三孢布拉氏霉发酵产β-胡萝卜素的研究进展

β-胡萝卜素是一种典型的类胡萝卜素,也是生物体内合成VA的前体物质,广泛应用于化工、化妆品、饲料、食品、保健品以及医药等行业。与化学合成的产品相比,天然β-胡萝卜素具有更好的生物活性且无毒副作用,因此具有更为广阔的应用空间。三孢布拉氏霉发酵产β-胡萝卜素过程不受光照、气候、产地等环境条件的限制,因此逐渐成为获取天然β-胡萝卜素的主要方法。本文从菌种选育、发酵工艺优化以及反应器等不同角度,对三孢布拉氏霉发酵生产β-胡萝卜素的相关研究进行概述,从而对该技术的优势和发展方向进行展望。     

利用洛伐他汀选育高产β-胡萝卜素的三孢布拉霉菌株

β-胡萝卜素为类萜化合物，是重要的VA的前体，并具有较强的抗氧化作用，在食品、保健品、化妆品以及医药领域具有重要用途。利用三孢布拉霉（Blakeslea trispora）发酵生产天然β-胡萝卜素最有应用前景。我们利用含有洛伐他汀（lovastatin）和OP乳化剂或脱氧胆酸钠（SDC）的平板实现了对高产菌株的选育，方法简单，效果明显。     

N^＋和Ti^＋离子注入番茄红素生产菌的诱变选育

利用N+和Tr+离子注入番茄红素生产菌三孢布拉霉菌(Blakeslea trispora)进行诱变选育,比较了出发菌株经过2种离子源注入后的诱变效应,初步探索使用金属离子和气体离子交替注入诱变方法,得到了较高的正突变率和突变增幅.用该方法筛选得到了1株产量比出发菌株提高25%的高产菌株,经多次传代实验表明该菌株的遗传稳定性较好.     

Mg2+对三孢布拉霉合成β-胡萝卜素的影响

补加Mg2+对三孢布拉霉合成β 胡萝卜素及其生长的影响研究表明,在一定范围内,质量浓度低的Mg2+促进菌体生长,质量浓度高的Mg2+抑制菌体生长,但β 胡萝卜素比产量增加.发酵48h补加0.3g/dLMg2+,β 胡萝卜素产量增加40%.同时,补加Mg2+和β 紫罗酮比仅添加β 紫罗酮、β 胡萝卜素产量提高约11%.     

低能离子注入对产胡萝卜素红酵母NR06的诱变效应研究

分别以红酵母NR06和其原生质体为研究对象,通过注入生命必需元素N 以期获得高产类胡萝卜素突变株.结果表明,原生质体在各种注入剂量下的存活率几乎均为零,说明在所实验的条件下原生质体不宜用于离子注入诱变育种.但对红酵母细胞直接诱变时,当注入剂量为12×1014N /cm2时,获得一株高产类胡萝卜素突变株L15,其β-胡萝卜素产量可达8.0mg/L,比出发菌株NR06提高了34.5%,并且该高产菌株遗传性能较为稳定.     

响应面法优化β-胡萝卜素液体发酵培养基

用响应面法对三孢布拉霉（Blakeslea trispora）液体发酵β-胡萝卜素的培养基进行了优化。首先用快速登高路径逼近β-胡萝卜素最大产量区域,然后根据快速登高法的实验结果进行响应面实验。运用逐步回归分析法,获得β-胡萝卜素产量与柠檬酸、棉籽油、黄豆粉的最优回归方程,且分析了各因子间的交互效应。最后,通过岭脊分析（Ridge max）得到β-胡萝卜素产量最大值时的组合为：柠檬酸3.10 g/dL、棉籽油11.28 g/dL、黄豆粉2.54 g/dL。β-胡萝卜素产量可达1.02 g/L,比优化前提高了25%。     

响应面方法在优化β-胡萝卜素培养基的应用

多种统计优化方法已被成功地运用于微生物培养基优化工作中,本文根据响应面分析法的基本原理,针对响应面方法的优点、试验设计的方法以及实验数据的处理进行了简述,并结合三孢布拉霉发酵生产β-胡萝卜素培养基成分的确定说明了响应面方法的具体应用.     

三孢布拉氏霉菌发酵产β-胡萝卜素工艺优化

三孢布拉氏霉菌(Blakeslea trispora,B. trispora)是目前微生物发酵产β-胡萝卜素的主要菌种之一。该研究通过单因素及响应面试验对三孢布拉氏霉菌液态发酵培养基成分以及工艺参数进行优化。优化后的最佳发酵培养基组成为:玉米粉20 g/L、黄豆粉30 g/L、葡萄糖4.8 g/L、玉米浆粉2.6 g/L、植物油4%、V_(B_1) 0.001%、MgSO_4 0.5 g/L、KH_2PO_4 2 g/L。工艺参数:发酵液初始p H 6.80、装液量35 mL/250 mL、负正菌种接种体积比1.60∶1、接种量12.5%、培养温度28℃、转速200 r/min、发酵时间132 h。在此发酵条件下,三孢布拉氏霉菌发酵产β-胡萝卜素的含量为523.8 mg/L,比优化前提高了19.9%。     

高产碱性蛋白酶菌株的选育及其固态发酵条件的优化

以短小芽孢杆菌1.894(Bacillus pumilus 1.894)为出发菌株,经紫外诱变育种,得到产碱性蛋白酶较高的新菌株短小芽孢杆菌2080(Bacillus pumilus 2080).经固态发酵条件的优化,其酶产率可达15300 U/g.     

三孢布拉氏霉菌产β-胡萝卜素发酵培养基的优化

通过单因素试验设计找到三孢布拉氏霉菌产β-胡萝卜素的最优碳源为葡萄糖,最优氮源为麸皮浸出液和大豆粉,再通过正交试验设计优化三孢布拉氏霉菌产β-胡萝卜素的发酵培养基,得到了最佳发酵培养基配方为:葡萄糖6%、大豆粉1%、麸皮浸出液3%、KH2PO40.1%、MgSO40.02%、VB10.0005%、大豆油1%,在此培养基配方下三孢布拉氏霉菌的β-胡萝卜素产量达到了325.6mg/L。在此优化的培养基基础上,接种24h后添加0.1%β-紫罗兰酮到发酵培养基中有利于三孢布拉氏霉菌合成β-胡萝卜素。     

烟叶中β-胡萝卜素高效降解菌株的筛选鉴定及发酵条件优化

从新鲜的豫烟13烟叶中筛选能高效降解β-胡萝卜素的菌株,用GC-MS对其主要降解产物进行检测,利用形态学和16S rDNA进化树对菌株进行鉴定,通过单因素试验和正交试验对菌株的发酵条件进行优化。结果表明：分离到的YT-3菌株为霍氏肠杆菌亚种(Enterobacter hormanii subsp.),该菌株能高效降解β-胡萝卜素,其降解的主要产物为β-紫罗酮、二氢猕猴桃内酯、β-环柠檬醛等香味物质;YT-3菌株的最佳发酵条件为蔗糖质量浓度30 g/L、硝酸钠质量浓度4 g/L、酵母粉质量浓度3 g/L、初始pH值7.0,在该发酵条件下β-胡萝卜素降解率达到97.05%。     

红酵母超高压诱变及其β-胡萝卜素发酵条件的初步研究

为了提高红酵母Rhodotorula glutinis NR06的β-胡萝卜素生产能力，利用超高压技术对其进行诱变处理，在300MPa处理10min时获得一突变株NR06-H39，其β-胡萝卜素产量达到9.64mg/L，比出发菌株NR06的6.30mg/L提高了53.02%，且遗传稳定性良好。分别研究了培养基碳、氮源等因素对该突变株胡萝卜素发酵的影响，获得了适宜的培养条件组合为培养基装量40ml/250ml、发酵液初始pH6.5、葡萄糖40g/L、（NH4）2SO45g/L、酵母膏5g/L、花生油0.4ml/L、番茄汁3ml/L和接种量8%，此时该突变株的胡萝卜素发酵产量可达12.42mg/L，比对照提高了28.84%。     

响应面法优化以改良玉米浆为原料产β-胡萝卜素的液体发酵培养基

玉米浆是玉米粒用亚硫酸浸泡提取玉米淀粉后的副产物,主要成分为玉米可溶性蛋白及其降解物(如肽类、各种氨基酸等),另外还含有乳酸、可溶性糖类等营养成分,可作为发酵工业的原料。由于未处理玉米浆中含有多种金属离子,某些金属离子可能会对微生物的发酵过程产生不利影响,一定程度上限制了其在发酵生产上的应用。本研究采用Na2CO3对玉米浆进行预处理,离心去除沉淀后作为三孢布拉氏霉(Blakeslea trispora)的发酵原料。研究发现当100m L玉米浆中添加1.17g Na2CO3时,β-胡萝卜素产量达到最大,比未处理玉米浆提高20.67%。采用响应面法对三孢布拉氏霉液体发酵培养基进行了优化,经分析得到β-胡萝卜素产量最大时培养基中显著性因素含量为:葡萄糖8.70%、KH2PO4 0.51%,β-胡萝卜素产量可达到84.76mg/L,比优化前提高了29.93%。     

生物合成法生产β-胡萝卜素发酵条件研究

对三孢布拉氏霉菌生物合成β-胡萝卜素的发酵条件进行了研究.在一系列单因素试验的基础上,初步得到β-胡萝卜素合成的发酵条件,分析了各因素对β-胡萝卜素产量及发酵生物量进行了分析.经正交设计优化后,得到三孢布拉氏霉菌的最佳发酵条件为:发酵温度为28℃,初始pH为7.0,正负菌种接种比例1:1,接种量为6%,发酵时间为156～162 h,种龄42h,在此优化的发酵条件下,三孢布拉氏霉菌的β-胡萝卜素产量为772.47mg/L,比优化前提高了117.3%.     

多不饱和脂肪酸产生菌-被孢霉的菌种选育与发酵条件研究

以三株被孢霉作为出发菌株，采用紫外线诱变，和表面活性剂正向筛选方法，筛选具有抗性的突变株。通过低温和高糖的筛选，再进行摇瓶试验，得出最适发酵条件。通过摇瓶发酵测定各菌株的菌体干重，油脂产量，碘价和产不饱和脂肪酸的量，最终选出3个优良菌株：A1—16产GLA1．53g/L，ARA1．16g／L，DHA0．09g，L；A2巧产GLA1．11g/L；S3—1产GLA1．80g/L。     

玉米浆中金属离子对三孢布拉霉发酵生产β-胡萝卜素的影响

玉米浆是玉米淀粉生产加工所得的副产物,其含有蛋白质、维生素、氨基酸等营养成分,被广泛应用于微生物发酵生产中,但由于玉米浆包含有多种金属离子,可能会影响微生物发酵生产的过程。本研究通过单因素试验法分别采用FeC l3、M nSO 4、ZnSO 4、C uSO 4和C aC l2模拟玉米浆中存在的Fe3＋、M n2＋、Zn2＋、C u2＋和C a2＋的不同质量分数,研究了玉米浆中存在的部分金属离子对三孢布拉氏霉菌合成β-胡萝卜素的影响,研究发现一定浓度的Zn2＋或M n2＋对三孢布拉氏霉菌合成β-胡萝卜素有促进作用;而不同浓度的Fe3＋,C u2＋和C a2＋对β-胡萝卜素合成存在抑制作用。本研究对以玉米浆为原料采用三孢布拉氏霉菌发酵生产β-胡萝卜素有一定的指导。     

三孢布拉霉异性菌株接合孢子的形成与β-胡萝卜素合成关系的研究

通过添加小分子羧酸盐和抑制实验,研究三孢布拉霉接合孢子形成与β-胡萝卜素合成的关系.结果发现:当乳酸钠、丙酸钠浓度分别大于1.5、1.Ommol/L时,刺激接合孢子形成,对β-胡萝卜素合成却有一定的抑制;微量的二苯胺和咪唑对β-胡萝卜素合成抑制作用显著,接合孢子形成减少.实验同时还发现一种快速筛选优良菌株对的方法.     

高产谷胱甘肽面包酵母菌种的筛选与发酵条件优化

通过摇瓶试验筛选出谷胱甘肽含量较高的面包酵母BY-14为试验菌株,对产谷胱甘肽的发酵条件进行了优化,其最适的培养条件为:转速160 r/min,发酵时间22 h,温度28℃,接种量10%,装液量50 mL.在优化的条件下,谷胱甘肽的含量达到16.04 mg/g,为初始条件下的1.48倍.     

适合乳果糖生产的β-半乳糖苷酶高产株的筛选及培养基优化

通过紫外、超声和甲基磺酸乙酯(EMS)诱变乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis),筛选出一株适合乳果糖生产的β-半乳糖苷酶高产菌株K1-16-7,其乳果糖产量达到44.88g/L.通过Plackett-Burman实验设计、中心组合实验设计对其摇瓶培养基进行优化,采用优化配方酶活可以达到147.6U/g.     

适合乳果糖生产的菌株K.lactisK1-16-7产β-半乳糖苷酶发酵条件的优化

在摇瓶发酵条件下,采用Plackett-Buman设计法和响应面分析法对K.lactisKl-16-7菌株的培养基配方进行优化,确定了影响K1-16-7菌株产酶的5个重要因子依次为酵母膏、蛋白胨F403、乳糖、MgSO4和KH2PO4,对这5个因子进行最陡爬坡试验,通过响应面分析法确定了主要影响因子的最佳条件.优化后的培养基配方为酵母膏10.7 g/L、蛋白胨F403 9.4 g/L、乳糖12.1 g/L、MgSO4 5.6 g/L、KH2PO4 4.7 g/L,优化后β-半乳糖苷酶的产量达147.6 U/g,比优化前提高了88.7%.