发酵法生产番茄红素研究进展[权威资料]

发酵法生产番茄红素研究进展 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 摘要：番茄红素是一种功能性天然色素，广泛应用于食品、化妆品及保健品等行业，它在抗癌、抗氧化、增强免疫力、预防心血管疾病等方面具有重要的生理功能和生物活性。传统方法主要是植物提取和化学合成法获得，提取法工艺复杂，产物易被氧化，而使用化学合成法收率差，产物不稳定，并且具有合成成本高的特点，难以满足市场的需求。微生物发酵法生产番茄红素和传统方法相比具有成本低，产量高等优势，本文主要对发酵法 生产番茄红素的进展进行简要综述。 关键词：番茄红素 发酵工程 菌种选育 功能性天然色素 TS202.3 A 1672-5336（ 2014） 10-0010-02 番茄红素是类胡萝卜素的一种，由 11 个共轭双键及 2个非共轭碳碳双键构成的高度不饱和直链型烃类化合物，其分子式是 C40H56，分子量为 536.85，番茄红素的结晶呈暗赤色针状，其熔点是 175 ，易溶于氯仿、苯等有机溶剂，难溶于水。在自然界中番茄红素主要存在西瓜、番茄等果蔬中。番茄红素在清除氧自由基、抑制细胞增殖、保护心血管 ，高机体免疫力等方面具有重要的生理功能和保健作用 1。 1 番茄红素生产方法 1.1 植物提取法 在自然界中，番茄红素主要存在于番茄、西瓜等蔬菜水果中。尤其是在番茄中，存在的含量高，但是通过提取法提取番茄中的番茄红素十分的困难，含量并且会受到季节的波动，价格也较贵，并且提取收率低，难以满足市场的需求。 1.2 化学合成法 化学合成番茄红素主要是 Wittig 反应法，化学合成法由于双键立体选择性难以控制，导致产物不可控，化学试剂残留高，环境污染严重，致使产品难 以应用到食品和医药行业中 2。 1.3 微生物发酵法 发酵法主要是用特定的微生物的代谢将淀粉等成本较低的原料，转化为番茄红素，这种方式不仅不会受到地理环境以及气候等因素的影响，并且工艺简单，生产的周期短，同时生产的成本低、效率高，容易大规模培养，最重要的是对环境的污染小，被认为最有前景的方法。 2 利用发酵法生产番茄红素 2.1 菌种选育 用于发酵法生产番茄红素的微生物主要有：三孢布拉氏霉菌（ Blakeslea trispora）、经基因改造的酵母菌（ Saccharomyces）、红色细菌（ Rhodobacillus palustris）以及革兰氏阴性非光合菌。目前研究的最多、产率相对较高、最有产业化前景的主要是三孢布拉氏霉菌。 野生菌中番茄红素积累量通常很低，在三孢布拉氏霉菌中番茄红素会在环化酶作用生成 -胡萝卜素，导致番茄红素积累量低，所以在发酵培养过程中需要添加适量的番茄红素环化酶抑制剂或者筛选获得环化酶突变株。目前番茄红素高产菌株选育主要是通过传统的诱变选育， Metha3等通过NTG 诱变获得胡萝卜素的高产菌株，通过在培养基中添加环化酶抑 制剂烟碱，导致番茄红素大量积累。 Rodriguez4等用EMS 和 NTG 复合诱变获得环化酶缺陷型菌株，产量达到3.0g/L。 Mehta3等采用 NTG 对野生三孢布拉氏霉菌 F986（ +）和 F921（ -）进行突变改良，获得两性突变体菌株，番茄红素的含量达到 15mg/g，较出发菌株提高了 1.2 倍。 三孢布拉氏霉菌是一种丝状真菌，诱变后的高产菌株生产性状不够稳定，最终导致番茄红素的产量较低，目前也有很多研究者通过构建基因工程菌用于生产番茄红素，但大都只停留在实验室水平，发酵过程中条件控制不好容易导致质 粒丢失，最终导致产量大幅度降低。在产业化过程中，研究者还是更多的倾向于选择天然生产菌种，无论是从产品的品质还是发酵过程控制都较基因工程菌有利。 2.2 发酵工艺优化 2.2.1 培养方法 采用液态深层发酵生产番茄红素，现在番茄红素发酵大都采取的是三孢布拉氏霉正负菌混合发酵，所以在发酵培养过程中正负菌株的接种种龄以及混合比非常的重要，直接影响到最终的产量。 2.2.2 生物合成代谢调控 目前，番茄红素合成途径已经研究清楚，生物合成代谢调控成为了发酵法生产番茄红 素的研究热点，要做到 “ 开源 ” 和 “ 节流 ” 。从番茄红素的合成途径中可以发现法尼酯焦磷酸是类胡萝卜素的共同前体物质。并且它还是是萜类物质的前体物质，因此若要强化番茄红素的代谢通量，就必须要减弱或者是切断流向萜类的代谢流。 Sun5等报道，通过在培养基中添加麦角甾醇抑制剂酮康唑（抑制 P450 氧化酶活性），以提高番茄红素产量，发现在 48h 添加番茄红素含量达到 5.73mg/g，比出发菌株提高了 277%，产量达到358.1mg/L。同时番茄红素自身很容易在胞内环化酶作用下生成 -胡萝卜素。 Hsu6等考察了不同环化酶 抑制剂的添加对番茄红素积累的影响，发现添加 0.1mmol/L 二苯胺后，番茄红素含量达到 1.89mg/g。 番茄红素代谢调控研究方向主要是通过阻断或是削弱 -胡萝卜素的代谢流来积累大量番茄红素，今后的研究方向可能是通过代谢调控手段切断代谢支流，同时增强前体物质的供给，从而大量积累番茄红素。 2.3 番茄红素的分离纯化 在利用微生物发酵法生产番茄红素的过程中，番茄红素在胞内大量积累，所以必须要从细胞中提取番茄红素。番茄红素是一种脂溶性色素，它可以采取有机溶剂提取法、酶法或者超临界萃 取等方法获得。因为番茄红素它是脂溶性的不饱和烃类化合物，易溶于乙醚、石油醚以及苯等有机溶剂，可以通过有机溶剂萃取，进一步将萃取液浓缩得到番茄红素粗产品，该方法简单易操作，但是有痕量有机溶剂残留，对产品品质有影响。酶法提取主要是先将番茄热烫去皮之后打碎，加入一定量的果胶酶，纤维素酶去除果胶，纤维素等非色素物质，再进一步通过离心、沉淀、乙醇洗涤、过滤、乙醇和植物油提取、分离油相，最终获得产品，酶法工艺繁杂。而超临界萃取工艺简单、耗能低，并且没有毒害、容易回收，并且得率可以达到 90%以上，不需要用到有机溶剂，产品 质量和有机溶剂提取法相比具有明显的优势。然而，番茄红素分子结构中的不饱和双键易被氧化，如何保证其在分离纯化中的稳定性问题显得尤为重要。 3 展望 番茄红素作为一种功能性天然色素，具有许多重要的生理和生化功能，在食品医药行业具有广泛的应用前景和商业价值。番茄红素主要应用于食品添加剂，天然着色剂，功能性食品及化妆品等行业。目前国内市场上此类产品还相对较少，远未能满足市场需求。 目前番茄红素纯品价格较高，主要是生产成本高，不稳定易被氧化，导致其应用受到限制。因此获得高产菌株，优化生产工艺 ，降低生产成本一直是发酵法生产番茄红素研究的关键。番茄红素生物合成途径已经基本清楚，可以通过代谢工程手段阻断番茄红素的环化，或者通过基因工程或者合成生物学等先进技术手段构建番茄红素高效生产菌株，使得番茄红素在细胞中大量积累是今后研究的重点。 参考文献： 1巧宁，朱丽雯，王义华，等 .发酵法生产番茄红素的研究进展 J.综述与专题评论， 2010， 3（ 1）： 30-31. 2李卓才，鲁波，尹红 .番茄红素化学合成的研究进展 J.合成化学， 2010， 10（ 12）： 118-121. 3Mehta B J， Obraztsova I N， Cerd-Olmedo E. Mutants and Intersexual Heterokaryons of Blakeslea trispora for Production of -Carotene and Lycopene J. Applied and environmental microbiology， 2003，（ 7）： 4043-4048. 4Rodriguez A T M， Decastro A E， Perez J C， et al.， Method of producing lycopene through the fermentation of selected strains of Blakeslea trispora， formulations and uses of the lycopene thus obtaing P.US： 2005/0106657 A1， 2005-05-19. 5Sun Y， Yuan Q P， Vriesekoop F， Effect of two ergosterol biosynthesis inhibitors on lycopene production by Blakeslea trispora J. Process Biochemistry， 2007， 42： 1460-1464. 6Hsu W J， Yokoyama H， Coggins C W， Carotenoid biosynthesis in Blakeslea trispora J.Phytochem， 1972， 11： 2985-2990. 文档资 料：发酵法生产番茄红素研究进展 完整下载 完整阅读 全文下载 全文阅读 免费阅读及下载 阅读相关文档 :乳制品工业当中膜分离技术的应用分析 建筑工程项目施工现场的安全管理 浅谈建筑施工安全生产管理 探析建筑工程造价的控制 关于安装工程预算编制与预结算审核的探讨 秉承绿色施工管理理念的建筑施工管理 工程造价控制中工程审计的应用探讨 浅谈房地产行业质量控制 探讨医院建筑工程管理中常见的问题与措施 探讨村镇建设管理中存在的问题及改善措施 浅谈建筑装饰工程施工质量控制 浅论建筑工程施工阶段 的质量