[发明专利]一种利用生物发酵对雨生红球藻进行破壁的方法及其应用

说明书

本发明属于微生物处理技术领域，具体涉及一种利用生物发酵对雨生红球藻进行破壁的方法及其应用。本发明提供的利用生物发酵对雨生红球藻进行破壁的方法，包括：将麸曲添加至高温灭菌预处理的雨生红球藻(Haematococcus Pluvialis)或未经预处理的雨生红球藻(Haematococcus Pluvialis)中进行密封发酵处理，发酵结束后获得破壁雨生红球藻发酵液。本发明利用生物发酵对雨生红球藻进行破壁的方法可以有效破除雨生红球藻的细胞壁，在后一种情况下发酵几乎不影响虾青素等类胡萝卜素成分。

技术领域

本发明属于微生物处理技术领域，具体涉及一种利用生物发酵对雨生红球藻进行破壁的方法及其应用。

背景技术

虾青素是一种红橙色的酮类胡萝卜素，是迄今为止世界上发现的最强大的天然抗氧化剂。雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是天然虾青素的主要微藻来源之一。雨生红球藻的养殖已经发展了成熟的生物技术，并在世界各地建立了大规模的生产设施。商业上从雨生红球藻中规模化提取虾青素的细胞破坏步骤涉及到机械过程，例如压榨和球磨，提取步骤通常通过乙醇提取或超临界CO₂提取方式进行，最终产品以软凝胶、胶囊、奶油、能量饮料、油、提取物、片剂糖等形式存在。然而，这种成熟的生产系统提供的虾青素仍然很昂贵，这主要是因为培养和精制过程复杂，而细胞壁破裂是精制步骤中的主要障碍。

科学界对于雨生红球藻的生命周期和非运动阶段不动孢子形成的刚性三层细胞壁已有足够的认识。成熟的囊肿细胞发育形成三个不同的壁层，分别由外三层鞘(TLS)、次级壁和间隙组成。不同的层主要由藻胶生物聚合物和类纤维素多糖、甘露糖和纤维素的无定形结构以及甘露糖与纤维素的无定形排列组成。这种三层厚壁的物理化学结构对一般物理、化学和酶处理表现出高度抗性。

传统广泛使用的方法包括机械破碎、超声破碎、高压均质化和微波辅助提取等，能够破坏所有类型的微生物细胞，但不够经济和有效。研究人员遵循了两个基本思路来解决这一问题：第一个是开发新的设备和提取溶剂进行破壁提取，例如超临界(亚临界)流体提取、加速溶剂、纳米乳液和离子液体提取，这些技术依赖型的方法对于大规模应用来说仍然很昂贵；第二种是受到自然式的启发，例如萌发破壁、多酶降解、干扰厚细胞壁的形成通路等方法，这些方法节能、具有潜在的经济和环保特性，值得进一步努力改进以满足绿色工业需求。在后一种自然启发式策略中，多酶联合处理方法已被证实对雨生红球藻细胞壁降解有效。然而，因为反应速度慢、酶的大规模生产成本以及稳定性和重复使用问题，多种酶调配裂解细胞工艺的规模化实施仍然具有挑战性。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种利用生物发酵对雨生红球藻进行破壁的方法及其应用。在该方法中雨生红球藻中的目标虾青素(Ast)和虾青素酯(Ast-E)没有或几乎没有受到影响。同时，雨生红球藻细胞壁中碳水化合物和蛋白质可以转化为生物发酵产品，而不是作为提取完色素的废弃物或用作动物饲料或经再发酵产生生物乙醇。

本发明提供一种利用生物发酵对雨生红球藻进行破壁的方法，包括以下步骤；

将麸曲添加至高温灭菌预处理的雨生红球藻(Haematococcus Pluvialis)或未经预处理的的雨生红球藻(Haematococcus Pluvialis)进行密封发酵处理，发酵结束后获得破壁雨生红球藻发酵液。

可选的，当雨生红球藻未进行高温灭菌时，包括如下步骤：

1)将麸曲接种至碳源水溶液中进行预活化；

2)向步骤1)中预活化的麸曲溶液中添加未经预处理的雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)进行有氧共存培养；

3)步骤2)中有氧共存培养后进行密封发酵，发酵结束后获得破壁雨生红球藻发酵液。

可选的，所述高温灭菌是指雨生红球藻经过80℃-160℃条件下进行灭菌＞0，≤120min；