法夫酵母JMU--MVP14菌株产虾青素发酵工艺的优化

摘要

虾青素(astaxanthin)，是一种生理功能极强的脂溶性类胡萝卜素，它有着超强的抗氧化性能以及抗肿瘤、增强免疫力等生物学功能，在食品、饲料、化妆品、医药等方面具有广泛的应用。法夫酵母（Phaffia rhodozyma）是虾青素合成的重要生物学来源之一，但是野生型法夫酵母虾青素含量低，无法满足工业化生产的要求。本实验室在前期研究的基础上，筛选得到一株高产虾青素的法夫酵母菌株JMU-MVP14，为了进一步评价该菌株的生产性能并建立其虾青素高产发酵技术，本文依次进行了如下研究: 首先，采用单因素实验对法夫酵母JMU-MVP14菌株的培养基组成及培养条件进行优化，确定其最佳培养基组成及培养条件为:葡萄糖30g/L、酵母膏6g/L、(NH4)2SO41.015g/L(C/N=65)、MgSO4·7H2O1g/L、KH2PO413.6g/L(C/P=10)、CaCl20.2g/L，初始pH7.0、接种量5％、装液量30mL、培养温度20℃。在此条件下于7L发酵罐进行发酵培养，其生物量和虾青素含量分别达到13.13g/L和67.07mg/L，与初始培养条件相比分别提高了85.8％和15.8％。 其次，通过比较法夫酵母JMU-VDL668菌株和JMU-MVP14菌株的生长代谢变化，研究不同代谢调控剂对法夫酵母菌体生长和虾青素合成的影响:过氧化氢有利于法夫酵母JMU-VDL668合成虾青素，在培养24 h后添加10mmol/L过氧化氢虾青素产量提高了49.1％;丙酮酸对法夫酵母JMU-VDL668和JMU-MVP14的生物量和虾青素产量都有较好促进作用，添加1g/L丙酮酸，法夫酵母JMU-VDL668的生物量和虾青素产量分别提高了29.6％和64％，法夫酵母JMU-MVP14的生物量和虾青素产量则分别提高了120％和74.2％。根据不同代谢调控剂的调控机理，考察代谢调控剂组合对法夫酵母虾青素合成的促进作用，研究发现，同时添加1g/L乙醇和2g/L柠檬酸于培养基中，法夫酵母JMU-VDL668的虾青素产量提高了82.4％;而添加1g/L丙酮酸和1g/L甘油于培养基中，法夫酵母JMU-MVP14的虾青素产量提高了69.7％;同时添加1g/L丙酮酸、1g/L乙醇和2g/L柠檬酸能够有效的提高法夫酵母JMU-VDL668积累虾青素，其产量提高了88.8％。 再次，在摇瓶培养中对比研究了葡萄糖浓度及转速情况对法夫酵母产虾青素的影响，实验结果表明:对于法夫酵母JMU-VDL668，低转速下随着葡萄糖浓度的增大虾青素含量、细胞产率均有下降的趋势;高转速下20-40g/L的葡萄糖浓度较有利于法夫酵母虾青素的积累。初始葡萄糖浓度为10g/L时在低转速下所获得的生物量高于高转速下的，与此同时在低转速下培养的法夫酵母JMU-VDL668均出现虾青素的二次合成现象;对于法夫酵母JMU-MVP14，初始葡萄糖浓度为10-40g/L较有利于虾青素的合成，初始葡萄糖浓度为5g/L时在低转速下获得的生物量、虾青素含量都高于高转速下的。在低转速下培养的法夫酵母JMU-MVP14同样也出现虾青素的二次合成现象;在7L发酵罐中对低转速发酵工艺做了进一步的研究，实验结果表明，对于法夫酵母JMU-VDL668菌株而言，采用低转速进行发酵是一种可行的方案，具体转速可进一步地优化，法夫酵母JMU-MVP14菌株的低转速发酵工艺有待进一步研究。 最后，在7L发酵罐上，采用不同的补料方式进行法夫酵母JMU-VDL668和法夫酵母JMU-MVP14菌株的补料分批发酵。实验结果表明，对于JMU-VDL668菌株而言，恒DO补料最有利于菌体的生长，最终生物量为64.6g/L，是分批培养的2.26倍;恒pH补料发酵最有利于虾青素的积累，产量为20.63mg/L，是分批培养的1.57倍。对于法夫酵母JMU-MVP14菌株而言，脉冲补料是一种较佳的补料方式，生物量为32.47g/L，虾青素含量为414.12mg/L，与分批发酵相比分别提高了79％和258％。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 引言

1．2 虾青素的结构与性质

1．3 虾青素的功能与应用

1．3．1 虾青素的生理学功能

1．3．2 虾青素的应用

1．4 虾青素的生产方法和市场概况

1．4．1 虾青素的来源

1．4．2 虾青素的市场概况

1．5 法夫酵母合成虾青素的研究进展

1．5．1 法夫酵母

1．5．2 法夫酵母虾青素的合成途径

1．5．3 法夫酵母高产菌株的选育

1．5．4 提高法夫酵母合成虾青素的产量

1．5．5 廉价培养基的选择

1．6 本文研究的意义和主要内容

第2章 法夫酵母产虾青素培养基及培养条件的优化

2．1 材料与方法

2．1．1 菌种

2．1．2 培养基

2．1．3 实验仪器

2．1．4 主要试剂

2．1．5 培养方法

2．1．6 分析方法

2．2 结果与分析

2．2．1 种龄的确定

2．2．2 葡萄糖浓度对发酵结果的影响

2．2．3 氮源浓度对发酵结果的影响

2．2．4 磷源浓度对发酵结果的影响

2．2．5 酵母膏浓度对发酵结果的影响

2．2．6 装液量对发酵结果的影响

2．2．7 接种量对发酵结果的影响

2．2．8 初始pH值对发酵结果的影响

2．2．9 不同培养温度对法夫酵母产虾青素的影响

2．2．10 验证实验

2．3 小结

第3章 代谢调控剂对法夫酵母产虾青素的调控效果研究

3．1 材料与方法

3．1．1 菌种

3．1．2 培养基

3．1．3 实验仪器

3．1．4 主要试剂

3．1．5 培养方法

3．1．6 分析方法

3．2 结果与分析

3．2．1 不同代谢调控剂对法夫酵母产虾青素的影响

3．2．2 两两组合代谢调控剂对法夫酵母产虾青素的影响

3．2．3 三三组合代谢调控剂对法夫酵母产虾青素的影响

3．3 小结

第4章 法夫酵母产虾青素低转速发酵工艺研究

4．1 材料与方法

4．1．1 菌株

4．1．2 培养基

4．1．3 实验仪器

4．1．4 主要试剂

4．1．5 培养方法

4．1．6 分析方法

4．2 结果与分析

4．2．1 摇瓶中法夫酵母低转速发酵工艺的研究

4．2．2 7L发酵罐中法夫酵母低转速发酵工艺的研究

4．3 小结

4．3．1 摇瓶中法夫酵母低转速发酵工艺的研究

4．3．2 7L发酵罐中法夫酵母低转速发酵工艺的研究

第5章 法夫酵母产虾青素补料工艺研究

5．1 材料与方法

5．1．1 菌株

5．1．2 培养基

5．1．3 实验仪器

5．1．4 主要试剂

5．1．5 培养方法

5．2 结果与分析

5．2．1 不同补料工艺对法夫酵母JMU-VDL668产虾青素的影响

5．2．2 不同补料工艺对法夫酵母JMU-MVP14产虾青素的影响

5．3 小结

第6章 结论

后续研究建议

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文