[发明专利]一种提升红法夫酵母菌株产虾青素的发酵工艺

说明书

本发明涉及微生物发酵技术领域，具体涉及到一种提升红法夫酵母菌株产虾青素的发酵工艺。本申请的一种红法夫酵母菌株，命名为红法夫酵母菌株(Xanthophyllomyces dendrorhous/Phaffia rhodozyma)，于2020年8月10日保藏于中国典型培养物保藏中心，菌种保藏编号为CCTCC M 2020413。本发明的红法夫酵母发酵生物量干重达到110g/L，虾青素发酵产量达到600mg/L以上，虾青素含量达到5.00mg/g以上，实现红法夫酵母产业化生产虾青素，大幅超过了目前同类菌株的虾青素产量，也逐渐拉近了与基因工程菌的产量差距。本发明的红法夫酵母菌株可广泛应用于动物饲料添加剂、食品添加剂、保健品等领域。

技术领域

本发明涉及微生物发酵技术领域，具体涉及到一种提升红法夫酵母菌株产虾青素的发酵工艺。

背景技术

虾青素(Astaxanthin)，又名虾黄素，是一种萜类不饱和化合物，其化学式为3,3'-二羟基-β,β-胡萝卜素-4,4'-二酮，分子式为C₄₀H₅₂O₄，虾青素分子中碳原子共轭双键链的两端有不饱和羰基和羟基构成的α-羟基酮结构，而α-羟基酮结构具有非常活泼的电子效应，虾青素特殊的分子结构使其具有抗氧化、增强免疫、抗癌变、保护神经和心血管等生理功能；虾青素通过淬灭单线态氧、清除过氧自由基等方式阻断链式反应，抑制脂质过氧化来保护膜结构，从而起到防止氧化损伤的效果。

目前虾青素的来源主要有化学合成法、水产品加工废弃物提取和微生物高密度培养。虾青素的化学合成过程极为复杂，目前全球仅有几家企业能够自主合成并工业化生产虾青素，但在结构、功能与应用及安全性方面与天然虾青素有显著差异，化学合成的虾青素应用范围受到严格限制，尤其在食品与膳食补充剂中禁止使用。水产品加工废弃物主要来自甲壳类水产品的废弃物，由于甲壳中虾青素的含量很低，且灰分和几丁质含量较高，这在很大程度上限制了虾青素的提取效率。微生物高密度培养主要有雨生红球藻和红法夫酵母两种天然虾青素来源，前者虽然虾青素含量高，但是藻细胞生长缓慢、培养周期漫长且虾青素只能在逆境条件的胁迫下合成，在正常的生长环境下几乎不合成虾青素；需要光照而且占地面积庞大，最重要的是难以控制微生物污染藻体。红法夫酵母具备生长速度快、培养周期短、无需光照、能在发酵罐中实现高密度培养而且不限地域和气候限制，还能够利用多种糖质类作为碳源，如葡萄糖、蔗糖、纤维二糖等进行快速异养培养，但虾青素产量较低，是限制其规模化生产的重要因素。红法夫酵母胞内合成的虾青素占总类胡萝卜素的40％～95％，被认为是最具潜力实现工业化生产虾青素的微生物。

基于目前制约工业化发酵生产虾青素的因素诸，诸如虾青素产量低，生产成本居高不下，发酵工艺较复杂，许多国内公司和研究机构主要围绕菌株和工艺进行攻关。如专利号CN109971664A利用酿酒酵母构建整合了有香叶基香叶基焦磷酸合成酶基因crtE，八氢番茄红素合成酶基因crtYB，八氢番茄红素脱氢酶基因crtI和β-胡萝卜素羟化酶基因crtZ以及β-胡萝卜素酮化酶基因crtW的菌株，经等离子体诱变、SCRaMbLE诱变，获得一株高产的诱变菌株AS30，摇瓶发酵的虾青素产量为46.4mg/L，较出发菌株提高11.5倍。

专利号CN110195023A在前期工作基础之上，采用浓度梯度递减的间歇补料方式向发酵罐培养基中补加酵母浸粉，在5L发酵罐中获得404.78mg/L的虾青素产量。

专利号CN111979132A通过优化发酵培养基成分，去除了常规发酵培养基中所添加的锌离子，并添加铁离子和优化其浓度，大幅提高了虾青素产量和虾青素纯度，在30L发酵罐的酿酒酵母虾青素产量最高达1530mg/L。

专利号CN104178430A用亚硝基胍进行诱变，通过摇瓶发酵筛选获虾青素产量高的菌株作为下一轮诱变的出发菌株，最终筛选出目标菌株VR-032。该菌株利用蔗糖为发酵碳源，在5L发酵罐中虾青素产量达到68.7mg/L，相比原始出发菌株提高了20.8％。