CN1544647A - 利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法，是将微生物接种于液体培养基，在18－22℃的温度下，溶解氧浓度控制在10－80％，培养过程的pH为3－6，当培养基中残糖浓度低于15克/升时，补加糖蜜或者淀粉糖至培养基糖浓度10－60克/升继续培养，在72－120小时后结束培养；用于接种的微生物是红法夫酵母，培养基是糖蜜或淀粉糖添加无机或有机氮源。本发明通过补料培养，达到高密度培养，从而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，降低生产成本。

Description

利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法
                          技术领域
本发明涉及生物工程和技术领域，特别是一种利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法。
                          技术背景
虾青素是甲壳类动物、鲑鱼和各种鸟类的主要色素，其抗氧化性能比维生素E强100-500倍，比胡萝卜素强10倍；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。对作息时间陷於紊乱的中小学生和老人恢复正常的生活节奏可能也有帮助作用。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)。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均较低，
                          发明内容
本发明的目的在于提供一种以糖蜜或淀粉糖为主要原料进行中间补料培养生产虾青素的方法，通过补料培养，达到高密度培养，从而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，降低生产成本。
本发明的一种利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法，是将微生物接种于液体培养基，在18-22℃的温度下，溶解氧浓度控制在10-80％，培养过程的pH为3-6，当培养基中残糖浓度低于15克/升时，补加糖蜜或者淀粉糖至培养基糖浓度10-60克/升继续培养，在72-120小时后结束培养；用于接种的微生物是红法夫酵母，培养基是糖蜜或淀粉糖添加无机或有机氮源。
所述红法夫酵母为As2.1557或者其突变株。
所述碳源是糖蜜或淀粉糖。
所述无机氮源是硫酸铵、硝酸铵、氯化铵或尿素。
所述有机氮源是酵母粉或酵母膏、蛋白胨、玉米浆。
本发明可以用摇瓶或用生物反应器培养，用生物反应器培养时，溶解氧浓度最好控制在10-80％。
所述培养过程可以添加乙醇，用量为0-8g/L。
红发夫酵母具有生长速度快，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。现有技术采用间歇培养多获得的生物量和虾青素产量均较低，采用红发夫酵母生产虾青素，通过补料培养，可以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，从而降低得生产成本。
本发明的利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法，其优点是：(1)发酵培养基非常简单，只有糖蜜或淀粉糖和无机氮源或有机氮源，如硫酸铵、尿素、酵母粉、玉米浆等；(2)不需添加任何其他物质，细胞生长良好，更接近于工业化生产。
                          具体实施方式
实施例1
采用的菌种：As2.1557经诱变和融合而得到的菌株。
摇瓶批培养法：发酵培养基中只有20克/升糖蜜和5克/升硫酸铵，调pH5.0，18-22℃，160转/分钟培养72小时，收集菌体。细胞干重7.25克/升，细胞虾青素含量812微克/克干细胞，虾青素产量达到5887微克/升。
实施例2
其他条件同实例1，当培养液中残糖浓度低于15克/升时，添加20克/升糖蜜，继续培养至84小时，收集菌体。细胞干重13.25克/升，细胞虾青素含量786微克/克干细胞，虾青素产量达到10415微克/升。
实施例3
其他条件同实例1，碳源采用20克/升淀粉糖。细胞干重6.86克/升，细胞虾青素含量892微克/克干细胞，虾青素产量达到6119微克/升
实施例4
其他条件同实例1，氮源采用5克/升氯化铵。细胞干重7.08克/升，细胞虾青素含量796微克/克干细胞，虾青素产量达到5636微克/升。
实施例5
其他条件同实例1，氮源采用5克/升硝酸铵。细胞干重6.76克/升，细胞虾青素含量782微克/克干细胞，虾青素产量达到5286微克/升。
实施例6
其他条件同实例1，氮源采用5克/升尿素。细胞干重4.76克/升，细胞虾青素含量912微克/克干细胞，虾青素产量达到4341微克/升。
实施例7
其他条件同实例1，氮源采用5克/升酵母粉。细胞干重9.48克/升，细胞虾青素含量946微克/克干细胞，虾青素产量达到8968微克/升。
实施例8
其他条件同实例1，氮源采用5克/升蛋白胨。细胞干重8.12克/升，细胞虾青素含量786微克/克干细胞，虾青素产量达到6382微克/升。
实施例9
其他条件同实例1，氮源采用5克/升玉米浆。细胞干重7.92克/升，细胞虾青素含量754微克/克干细胞，虾青素产量达到5972微克/升。
实施例10
其他条件同实例1，调pH6.0。细胞干重7.13克/升，细胞虾青素含量804微克/克干细胞，虾青素产量达到5732微克/升。
实施例11
其他条件同实例1，调pH3.0。细胞干重6.21克/升，细胞虾青素含量764微克/克干细胞，虾青素产量达到4744微克/升。
实施例12
生物反应器批培养法：实施例1的放大是在5升(New BrunswickScientific，Bioflo3000，USA)生物反应器中进行的，装液量为3.5升。起始通气速率为1.75升/分钟，起始的搅拌速率为150转/分钟，接种量为10％，以10％硫酸和10％氢氧化钠控制pH5.0。其他发酵条件同实施例1。随着细胞的生长，氧消耗速率逐渐增大，为了维持溶氧水平在40％，逐渐增大通气速率和搅拌速率。最终的通气速率和搅拌速率分别为5升/分钟和350转/分钟。培养72小时后，收集菌体。细胞干重达到8.12克/升，细胞虾青素含量783微克/克干细胞，虾青素产量达到6358微克/升。
实施例13
实施例2的放大是在5升(New Brunswick Scientific，Bioflo3000 USA)生物反应器中进行的，装液量为3.5升。发酵条件同实施例3。当培养液中残糖浓度低于15克/升时，添加20克/升糖蜜，随着细胞的生长，氧消耗速率逐渐增大，为了维持溶氧水平在40％，逐渐增大通气速率和搅拌速率。最终的通气速率和搅拌速率分别为5升/分钟和500转/分钟。培养84小时后，收集菌体。细胞干重达到16.2克/升，细胞虾青素含量752微克/克干细胞，虾青素产量达到12182微克/升。
实施例14
在5升(New Brunswick Scientific，Bioflo3000 USA)生物反应器中进行的，装液量为3.5升。其他发酵条件同实施例4。当培养液中残糖浓度低于15克/升时，添加60克/升糖蜜，随着细胞的生长，氧消耗速率逐渐增大，为了维持溶氧水平在40％，逐渐增大通气速率和搅拌速率。最终的通气速率和搅拌速率分别为5升/分钟和500转/分钟。培养96小时后，细胞干重达到30.2克/升，细胞虾青素含量765微克/克干细胞，虾青素产量达到23103微克/升；培养120小时后，收集菌体，细胞干重达到29.8克/升，细胞虾青素含量821微克/克干细胞，虾青素产量达到24466微克/升。
实施例15
其他条件同实施例11，添加10克/升糖蜜。细胞干重达到11.5克/升，细胞虾青素含量786微克/克干细胞，虾青素产量达到9039微克/升。
实施例16
在5升(New Brunswick Scientific，Bioflo3000 USA)生物反应器中进行的，装液量为3.5升。其他发酵条件同实施例5。当培养液中残糖浓度低于15克/升时，添加60克/升糖蜜，随着细胞的生长，氧消耗速率逐渐增大，为了维持溶氧水平在40％，逐渐增大通气速率和搅拌速率。60小时添加3克/升无水乙醇。最终的通气速率和搅拌速率分别为5升/分钟和500转/分钟。培养120小时后，细胞干重达到31.2克/升，细胞虾青素含量931微克/克干细胞，虾青素产量达到29047微克/升。
实施例17
其他条件同实施例16，60小时添加8克/升无水乙醇。控制溶氧水平在40％，最终的通气速率和搅拌速率分别为5升/分钟和500转/分钟。培养120小时后，细胞干重达到31.6克/升，细胞虾青素含量905微克/克干细胞，虾青素产量达到28598微克/升。
实施例18
其他条件同实施例14，控制溶氧水平10％。细胞干重达到22.6克/升，细胞虾青素含量714微克/克干细胞，虾青素产量达到16136微克/升。
实施例19
其他条件同实施例14，控制溶氧水平80％。细胞干重达到31.2克/升，细胞虾青素含量882微克/克干细胞，虾青素产量达到27518微克/升。

Claims (9)

1、一种利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法，其特征在于将微生物接种于液体培养基，在18-22℃的温度下，溶解氧浓度控制在10-80％，培养过程的pH为3-6，当培养基中残糖浓度低于15克/升时，补加糖蜜或者淀粉糖至培养基糖浓度10-60克/升继续培养，在72-120小时后结束培养；用于接种的微生物是红法夫酵母，培养基是糖蜜或淀粉糖添加无机或有机氮源。
2、根据权利要求1中所述的一种利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法，其特征在于所述红法夫酵母为As2.1557或者其突变株。
3、根据权利要求1或2所述的一种利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法，其特征在于所述碳源是糖蜜或淀粉糖。
4、根据权利要求3所述的一种利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法，其特征在于所述无机氮源是硫酸铵、硝酸铵、氯化铵或尿素。
5、根据权利要求3所述的一种利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法，其特征在于所述有机氮源是酵母粉或酵母膏、蛋白胨、玉米浆。
6、根据权利要求4中所述的一种利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法，其特征在于所述培养过程添加了乙醇，用量为0-8g/L。
7、根据权利要求5中所述的一种利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法，其特征在于所述培养过程添加了乙醇，用量为0-8g/L。
8、根据权利要求6所述的一种利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法，其特征在于用生物反应器培养时，溶解氧浓度控制在10-80％。
9、根据权利要求7所述的一种利用糖蜜或淀粉糖原料中间补料发酵生产虾青素的方法，其特征在于用生物反应器培养时，溶解氧浓度控制在10-80％。
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