利用發酵促進劑提高紅酵母β-胡蘿卜素產率

王歲樓，沙　孝，王海翔

(中國藥科大學工學院，南京　211198)

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利用發酵促進劑提高紅酵母β-胡蘿卜素產率

王歲樓，沙孝，王海翔

(中國藥科大學工學院，南京211198)

為提高紅酵母生物合成β-胡蘿卜素的產量，分別研究了幾種添加物對發酵過程的促進效應。試驗結果表明：分別添加硫胺素、核黃素、大豆油和番茄汁可以顯著促進紅酵母合成β-胡蘿卜素。當按單因素試驗確定的最優添加量聯合添加硫胺素1.5mg/L、核黃素3mg/L、大豆油5mg/L、番茄汁6mg/L時，試驗證實β-胡蘿卜素發酵產率可比對照提高80%以上，值得進一步研究。

紅酵母；β-胡蘿卜素；發酵促進劑

β-胡蘿卜素具有保護視力、抗氧化、抗腫瘤、抗衰老、抗輻射、抗骨質疏松、提高免疫力和預防血管硬化等許多重要的生理功能[1，2]，在食品、藥品及保健品領域具有廣闊的應用前景。其制備方法有化學合成法、生物提取法、微生物發酵法。隨著生物工程技術的快速發展及人們對天然產品的偏愛，利用微生物技術合成β-胡蘿卜素并實現工廠化生產是發展的方向[3]。目前微生物發酵法制備β-胡蘿卜素，主要菌種有三孢布拉霉和紅酵母，其中三孢布拉霉β-胡蘿卜素產率較高，但具有發酵周期長、營養要求復雜等缺點。采用紅酵母發酵生產β-胡蘿卜素，雖然其色素含量較三孢布拉霉要低許多，但紅酵母生長周期短，營養要求較低也易于培養，是一種很有開發潛力的菌種[4，5]。因此，提高紅酵母β-胡蘿卜素的合成能力成為研究的熱點。發酵促進劑也稱發酵助劑，是對發酵過程具有明顯促進作用的物質[6]，有“事半功倍”的效果。本文主要研究比較了幾種發酵促進劑及其不同添加量對該菌生長與β-胡蘿卜素合成能力的影響。

1　材料與方法

1.1菌種

黏紅酵母RY-8，系本實驗室選育保存菌種[7，8]。

1.2試劑與試材

葡萄糖、蛋白胨、硫酸鎂、瓊脂、鹽酸、丙酮、石油醚等，均為分析純；硫胺素、核黃素、維生素C等，均為藥片，研磨后配成溶液使用；大豆油(金龍魚壓榨大豆油，市售)；番茄汁(自制)；β-胡蘿卜素(國家藥品標準物質，中國食品藥品檢定研究院)。

1.3基礎發酵培養基

葡萄糖40g、蛋白胨10g、酵母粉10g，蒸餾水定容至1 000mL，pH 6.0；0.1MPa(121℃)高壓滅菌20min。

1.4發酵培養方法、菌體生物量及β-胡蘿卜素含量的測定

參照文獻[9]進行，結合本試驗條件略有改動。

2　結果與分析

2.1不同添加物對紅酵母生長及β-胡蘿卜素合成的影響

各添加物對于紅酵母生物量及β-胡蘿卜素產量的影響分別見表1、2，可以看出在選擇的6種添加物當中，硫胺素、核黃素、大豆油和番茄汁具有較明顯的發酵促進作用。而維生素C和硫酸鎂幾乎對紅酵母發酵產β-胡蘿卜素沒有影響。對紅酵母生物量影響最大的是大豆油，它使紅酵母增產51.3%。硫胺素、核黃素和番茄汁對紅酵母生物量的影響也較為顯著，分別增產33.3%、48.7%和46.2%。同時可見，能夠使紅酵母增產的添加物同樣也對β-胡蘿卜素的產量有顯著提高，當分別添加硫胺素、核黃素、大豆油和番茄汁時，β-胡蘿卜素分別增產11.8%、18.0%、17.1%和15.3%。

表1　各添加物對紅酵母生物量的影響

表2　各添加物對紅酵母β-胡蘿卜素產量的影響

2.2不同添加量對紅酵母生長及β-胡蘿卜素合成的影響

前述試驗表明，硫胺素、核黃素、大豆油以及番茄汁4種添加物具有較明顯的發酵促進作用，對于它們的具體添加量進行初步優化，以得出各添加物的最佳添加量。由表3～6可以看出，硫胺素、核黃素、大豆油、番茄汁的最佳添加量分別為1.5、3、5、6mg/L。當同時按以上比例添加這4種促進劑時，驗證β-胡蘿卜素產率可以提高80%以上，達565.8mg/L。

表3　硫胺素添加量對紅酵母β-胡蘿卜素發酵的影響

表4　核黃素添加量對紅酵母β-胡蘿卜素發酵的影響

表5　大豆油添加量對紅酵母β-胡蘿卜素發酵的影響

表6　番茄汁添加量對紅酵母β-胡蘿卜素發酵的影響

3　結論

在利用紅酵母生產β-胡蘿卜素時，適當添加發酵助劑可以顯著提高發酵產率，但不同的添加物促進發酵過程的效果不同，其機理可能也不同[5，6]。有關發酵促進劑的作用機理及最佳添加物與最優添加量值得進一步研究。◇

[1]翟艷麗，惠伯棣，蔡靳.類胡蘿卜素與癌癥風險相關性的研究[J].食品科學，2013，34(13)：307-313.

[2]汪蓓蓓，陶懂誼.類胡蘿卜素對人類健康的影響研究與展望[J].微量元素與健康研究，2011，28(4)：55-59.

[3]趙婷，林孔亮，惠伯棣.微生物源類胡蘿卜素研究進展[J].食品科學，2010，31(23)：461-467.

[4]劉琦，辛嘉英.紅酵母及紅酵母產類胡蘿卜素研究進展[J].食品工業科技，2010，31(3)：381-384.

[5]王歲樓，步芬.紅酵母發酵生產胡蘿卜素[J].食品研究與開發，2010，31(12)：250-255.

[6]王歲樓.紅酵母胡蘿卜素發酵促進劑及發酵工藝優化研究[J].食品科技，2010，35(10)：6-10.

[7]王歲樓，王海翔.利用超高壓誘變選育食品與發酵微生物研究進展[J].食品科學，2011，32(3)：277-280.

[8]Wang Suilou，Chen Dejing，Deng Baiwan.Effects of high hydrostatic pressure on the growth and its β-carotene production of Rhodotorula glutinis[J].Yeast，2008，25(4)：251-257.

[9]王歲樓，劉鳳珠，高建奇.紅酵母類胡蘿卜素發酵助劑的篩選及應用[J].食品與生物技術，2002，21(1)：1-4.

[10]劉海麗，余曉斌.表面活性劑和抗氧化劑對三孢布拉霉合成β-胡蘿卜素的影響[J].食品與生物技術學報，2007，26(2)：97-101.

(責任編輯李燕妮)

Improving Yield of Beta Carotene in Red Yeast by Using Fermentation Promoter

WANG Sui-lou，SHA Xiao，WANG Hai-xiang

(College of Engineering，China Medicine University，Nanjing 211198，China)

To improve the production of beta carotene in the red yeast，this paper studied the effect of several additives on fermentation process.The experimental results showed that the addition of thiamine，riboflavin，tomato juice and soybean oil played significant role on the growth of red yeast and beta carotene biosynthesis in promoting.When the fermentation culture medium was added with 1.5mg/L of thiamine，riboflavin 3mg/L，soybean oil 5mg/L，tomato juice 6mg/L，the results showed that beta carotene yield could be increased by more than 80% compared with the control.

red yeast；beta carotene；fermentation promoter

國家自然科學基金項目(項目編號：31071590)；中國藥科大學基金支持項目。

王歲樓(1961—)，博士，教授，博士生導師，研究方向：食品科學與安全。