三孢布拉霉发酵生产类胡萝卜素的产业化关键点探讨

三孢布拉氏霉菌代谢可产生天然的β-胡萝卜素和番茄红素,该菌株的性能已被广泛认可,并已实现工业化生产。文中对三孢布拉氏霉菌的代谢途径、相关基因、发酵调控和菌株诱变改良等产业化过程中的关键点进行了综述。     

表面活性剂和抗氧化剂对三孢布拉霉合成β-胡萝卜素的影响

三孢布拉霉（Blakeslea trispora）是发酵生产天然β-胡萝卜素的优良菌种。实验研究了乳化剂OP、Span 20、Tween 80 3种非离子型表面活性剂对三孢布拉霉合成β-胡萝卜素的影响，确定了三者的最佳作用浓度分别为0．075％、0．05％和1％，β-胡萝卜素产量的最大增长幅度分别为15％、10％和50％。抗氧化剂Ethoxyquin对β-胡萝卜素产量的增长有显著作用，最佳浓度为0．025％，β-胡萝卜素产量的增长幅度可高达70％。     

三孢布拉霉中类胡萝卜素增产方法的研究进展

三孢布拉霉（Blakeslea trispora）是目前工业化生产类胡萝卜素的主要微生物,其发酵产生的β-胡萝卜素、番茄红素具有抗氧化、免疫调节、延缓衰老等功效。然而目前三孢布拉霉产类胡萝卜产量低是制约发酵法生产的主要因素。因此,如何有效的提高发酵的产量是现阶段研究中亟待解决的问题。该文结合国内外的研究成果,从菌种选育、工艺优化等方面来综述近年来国内外针对三孢布拉霉中类胡萝卜素产量提升的研究现状,期望能为现有的三孢布拉霉工业化生产类胡萝卜素模式提供借鉴。     

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。     

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%.     

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。     

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%。     

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%。     

低能离子注入β-胡萝卜素生产菌株的选育与发酵条件初步优化

通过10k eV氮离子(N )注入β-胡萝卜素生产菌三孢布拉霉(Blakeslea trispora)筛选得到2株产量比出发菌株提高20%的高产菌株,经过多次传代试验表明该菌遗传稳定性较好,并对pH值、温度、转速等发酵条件进行初步优化,使β-胡萝卜素的产量达到2.2g/L.     

植物油和大豆卵磷脂对三孢布拉霉合成β-胡萝卜素的影响

考察三孢布拉霉发酵生产β-胡萝卜素过程中,添加植物油和大豆卵磷脂对菌体生长和类胡萝卜素合成的影响。结果表明,植物油对β-胡萝卜素合成作用显著;大豆卵磷脂的添加不仅促进培养基中植物油乳化吸收,并使其他类胡萝卜素向β-胡萝卜素转化,较大幅度提高β-胡萝卜素的积累量。当添加0.4%大豆卵磷脂时,发酵产物中β-胡萝卜素浓度2.86g/L,比对照2.09g/L增加了36.8%。     

水溶性有机试剂萃取杜氏藻中的β-胡萝卜素

使用水溶性有机溶剂建立适用于杜氏藻中β-胡萝卜素萃取的方法。以乙酸乙酯为参比,用丙酮、甲醇、乙醇和四氢呋喃4种水溶性有机溶剂,对实验室养殖的杜氏藻体在室温条件下分别进行萃取。用C18-高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)和C30-HPLC分别测定萃取物中β-胡萝卜素含量及其几何异构体的组成。通过比较不同溶剂萃取的β-胡萝卜素含量和所消耗的溶剂体积,筛选出适合食品工业生产中使用的水溶性萃取溶剂。在进一步考虑各溶剂的食品安全性之后,确定乙醇为最适溶剂。使用乙醇作为萃取溶剂,能够从每毫克(干质量)藻体中萃取得到β-胡萝卜素0.32μg。其中,总顺式异构体的比例占20.21%(m/m)。随后,使用4种碳水化合物和1种蛋白质水解酶对藻体的细胞壁和膜进行破坏。观察原料酶解对β-胡萝卜素萃取量和溶剂消耗的影响。实验结果表明,原料酶解可导致其中β-胡萝卜素的损失,并对溶剂消耗无明显改进,不建议采用。     

食用香甜味沙拉酱对β胡萝卜素吸收的影响

目的:通过动物实验、体外实验确认食用香甜味沙拉酱对β-胡萝卜素吸收的影响效果。方法:采用高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)技术进行β-胡萝卜素定量分析;参考93号饲料(AIN-93)配方,分组连续喂养大鼠12 d,测定不同组别大鼠肝脏中β-胡萝卜素的含量;配制人工胃液,分别将磨碎的芒果与香甜味沙拉酱和大豆油混合,模拟胃液蠕动搅拌不同时间,并测定油相中β-胡萝卜素含量;分别给大鼠灌胃等量的β-胡萝卜素以及油量相等的香甜味沙拉酱与大豆油,比较香甜味沙拉酱与大豆油在大鼠胃中停留的时间并测定油相中β-胡萝卜素含量。结果:大鼠肝脏中β-胡萝卜素含量为香甜味沙拉酱组大豆油组(P0.05);体外模拟实验发现,芒果更容易分散于香甜味沙拉酱体系,油相中β-胡萝卜素含量为香甜味沙拉酱组大豆油组,搅拌60 min组搅拌30 min组(P0.05);大鼠在灌胃30 min后胃液中β-胡萝卜素含量为香甜味沙拉酱组大豆油组(P0.05),且香甜味沙拉酱在胃中停留的时间更长。结论:食用香甜味沙拉酱比单纯食用大豆油更能够促进β-胡萝卜素的吸收转化;香甜味沙拉酱更能促进富含β-胡萝卜素水果中的β-胡萝卜素的吸收。     

机械加工方式及油脂对胡萝卜中β-胡萝卜素生物接近度的影响

研究不同机械加工方式(1 mm×1 mm×1 mm切丁、2 mm×2 mm×2 mm切丁、打浆)和油脂(添加量0%、3%、5%、10%)对β-胡萝卜素生物接近度的影响。采用高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)测定β-胡萝卜素浓度,采用静态体外消化法、以释放率和胶束化率为指标评估β-胡萝卜素生物接近度。结果表明:3种机械加工处理的胡萝卜在相同油脂添加量条件下,β-胡萝卜素的释放率和胶束化率由大至小的排序均为:打浆处理(释放率为2.069%~32.565%,胶束化率为0.324%~1.999%)、切丁1 mm×1 mm×1 mm(释放率为1.088%~6.162%,胶束化率为0.226%~0.911%)和2 mm×2 mm×2 mm(释放率为0.335%~4.102%,胶束化率为0.109%~0.242%);不同油脂添加量均提高了胡萝卜中β-胡萝卜素的释放率和胶束化率,且油脂添加量分别与释放率和胶束化率均呈线性关系,但是提高幅度因机械加工方式不同而异:10%油脂添加量与无油脂添加相比,打浆处理的释放率提高了约15倍,胶束化率提高了约5倍,1 mm×1 mm×1 mm胡萝卜丁的释放率和胶束化率分别提高了约5倍、3倍,2 mm×2 mm×2 mm胡萝卜丁的释放率和胶束化率则分别提高了11倍、1倍。     

培养基初始pH值和照射光波长对杜氏藻中类胡萝卜素含量的影响

研究杜氏藻在实验室培养过程中初始pH值和照射光波长对其体内类胡萝卜素（β-胡萝卜素和叶黄素）积累的影响。在实验中,配制不同初始pH值的培养基,用其培养105 d,测定培养液中藻细胞数和β-胡萝卜素及叶黄素的含量。用pH 7的培养基,在白光（全波）、红光（630 nm）和蓝光（430 nm）照射下培养藻40 d,测定培养液中藻细胞数和β-胡萝卜素、叶黄素的含量。结果表明：1）杜氏藻本身具有调节环境pH值向中性发生变化的能力。培养105 d后,不同初始pH值范围的培养液（pH 10～13、pH 1～3和pH 4～9）中藻养殖密度依次增加。初始pH 4时,培养液中藻细胞数量可达1 851 个/mL,达到最大值;初始pH值范围为7～9时,培养液中β-胡萝卜素（0.489～0.561 mg/mL）和叶黄素（0.610～0.700 mg/mL）积累量较高;初始pH值范围为11～13时,单个细胞内β-胡萝卜素（0.603～0.730 ng）和叶黄素（0.897～0.979 ng）积累量较高。2）杜氏藻养殖密度在全波光、红光（630 nm）和蓝光（430 nm）条件下均可增加。红光和蓝光均可诱导单个细胞中β-胡萝卜素和叶黄素积累量增加,蓝光效果最佳,单个细胞中叶黄素含量达到0.524 ng,β-胡萝卜素含量达到0.589 ng。     

榆树叶中类胡萝卜素的组成和含量

目的：分析榆树叶中类胡萝卜素主要组分的结构和含量。方法：丙酮提取榆树叶类胡萝卜素,采用高效液相色谱与二极管阵列检测器和质谱联用技术分析类胡萝卜素组分,依据其光谱和质谱信息并与标准品和文献相比较,确定主要类胡萝卜素的结构;采用高效液相色谱法测定不同采集时间的榆树叶中主要类胡萝卜素的含量。结果：叶黄素和β-胡萝卜素为榆树叶中主要的类胡萝卜素组分,其含量因采集时间不同而异：叶黄素含量范围为880.2～1 385.4 μg/g干样,平均含量为1 098.3 μg/g干样;β-胡萝卜素含量范围为142.8～364.2 μg/g干样,平均含量为297.7 μg/g干样。结论：榆树叶有望成为叶黄素开发的食品新资源。     

β-1,3-1,4-葡聚糖酶研究进展

β-1,3-1,4-葡聚糖酶（EC 3.2.1.73）是一类内切型糖苷水解酶,广泛存在于各类微生物及植物中,对谷物β-1,3-1,4-葡聚糖的水解具有重要作用。在食品工业及饲料工业有着广阔的应用前景。目前已有GH16、GH17及GH26 3 个糖苷水解酶家族的β-1,3-1,4-葡聚糖酶结构得到解析。本文针对β-1,3-1,4-葡聚糖酶的来源、性质、结构、功能及应用的国内外研究现状进行综述。     

不同品种马兰的活性组分及抑制蛋白糖基化功能

选取10 个品种马兰（M1～M10）为研究对象,测定M1～M10的β-胡萝卜素、多酚、黄酮和皂苷的含量;并初步分析10 个品种马兰抑制蛋白糖基化的活性及其与各功能成分之间的关系。结果表明：马兰中的活性成分含量较高,其中M2、M5的β-胡萝卜素含量最高;M3、M10的多酚和黄酮含量最多;M4、M6的皂苷含量最高。10 个品种马兰粗提物具有良好的抑制蛋白糖基化效果,抑制率达到49%～71%。马兰对由甲基乙二醛（methylglyoxal,MGO）和乙二醛（glyoxal,GO）引发的蛋白质的非酶糖基化反应的抑制作用与其多酚含量和黄酮含量呈现一定的线性关系;而皂苷含量仅与对MGO引起的非酶糖基化反应的抑制作用呈现一定的线性关系。     

类胡萝卜素在癸酸反胶束溶液中的电子吸收光谱特征变化

采集3种类胡萝卜素在癸酸反胶束溶液中的电子吸收光谱,进行特征分析。用四氢呋喃、丙酮和乙醇3种组装助剂分别构建癸酸反胶束溶液,番茄红素（开环碳氢化合物）、β-胡萝卜素（具环碳氢化合物）和玉米黄素（具环羟基化合物）分别溶解在其中后,采集各溶液在300～550 nm波长范围内的电子吸收光谱,分析其特征。结果表明：与3种类胡萝卜素在癸酸中的光谱特征相比,它们在癸酸反胶束溶液中的最大吸收波长（λmax）均有微小位移;具环类胡萝卜素的λmax发生红移,开环胡萝卜素的λmax发生紫移;同时,助剂极性的增强可使三者的吸光系数（A1%1 cm）减小。     

乳状液的组成及油滴粒径对β-胡萝卜素生物接近度的影响

目的:研究乳状液中β-胡萝卜素的胶束化过程以及油滴粒径、油相含量和β-胡萝卜素质量分数对乳状液中β-胡萝卜素生物接近度的影响规律及可能机制。方法:采用静态体外消化法,以胶束化率为指标评估β-胡萝卜素的生物接近度。结果:肠消化阶段的前30 min是乳状液中β-胡萝卜素胶束化过程的重要阶段;在一定范围内,β-胡萝卜素的胶束化率(3.23%~10.87%)与乳状液油滴粒径(0.44~4.28μm)呈线性负相关;油相含量1%~20%范围内,β-胡萝卜素的胶束化率随油相含量增加呈"S"型增长趋势;β-胡萝卜素的胶束化率随其质量分数的增加(2~30 mg/100 g)先上升后降低,相应地胶束中β-胡萝卜素的绝对质量先上升而后进入平台期。     

从长白山阔叶林中筛选β-葡萄糖苷酶产生菌及其酶学性质研究

利用马丁氏培养基富集、PDA培养基纯化和七叶灵培养基显色,从长白山阔叶林中初步筛选出6株产β-葡萄糖苷酶的真菌。对真菌发酵生成的β-葡萄糖苷酶进行提取和纯化,测得10号菌株的β-葡萄糖苷酶活力最高为18.34 U/mL,形态学和分子学结合方法鉴定该菌株为草酸青霉(Penicillium oxalicum)。该菌株所产β-葡萄糖苷酶最适反应温度约为55℃,在温度30、40℃和50℃时较为稳定。最适反应pH值约为5,在pH值为5~6之间相对较稳定。Cu~(2+)对酶活力有较强的抑制作用,而Ag~+有较强的激活作用。