制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法技术

本发明专利技术涉及一种制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法，其特征在于：在发酵过程中，当细胞浓度OD达到0.6‑140之间时，加入萃取剂，所述萃取剂和发酵液的体积比例在1％‑100％，培养温度为15‑40℃，pH在为5‑10。本发明专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：在发酵过程中加入萃取剂，不但提高了虾青素的产量和产率，还简化了后续纯化工艺，从而有效降低了生产成本。

Simultaneous extraction and fermentation of natural astaxanthin and other carotenoids

The invention relates to a preparation method of synchronous extractive fermentation of natural astaxanthin and other carotenoids, which is characterized in that: in the fermentation process, when the cell concentration reached 0.6 OD between the 140, adding the volume ratio of extractant, extractant and fermentation liquid in 1% 100%, culture temperature was 15 40 C, pH in 5 10. Compared with the prior art, the invention has the following advantages and effects: adding extractant in the fermentation process not only improves the yield and yield of astaxanthin, but also simplifies the subsequent purification process, thereby effectively reducing the production cost.

【技术实现步骤摘要】
制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法
本专利技术涉及一种同步萃取发酵方法，特别涉及一种制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法。
技术介绍
类胡萝卜素是可以用作饲料添加剂、食品添加剂、药品和化妆品等的天然色素。类胡萝卜素包括：例如虾青素(astaxanthin)、角黄素(canthaxanthin)、玉米黄素(zeaxanthin)、β-隐黄素(β-cryptoxanthin)、番茄红素(lycopene)、β-胡萝卜素(β-carotene)、绿蝇黄质(phoenicoxanthin)、金盏花黄质(adonixanthin)、海胆酮(echinenone)和3-羟基海胆酮(3-hydroxyechinenone)等。在类胡萝卜素中，虾青素具有较高的抗氧化性和更加广泛的生物活性，可用作养殖鱼即鲑鱼、鳟鱼、海鲷等的体色改善剂或家禽类的蛋黄色改善剂等饲料添加剂。另外，虾青素作为安全的天然食品添加剂或健康食品原料，还能预防动脉粥样硬化性心血管疾病和糖尿病，增强肌肉耐力，提升运动表现。因此，市场需求非常大并且在快速增长，2016年调查数据显示，全球合成虾青素和天然虾青素的总市场规模在5.5亿美元，并预计在2025年将达到25.7亿美元。目前，虾青素的制备方法主要有化学合成法、天然物质中提取法和微生物生产方法。出于安全考虑，化学合成法制备的虾青素只能作为饲料添加剂出售。由于虾青素存在于海鲷、鲑鱼等鱼类和虾、蟹、磷虾等甲壳类中，虾青素可以通过上述鱼类和甲壳类中提取，但效率低成本高。目前微生物生产虾青素的方法主要有三种：例如利用绿藻类雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)的培养法(一种培养雨生红球藻生产虾青素的方法，CN1181184C)、利用红色酵母红发夫酵母(Phaffiarhodozyma)的发酵法(产虾青素海洋红酵母YS-185及其虾青素的制造方法，CN101705193B)，利用乳杆菌的发酵法(一种通过发酵乳杆菌生产虾青素的方法，CN103436585B)和利用属于副球菌属(Paracoccus)的细菌的发酵法(通过发酵来制备虾青素的方法，CN102933718B，PCT/JP2011/056033)。然而，上述制备方法都存在各自的问题，化学合成存在安全问题并不受消费者所欢迎。虾、蟹等天然物质中提取的制备成本高，藻类或酵母的生产率低且提取更加困难由于具有坚固的细胞壁，并且藻类所产主要为虾青素酯而非纯虾青素进一步增加分离成本。副球菌属细菌则在生产虾青素的同时蓄积大量的副产物如PHB(聚-β-羟基丁酸)和角黄素等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种能够提高天然虾青素和其他类胡萝卜素制备效率的制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：该制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法，其特征在于：在发酵过程中，当细胞浓度(OD)达到0.6-140之间时，加入，所述萃取剂和发酵液的体积比例在1％-100％，培养温度为15-40℃，pH在为5-10。作为优选，本专利技术所述萃取剂是油水分配系数大于4的有机物。作为优选，本专利技术中批次发酵在指数增长期，OD在0.6-4加入萃取剂，补料分批发酵在，OD为10-140加入萃取剂。所述萃取剂为烷烃类、醇类、酯类、食用油的其中一种或者其组合，所述烷烃类包括癸烷、十一烷或十二烷直到十六烷，所述醇类包括癸醇或月桂醇及其他对菌体生长无明显抵制的醇类，所述酯类包括肉豆蔻酸异丙酯、肉豆蔻酸甲酯、月桂酸甲酯、癸酸甲酯、肉豆蔻酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯或月桂酸乙酯及其他对菌体生长无明显抵制的酯类，所述食用油包括粟米油、花生油、橄榄油、芥花籽油、葵花籽油、大豆油、芝麻油、米糠油、葡萄籽油、棕榈油、黄油或猪油等各种动植物提炼油。作为优选，使用价格便宜且安全无毒的有机物。作为优选，本专利技术在发酵过程中加入诱导剂，诱导剂在细胞浓度(OD)达到0.6-140之间时加入，所述诱导剂为乳糖或者IPTG，如果所述诱导剂为乳糖，则用量为0.1-100mmol/L；如果所述诱导剂为IPTG，则加入量为0.001-10mmol/L。菌体的类胡萝卜素合成的相关基因表达由lacI阻遏物(lacIrepressor)所抑制，需要使用诱导剂来诱导。诱导可以使用乳糖或异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)。作为优选，本专利技术发酵之后，发酵液经离心处理后可分离为有机相和水相，游离虾青素主要在所述有机相中，可经过分离工序提纯虾青素。作为优选，本专利技术所述分离工序为结晶、蒸发、减压浓缩、过滤中的一种或者其组合。作为优选，本专利技术发酵过程加入的菌种为生产虾青素的菌种(主要产物为虾青素)。作为优选，本专利技术在发酵过程中，葡萄糖浓度控制在20g/L以下，溶氧浓度控制在1mg/L以上，控制副产物的醋酸盐的生成浓度在10g/L以下。作为优选，本专利技术发酵过程中，无机盐可以选择下列物质中的一种或几种，磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾等磷酸盐类；硫酸镁、氯化镁等镁盐类；硫酸铁、柠檬酸铁、氯化铁等铁盐类；氯化钙、碳酸钙等钙盐类；碳酸钠、氯化钠等钠盐类；氯化锰、硫酸锰等锰盐类；氯化钴等钴盐类；硫酸铜等铜盐类；醋酸锌、硫酸锌等锌盐类；钼酸钠等钼盐类；硫酸镍等镍盐类；硼酸。无机盐添加量根据其种类不同作相应调整，相对于1L培养基为0.0001-20g。其中，磷酸盐类、镁盐类、钙盐类、钠盐类和铁盐类在培养基中的浓度优选0.02-20g/L，加入锰盐类、钴盐类、铜盐类、锌盐类、钼盐类、镍盐类和/或硼酸时，浓度为0.1-20mg/L。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：在发酵过程中加入萃取剂，不但提高了虾青素的产量和产率，还简化了后续纯化工艺，从而有效降低了生产成本。附图说明图1是本专利技术的制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法的过程图示意图。图2是本专利技术实施例4的不同诱导剂在不同状态下的影响效果表。图3是本专利技术实施例3的萃取剂与发酵液比例影响效果表。图4是本专利技术实施例1中批次发酵的单相发酵和同步萃取发酵对比表。图5是本专利技术实施例2中批次发酵的不同萃取剂的影响效果表。图6是本专利技术实施例5中补料分批发酵在不同时期诱导的效果表。图7是本专利技术实施例6中补料分批发酵的单相与同步萃取发酵对比表。具体实施方式下面结合附图并通过实施例对本专利技术作进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释而本专利技术并不局限于以下实施例。参见图1至图7。实施例1：步骤1)准备5L培养基，包括10g/L葡萄糖，2g/L(NH4)2SO4，4.2g/LKH2PO4和11.24g/LK2HPO4，1.7g/L柠檬酸，0.5g/LMgSO4和10mL/L微量元素溶液。其中，微量元素溶液含有0.25g/LCoCl2·6H2O，1.5g/LMnSO4·4H2O，0.15g/LCuSO4·2H2O，0.3g/LH3BO3，0.25g/LNa2MoO4·2H2O，0.8g/LZn(CH3COO)2，5g/L柠檬酸铁(III)和0.84g/LEDTA，微量元素溶液的pH为8.0。步骤2)将培养基灭菌，121℃灭菌15-20分钟。(注，葡萄糖溶液要单独灭菌，然后再与其他成分混合)。步骤3)接下来，分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法，其特征在于：在发酵过程中，当细胞浓度OD达到0.6‑140之间时，加入萃取剂，所述萃取剂和发酵液的体积比例在1％‑100％，培养温度为15‑40℃，pH在为5‑10。

【技术特征摘要】
1.一种制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法，其特征在于：在发酵过程中，当细胞浓度OD达到0.6-140之间时，加入萃取剂，所述萃取剂和发酵液的体积比例在1％-100％，培养温度为15-40℃，pH在为5-10。2.根据权利要求1所述的制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法，其特征在于：所述萃取剂是油水分配系数大于4的有机物。3.根据权利要求1所述的制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法，其特征在于：批次发酵在指数增长期即细胞浓度OD在0.6-4范围内加入萃取剂，补料分批发酵在细胞浓度OD为10-140加入萃取剂。4.根据权利要求2所述的制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法，其特征在于：所述萃取剂为烷烃类、醇类、酯类、食用油的其中一种或者其组合，所述烷烃类包括癸烷、十一烷或十二烷直到十六烷，所述醇类包括癸醇或月桂醇及其他对菌体生长无明显抵制的醇类，所述酯类包括肉豆蔻酸异丙酯、肉豆蔻酸甲酯、月桂酸甲酯、癸酸甲酯、肉豆蔻酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯或月桂酸乙酯及其他对菌体生长无明显抵制的酯类，所述食用油包括粟米油、花生油、橄榄油、芥花籽油、葵花籽油、大豆油、芝麻油、米糠油、葡萄籽油、棕榈油、黄油或猪油等各种动植物提炼油。5.根据权利要求1所述的制备天然虾青素和其他类胡萝卜素的同步萃取发酵方法，其特征在于：在发酵过程中加入诱导剂，诱导剂在细胞浓度OD达到0.6-140之间时加入，所述诱导剂为乳糖或者IPTG，如果所述诱导剂为乳糖，则用量为0.1-100mmol/L；如果所述诱导剂为IPTG，则加入量为0.001-10mmol/...

【专利技术属性】
技术研发人员：张聪强，
申请(专利权)人：杭州爱蔻思生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33