红酵母发酵生产类胡萝卜素的研究

论文摘要

类胡萝卜素的生产方法包括化学合成法和生物转化法。化学合成法生产类胡萝卜素虽然成本小,但是生物活性低,另因其毒副作用,已被限制使用。而生物法比化学法合成的类胡萝卜素具有很大产品质量优势。利用微生物转化法从微生物细胞中提取,具有生产周期短、生产种类多等优点成为研究热点。本文以红酵母为研究对象,探讨了通过红酵母发酵进行类胡萝卜素的生产的方法及其工艺,研究了红酵母在培养基中的发酵过程,主要研究内容和结果如下：1.确定了红酵母细胞的破壁方法,并对红酵母细胞自溶条件进行了分析；2.采用薄层层析法进行分析红酵母类胡萝卜素,最佳展开剂配比为石油醚：丙酮=20:1,分离三条颜色不同的色带,其中黄色组分为β-胡萝卜素,橙红和红色组分分别为红酵母烯和圆红酵母素；3.利用红酵母的生理生化实验以及现代分子生物学的鉴定手段,确定了本次实验的红酵母菌种为Rhodotorula mucilaginosa;4.葡萄糖组最佳添加量为：3%葡萄糖,2%蛋白胨,1.5%酵母膏,此时的生物量,色素含量和产量分别为1138g/L、120.63μg/g、1.37mg/L;5.红酵母产色素的最佳培养条件为：pH=6,温度为30℃,摇床转速为160r/min,培养时间为168h,此时的生物量,色素含量和产量分别为14.38g/L、176.6μg/g、2.54mg/L；蔗糖组最佳添加量为：蔗糖4%,磷酸氢二铵1.5%,酵母膏1%,此时的产量为2.53mg/L；6.红酵母在进入稳定期后发酵液pH上升,生物量稳定时的pH在7.0左右,残糖基本保持不变,红酵母发酵过程中的pH与残糖含量有一定的关系；7.随着培养时间的延续,参与类胡萝卜素反应合成酶的活力发生了变化,β-胡萝卜素和brularhodin所占的比例均有所下降,Torulene的含量有所提高。8.随着培养时间的延续,红酵母细胞内的蛋白质发生了变化,尤其在对数生长期到平稳期的过渡阶段,蛋白质发生的变化较大。9.利用50L发酵罐进行中试实验,测量干重和类胡萝卜素的产量分别为：10.53g/L和268mg/g。10.实验研究了常见的植物激素对红酵母发酵产类胡萝卜素的影响。从生物量来看,添加2,4-D变化不大,其余均有所提高,其中KT、IBA、赤霉素对生物量影响最大,比对照组提高了15%左右；从色素含量来看,添加植物激素之后含量均不同程度的下降,其中IBA的色素含量最低,比对照组下降了19.5%。11.随着芒果皮汁的添加量逐渐提高,红酵母的生物量有明显的增加,但是细胞内的总色素含量却有所降低。表明芒果皮水溶液的加入有利于红酵母自身的生长繁殖。12.与未添加麦芽根浸出液的对照组进行对比,发现添加麦芽根浸出液的培养基,对红酵母的生长起到了促进作用,但是色素含量有不同程度的下降,在添加量为12%时,类胡萝卜素的产量提高了24%。13.随着氯化镧的添加量的提高,红酵母的生物量与色素含量有小幅度波动,类胡萝卜素的产量变化也不是非常大。14.在秸秆的酶水解液、秸秆与水解液的混合液与酶解后的秸秆固体上,红酵母均可以正常生长,生物量分别为5.7g/L、2.3×108个/毫升、4.8×109个/克。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外利用微生物生产类胡萝卜素的研究进展
• 1.1.1 利用霉菌发酵生产类胡萝卜素
• 1.1.2 利用酵母类微生物生产类胡萝卜素
• 1.1.3 从光合细菌中提取类胡萝卜素
• 1.1.4 从藻类生物中提取类胡萝卜素
• 1.2 不同微生物生产类胡萝卜素特点比较
• 1.3 类胡萝卜素的主要生物学活性
• 1.3.1 类胡萝卜素的抗氧化性
• 1.3.2 类胡萝卜素的抗癌活性
• 1.4 类胡萝卜素在酵母细胞内的合成途径
• 1.5 红酵母产类胡萝卜素的研究方法
• 1.5.1 菌种的筛选与育种
• 1.5.2 类胡萝卜素的提取方法
• 1.5.2.1 有机溶剂萃取法
• 1.5.2.2 其他提取方法
• 1.6 本论文的研究意义及内容
• 第二章 红酵母及其色素的鉴定
• 2.1 实验材料与方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验设备
• 2.1.4 红酵母的活化及培养
• 2.1.5 生物量测定
• 2.1.6 细胞破壁方法
• 2.1.7 类胡萝卜素含量的测定
• 2.1.8 紫外分光光谱的测定
• 2.1.9 薄层层析分析
• 2.1.10 高效液相色谱法
• 2.1.11 红酵母菌种鉴定
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 细胞破壁方法对类胡萝卜素提取的影响
• 2.2.1.1 不同细胞破壁方法比较
• 2.2.1.2 细胞自溶法条件分析
• 2.2.2 色素的光谱分析
• 2.2.3 红酵母色素的薄层层析
• 2.2.4 红酵母色素的高效液相色谱分析
• 2.2.5 红酵母菌种的鉴定
• 2.2.5.1 形态学鉴定
• 2.2.5.2 生理特性测试结果
• 2.2.5.3 DNA测序及鉴定结果
• 2.3 小结
• 第三章 红酵母发酵工艺条件优化
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 菌种
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 培养方法
• 3.2.2 测定方法
• 3.2.3 培养基残糖的测定
• 3.2.4 基础培养基的单因素实验
• 3.2.4. 碳源与氮源的选择
• 3.2.4.2 葡萄糖最佳添加量的选择
• 3.2.4.3 蛋白胨添加量的确定
• 3.2.4.4 酵母膏添加量的确定
• 3.2.5 培养条件的单因素实验
• 3.2.5.1 最佳初始pH的确定
• 3.2.5.2 最佳培养温度的确定
• 3.2.5.3 摇床转速的确定
• 3.2.6 蔗糖组培养基的最佳组分配比试验
• 3.2.7 红酵母发酵动力学曲线及其理化性质的变化
• 3.2.7.1 葡萄糖组培养发酵动力学曲线的测定
• 3.2.7.2 蔗糖组培养基发酵动力学曲线的测定
• 3.2.7.3 色素积累变化趋势的检测
• 3.2.7.4 红酵母胞内大分子蛋白质的变化
• 3.2.8 最佳培养基的中试试验
• 3.2.9 红酵母促进因子的添加实验
• 3.2.9.1 植物激素对红酵母发酵的影响
• 3.2.9.2 芒果皮对红酵母发酵的影响
• 3.2.9.3 麦芽根浸出液对红酵母发酵的影响
• 3对红酵母发酵的影响'>3.2.9.4 LaCl₃对红酵母发酵的影响
• 3.2.10 利红酵母发酵生产含类胡萝卜素秸秆饲料的研究
• 3.2.10.1 利用秸秆水解液进行发酵
• 3.2.10.2 液体括轩词料的发酵
• 3.2.10.3 固体秸秆饲料的发酵
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 培养基碳源的选择
• 3.3.2 培养基氮源的选择
• 3.3.3 葡萄糖组各组分培养基的确定
• 3.3.3.1 葡萄糖添加量的确定
• 3.3.3.2 蛋白胨添加量的确定
• 3.3.3.3 酵母膏添加量的确定
• 3.3.4 最佳培养条件的确定
• 3.3.4.1 最适初始pH的确定
• 3.3.4.2 最适培养温度的确定
• 3.3.4.3 摇床转速的确定
• 3.3.5 蔗糖组培养基的最佳组分配比实验
• 3.3.6 红酵母发酵动力学曲线及其理化性质的变化
• 3.3.6.1 葡萄糖组培养发酵动力学曲线及发酵过程分析
• 3.3.6.2 蔗糖组培养发酵动力学曲线及发酵过程分析
• 3.3.6.3 两组培养基对红酵母发酵的差别
• 3.3.6.4 色素积累变化趋势分析
• 3.3.6.5 红酵母细胞大分子蛋白质的变化
• 3.3.7 最佳培养基的中试试验
• 3.3.8 红酵母生长促进因子的添加实验
• 3.3.8.1 植物激素对红酵母发酵的影响
• 3.3.8.2 芒果皮对红酵母发酵的影响
• 3.3.8.3 麦芽根浸出液对红酵母发酵的影响
• 3.3.8.4 氯化镧对红酵母发酵的影响
• 3.3.9 利红酵母发酵生产含类胡萝卜素秸秆饲料的研究
• 3.3.9.1 利用秸秆水解液进行发酵
• 3.3.9.2 液体秸秆饲料的发酵
• 3.3.9.3 固体秸秆饲料的发酵
• 3.4 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢