到pH为6.7的发酵培养基。在27℃±0.5℃，120r/min，控制溶氧>20%，风量1.5-2vvm的条件下培养，在发酵过程中，按工艺流程补料，加入阻断剂，补糖，补豆油，培养80-110小时，当菌丝有极少部分自溶时，停止生长，即可放罐。
发酵培养基的配方为含有质量比淀粉1.8-3.0%，黄豆饼粉3.6-5.5%，玉米浆1.8-3.0%，磷酸二氢钾0.07-0.10%，硫酸镁0.010-025%，维生素B1 10-15mg/l，豆油2.0-5.0%，菜籽油2.0-5.0%，消沫剂（硅系列）0.033%，抗氧化剂BHT（邻二叔丁基对甲基苯酚）0.06%。
发酵20-26小时后，加入烟碱，烟碱加入量为发酵物质量的0.05%-0.07%。
4. 提取分离：
①将上述3得到的菌体发酵液经板框过滤机过滤，收集菌丝体，滤液弃去，菌丝体再进入闪蒸干燥器，60-80℃干燥去掉大部分水分，得到干燥的菌粉。
②将①所得的干菌粉进入萃取罐加15倍的乙酸乙酯进行浸提，50-55℃提取1小时后趁热进行板框过滤，收集滤液，滤液进浓缩釜进行浓缩，50-55℃减压浓缩，结晶，过滤后得到番茄红素粗晶体。
③将②中所得番茄红素粗晶体乙酸乙酯混合，搅拌，冷却重结晶，过滤得番茄红素湿粉。番茄红素湿粉用洁净空气吹干，得番茄红素精粉，在-20℃、避光、真空条件下保存。
表1：三孢布拉霉菌发酵制备番茄红素实例结果对照表

Claims (1)

1.一种利用三孢布拉霉菌发酵高产番茄红素的方法，其特征是包括一级种子培养、二级种子培养、发酵培养和提取分离步骤，发酵培养基中加入菜籽油，菜籽油加入量为发酵培养基质量的2.0-5.0%，发酵培养20-26小时后，加入烟碱，烟碱加入量为发酵物质量的0.05%-0.07%；其具体步骤如下：
（1）、一级种子培养：将培养好的三孢布拉霉正菌1支斜面和负菌7支斜面分别接种到一级种子罐培养基中，在27℃±1℃，150r/min，控制溶氧>20%，风量1-2vvm的条件下培养40个小时，至正菌菌丝呈浅黄色，负菌菌丝鲜黄色，均有一定粘稠度；
（2）、二级种子培养：将步骤（1）所得三孢布拉霉一级种子液的正菌20L和负菌140L分别接种到各自的二级种子罐培养基，培养至成熟；
（3）、发酵培养：将步骤（2）中所得成熟的三孢布拉霉菌正负菌种液以体积比为1:5 -1:7的比例混合得种子液，遂将种子液转接到pH为6.7的发酵培养基；在27℃±0.5℃，120r/min，控制溶氧>20%，风量1.5-2vvm的条件下培养，在发酵过程中，按工艺流程补料，加入阻断剂，补糖，补豆油，培养80-110小时，当菌丝有极少部分自溶时，停止生长，即放罐；
所述发酵培养基的配方为含有质量比淀粉1.8-3.0%，黄豆饼粉3.6-5.5%，玉米浆1.8-3.0%，磷酸二氢钾0.07-0.10%，硫酸镁0.010-025%，维生素B1 10-15mg/l，豆油2.0-5.0%，菜籽油2.0-5.0%，硅系列消沫剂0.033%，抗氧化剂BHT（邻二叔丁基对甲基苯酚）0.06%；
发酵20-26小时后，加入烟碱，烟碱加入量为发酵物质量的0.05%-0.07%；
（4）、提取分离：
①将步骤（3）得到的菌体发酵液经板框过滤机过滤，收集菌丝体，滤液弃去，菌丝体再进入闪蒸干燥器，60-80℃干燥去掉大部分水分，得到干燥的菌粉；
②将所得的干燥菌粉进入萃取罐加15倍的乙酸乙酯进行浸提，50-55℃提取1小时后趁热进行板框过滤，收集滤液，滤液进浓缩釜进行浓缩，50-55℃减压浓缩，结晶，过滤后得到番茄红素粗晶体；
③将所得番茄红素粗晶体与乙酸乙酯混合，搅拌，冷却重结晶，过滤得番茄红素湿粉；番茄红素湿粉用洁净空气吹干，得番茄红素精粉，在-20℃、避光、真空条件下保存。
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