利用发酵促进剂提高红酵母β-胡萝卜素产率

王岁楼，沙　孝，王海翔

(中国药科大学工学院，南京　211198)



利用发酵促进剂提高红酵母β-胡萝卜素产率

王岁楼，沙孝，王海翔

(中国药科大学工学院，南京211198)

为提高红酵母生物合成β-胡萝卜素的产量，分别研究了几种添加物对发酵过程的促进效应。试验结果表明：分别添加硫胺素、核黄素、大豆油和番茄汁可以显著促进红酵母合成β-胡萝卜素。当按单因素试验确定的最优添加量联合添加硫胺素1.5mg/L、核黄素3mg/L、大豆油5mg/L、番茄汁6mg/L时，试验证实β-胡萝卜素发酵产率可比对照提高80%以上，值得进一步研究。

红酵母；β-胡萝卜素；发酵促进剂

β-胡萝卜素具有保护视力、抗氧化、抗肿瘤、抗衰老、抗辐射、抗骨质疏松、提高免疫力和预防血管硬化等许多重要的生理功能[1，2]，在食品、药品及保健品领域具有广阔的应用前景。其制备方法有化学合成法、生物提取法、微生物发酵法。随着生物工程技术的快速发展及人们对天然产品的偏爱，利用微生物技术合成β-胡萝卜素并实现工厂化生产是发展的方向[3]。目前微生物发酵法制备β-胡萝卜素，主要菌种有三孢布拉霉和红酵母，其中三孢布拉霉β-胡萝卜素产率较高，但具有发酵周期长、营养要求复杂等缺点。采用红酵母发酵生产β-胡萝卜素，虽然其色素含量较三孢布拉霉要低许多，但红酵母生长周期短，营养要求较低也易于培养，是一种很有开发潜力的菌种[4，5]。因此，提高红酵母β-胡萝卜素的合成能力成为研究的热点。发酵促进剂也称发酵助剂，是对发酵过程具有明显促进作用的物质[6]，有“事半功倍”的效果。本文主要研究比较了几种发酵促进剂及其不同添加量对该菌生长与β-胡萝卜素合成能力的影响。

1　材料与方法

1.1菌种

黏红酵母RY-8，系本实验室选育保存菌种[7，8]。

1.2试剂与试材

葡萄糖、蛋白胨、硫酸镁、琼脂、盐酸、丙酮、石油醚等，均为分析纯；硫胺素、核黄素、维生素C等，均为药片，研磨后配成溶液使用；大豆油(金龙鱼压榨大豆油，市售)；番茄汁(自制)；β-胡萝卜素(国家药品标准物质，中国食品药品检定研究院)。

1.3基础发酵培养基

葡萄糖40g、蛋白胨10g、酵母粉10g，蒸馏水定容至1 000mL，pH 6.0；0.1MPa(121℃)高压灭菌20min。

1.4发酵培养方法、菌体生物量及β-胡萝卜素含量的测定

参照文献[9]进行，结合本试验条件略有改动。

2　结果与分析

2.1不同添加物对红酵母生长及β-胡萝卜素合成的影响

各添加物对于红酵母生物量及β-胡萝卜素产量的影响分别见表1、2，可以看出在选择的6种添加物当中，硫胺素、核黄素、大豆油和番茄汁具有较明显的发酵促进作用。而维生素C和硫酸镁几乎对红酵母发酵产β-胡萝卜素没有影响。对红酵母生物量影响最大的是大豆油，它使红酵母增产51.3%。硫胺素、核黄素和番茄汁对红酵母生物量的影响也较为显著，分别增产33.3%、48.7%和46.2%。同时可见，能够使红酵母增产的添加物同样也对β-胡萝卜素的产量有显著提高，当分别添加硫胺素、核黄素、大豆油和番茄汁时，β-胡萝卜素分别增产11.8%、18.0%、17.1%和15.3%。

表1　各添加物对红酵母生物量的影响

表2　各添加物对红酵母β-胡萝卜素产量的影响

2.2不同添加量对红酵母生长及β-胡萝卜素合成的影响

前述试验表明，硫胺素、核黄素、大豆油以及番茄汁4种添加物具有较明显的发酵促进作用，对于它们的具体添加量进行初步优化，以得出各添加物的最佳添加量。由表3～6可以看出，硫胺素、核黄素、大豆油、番茄汁的最佳添加量分别为1.5、3、5、6mg/L。当同时按以上比例添加这4种促进剂时，验证β-胡萝卜素产率可以提高80%以上，达565.8mg/L。

表3　硫胺素添加量对红酵母β-胡萝卜素发酵的影响

表4　核黄素添加量对红酵母β-胡萝卜素发酵的影响

表5　大豆油添加量对红酵母β-胡萝卜素发酵的影响

表6　番茄汁添加量对红酵母β-胡萝卜素发酵的影响

3　结论

在利用红酵母生产β-胡萝卜素时，适当添加发酵助剂可以显著提高发酵产率，但不同的添加物促进发酵过程的效果不同，其机理可能也不同[5，6]。有关发酵促进剂的作用机理及最佳添加物与最优添加量值得进一步研究。◇

[1]翟艳丽，惠伯棣，蔡靳.类胡萝卜素与癌症风险相关性的研究[J].食品科学，2013，34(13)：307-313.

[2]汪蓓蓓，陶懂谊.类胡萝卜素对人类健康的影响研究与展望[J].微量元素与健康研究，2011，28(4)：55-59.

[3]赵婷，林孔亮，惠伯棣.微生物源类胡萝卜素研究进展[J].食品科学，2010，31(23)：461-467.

[4]刘琦，辛嘉英.红酵母及红酵母产类胡萝卜素研究进展[J].食品工业科技，2010，31(3)：381-384.

[5]王岁楼，步芬.红酵母发酵生产胡萝卜素[J].食品研究与开发，2010，31(12)：250-255.

[6]王岁楼.红酵母胡萝卜素发酵促进剂及发酵工艺优化研究[J].食品科技，2010，35(10)：6-10.

[7]王岁楼，王海翔.利用超高压诱变选育食品与发酵微生物研究进展[J].食品科学，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]王岁楼，刘凤珠，高建奇.红酵母类胡萝卜素发酵助剂的筛选及应用[J].食品与生物技术，2002，21(1)：1-4.

[10]刘海丽，余晓斌.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[J].食品与生物技术学报，2007，26(2)：97-101.

(责任编辑李燕妮)

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

国家自然科学基金项目(项目编号：31071590)；中国药科大学基金支持项目。

王岁楼(1961—)，博士，教授，博士生导师，研究方向：食品科学与安全。