蝦青素有關(guān)生產(chǎn)技術(shù)工藝學(xué)術(shù)論文

　　蝦青素是一種具有超強(qiáng)抗氧化活性的次生類(lèi)胡蘿卜素，在藥品、食品和化妝品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。下面小編給大家分享蝦青素有關(guān)生產(chǎn)技術(shù)工藝學(xué)術(shù)論文，大家快來(lái)跟小編一起欣賞吧。

　　蝦青素有關(guān)生產(chǎn)技術(shù)工藝學(xué)術(shù)論文篇一

　　蝦青素產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀分析

　　摘要系統(tǒng)介紹近年來(lái)利用生物技術(shù)規(guī)模化生產(chǎn)蝦青素的幾種主要方法，如雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)培養(yǎng)法、法夫酵母(Phaffia rhodozyma) 發(fā)酵法、蝦殼浸提法、小球藻(Chlorella zofingiensis)培養(yǎng)法等，以期推動(dòng)國(guó)內(nèi)蝦青素的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

　　關(guān)鍵詞蝦青素;雨生紅球藻;法夫酵母;蝦殼浸提

　　中圖分類(lèi)號(hào)Q178.53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2011)22-0047-03

　　蝦青素(3，3′-二羥基-4，4′-二酮基-β，β′-胡蘿卜素，C40H52O4)是一種具有超強(qiáng)抗氧化活性的次生類(lèi)胡蘿卜素，在藥品、食品和化妝品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。國(guó)際上已具備的蝦青素生產(chǎn)工藝主要有化學(xué)合成和生物技術(shù)提取2種，化學(xué)合成的蝦青素在結(jié)構(gòu)、功能、應(yīng)用和安全性等方面較天然蝦青素均遜色不少，而天然蝦青素的商業(yè)化生產(chǎn)存在成本高、產(chǎn)量低等問(wèn)題，導(dǎo)致價(jià)格居高不下，因而無(wú)法與化學(xué)合成的蝦青素競(jìng)爭(zhēng)。美國(guó)、瑞典和以色列已進(jìn)入天然蝦青素的規(guī)?；a(chǎn)，澳大利亞、日本、新加坡、葡萄牙等國(guó)家的大公司已在積極地開(kāi)發(fā)，我國(guó)則起步較晚，這方面研究開(kāi)展的也相對(duì)較少，今后應(yīng)加大研究力度。目前，國(guó)內(nèi)利用生物技術(shù)規(guī)?；a(chǎn)天然蝦青素的方法主要有2種：雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)大池培養(yǎng)法和法夫酵母(Phaffia rhodozyma)工業(yè)發(fā)酵法。由于技術(shù)難度高及受藻種或菌種本身的問(wèn)題等限制，使天然蝦青素的產(chǎn)量有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。因此，利用各種生物技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)天然蝦青素一直是國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。該文對(duì)近年來(lái)蝦青素的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)分析，以期提高我國(guó)蝦青素產(chǎn)業(yè)化發(fā)展水平。

　　1雨生紅球藻培養(yǎng)法

　　雨生紅球藻能在脅迫條件下迅速合成并大量積累蝦青素，被公認(rèn)為自然界中生產(chǎn)天然蝦青素最理想的工具。近年來(lái)，利用雨生紅球藻高效生產(chǎn)天然蝦青素已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，但由于技術(shù)要求高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，國(guó)內(nèi)雨生紅球藻的培養(yǎng)技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，目前主要集中在高產(chǎn)藻株篩選、高密度培養(yǎng)條件優(yōu)化和誘導(dǎo)調(diào)控手段多樣化等方面。一方面，科學(xué)家們將高等植物中常用的誘變育種技術(shù)借鑒到低等藻類(lèi)上。孫延紅等[1]用EMS成功誘變2株快速生長(zhǎng)的藻株，然后將其中一株用紫外線(xiàn)處理后，發(fā)現(xiàn)其總生物量、單細(xì)胞蝦青素產(chǎn)量和蝦青素總產(chǎn)量分別增加68%、28%和120%;Peng等[2]也證明利用紫外線(xiàn)和EMS誘變是一種篩選高產(chǎn)藻株的有效方法。另一方面，近年來(lái)陸續(xù)開(kāi)展了很多關(guān)于雨生紅球藻高效積累蝦青素的誘導(dǎo)條件研究，其中包括溫度、光照、pH值、鹽脅迫、紫外線(xiàn)、x射線(xiàn)、γ射線(xiàn)、激光輻射、重金屬離子、NTG、疊氮化合物、稀土元素等誘導(dǎo)手段或因子對(duì)雨生紅球藻中蝦青素積累的影響。孟春曉等[3]研究也發(fā)現(xiàn)一定濃度的茉莉酸(茉莉酸甲酯)、水楊酸、脫落酸、乙烯利等多種植物激素均能誘導(dǎo)雨生紅球藻大量積累蝦青素。

　　由于生物反應(yīng)器能解決雨生紅球藻在自然條件下生產(chǎn)蝦青素的很多問(wèn)題，例如溫度、二氧化碳、光照等，因而國(guó)內(nèi)外在這方面的研究方興未艾。Zhang等[4]開(kāi)發(fā)出一套成功運(yùn)用在螺旋藻(Spirulina)和小球藻(Chlorella zofingiensis)養(yǎng)殖上的“兩段一步法”雨生紅球藻養(yǎng)殖系統(tǒng)，該系統(tǒng)模擬自然環(huán)境中的開(kāi)放水池，能大大提高蝦青素生產(chǎn)效率并節(jié)約成本。Masojidek等[5]研究也表明，他們開(kāi)發(fā)的“兩步法”光生物反應(yīng)器可以使雨生紅球藻的蝦青素產(chǎn)量增加30%~50%。由此看出，國(guó)際上成功的蝦青素生產(chǎn)模式均采用兩階段生產(chǎn)方式，即先采用封閉式光生物反應(yīng)器培養(yǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的高密度營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，克服污染問(wèn)題，再采用流行的開(kāi)放池系統(tǒng)在脅迫條件下使細(xì)胞積累蝦青素。魏東等[6]介紹位于美國(guó)夏威夷的Aquasearch 公司和Cyanotech 公司的規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)。Aquasearch 公司核心技術(shù)是采用常規(guī)的開(kāi)放式跑道池，Cyanotech 公司則采用封閉的“平臺(tái)”式光生物反應(yīng)器系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)利用雨生紅球藻生產(chǎn)天然蝦青素的研究趨勢(shì)也是兩步培養(yǎng)法，蔡明剛等[7]和董慶霖等[8]曾介紹蝦青素的兩階段分步生產(chǎn)方法，即第一階段優(yōu)化培養(yǎng)條件，獲得較高的藻細(xì)胞生物量;第二階段進(jìn)行誘導(dǎo)調(diào)控，使游動(dòng)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為不動(dòng)細(xì)胞，從而大量合成蝦青素。由于雨生紅球藻對(duì)環(huán)境敏感，容易受原生動(dòng)物和細(xì)菌污染，很難建立穩(wěn)定、高效的生產(chǎn)技術(shù)體系。因此，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者普遍認(rèn)為，如果要實(shí)現(xiàn)利用雨生紅球藻生產(chǎn)天然蝦青素的產(chǎn)業(yè)化，關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)促進(jìn)雨生紅球藻高密度培養(yǎng)和蝦青素積累調(diào)控的關(guān)鍵技術(shù)。

　　劉偉等[9]針對(duì)雨生紅球藻規(guī)?；囵B(yǎng)中的工藝流程、生物污染、溫度控制、溶氧解析和pH值穩(wěn)定等問(wèn)題，建立可用于雨生紅球藻規(guī)?；a(chǎn)的3種不同類(lèi)型的光生物反應(yīng)器(柱式、管道、生物幕)，并構(gòu)建一套二步規(guī)?；囵B(yǎng)工藝流程。他們認(rèn)為生物污染防治是該藻規(guī)?；囵B(yǎng)時(shí)遇到的最大難題，因而研究構(gòu)建的生物幕光生物反應(yīng)器采用細(xì)胞固定化技術(shù)，使雨生紅球藻脫離水相，從而杜絕輪蟲(chóng)、原生動(dòng)物、藻類(lèi)等生物污染問(wèn)題。他們還針對(duì)傳統(tǒng)的管道光生物反應(yīng)器的一些缺陷，通過(guò)改變管道結(jié)構(gòu)布局和氣體交換模式，以適應(yīng)紅球藻對(duì)pH 值和溶氧的要求。

　　葉勇等[10]比較三角瓶和氣升式光生物反應(yīng)器培養(yǎng)下797株雨生紅球藻的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)鹽吸收，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在氣升式光生物反應(yīng)器中消耗較少的營(yíng)養(yǎng)鹽卻可得到較多的生物量，說(shuō)明用氣升式光生物反應(yīng)器大量培養(yǎng)雨生紅球藻在生產(chǎn)上是可行的。沈淵等[11]用光生物反應(yīng)器與光照培養(yǎng)箱2種培養(yǎng)容器培養(yǎng)雨生紅球藻，對(duì)雨生紅球藻在2種容器培養(yǎng)過(guò)程中細(xì)胞生長(zhǎng)、pH值、溶解氧(DO)及蝦青素積累情況進(jìn)行比較，同時(shí)比較不同接種密度對(duì)光生物反應(yīng)器培養(yǎng)效果的影響，其研究結(jié)果也為工業(yè)生產(chǎn)提供了依據(jù)。

　　開(kāi)展雨生紅球藻室外大體積培養(yǎng)研究是實(shí)現(xiàn)雨生紅球藻的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的必要條件。李曉夢(mèng)等[12]針對(duì)雨生紅球藻大體積室外培養(yǎng)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同品系藻株、不同營(yíng)養(yǎng)方式、脅迫條件等對(duì)雨生紅球藻生長(zhǎng)及蝦青素積累進(jìn)行初步研究。結(jié)果表明：加入醋酸鈉的混合培養(yǎng)基可以提高蝦青素產(chǎn)量，明顯高于光合自養(yǎng)方式;同時(shí)混和營(yíng)養(yǎng)方式能縮短脅迫時(shí)間，較傳統(tǒng)培養(yǎng)基有明顯的優(yōu)越性，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　孟春曉等[13]系統(tǒng)總結(jié)和介紹國(guó)內(nèi)利用雨生紅球藻分離提取天然蝦青素的最新方法，如常規(guī)溶劑法、改良高壓液相色譜法、超高壓法、酶法、微波法等。云南綠A生物工程有限公司的萬(wàn)慶家等[14]研究低溫超高壓法將雨生紅球藻孢子破壁并提取其蝦青素的工藝條件。利用超高壓法破壁并提取雨生紅球藻中蝦青素，具有工藝簡(jiǎn)單、提取時(shí)間短、轉(zhuǎn)移率高等優(yōu)點(diǎn)。選擇食用油作為提取溶劑經(jīng)濟(jì)環(huán)保，低溫提取可以避免高溫對(duì)蝦青素的影響。超高壓提取只在升壓階段的短暫時(shí)間內(nèi)消耗很少的電能，保壓和卸壓時(shí)均不消耗能量，設(shè)備的損耗和能耗都很小，因而降低生產(chǎn)成本。該研究為推動(dòng)雨生紅球藻生產(chǎn)蝦青素的工業(yè)化進(jìn)程提供了重要依據(jù)。

　　2法夫酵母發(fā)酵法

　　董慶霖等[9]認(rèn)為就生產(chǎn)技術(shù)而言，雨生紅球藻培養(yǎng)法和法夫酵母發(fā)酵法都有各自的優(yōu)勢(shì)和不足。前者，藻細(xì)胞蝦青素含量高，但細(xì)胞生長(zhǎng)慢，生物量低;后者恰好相反，酵母細(xì)胞蝦青素含量低，而細(xì)胞繁殖速度快，生物量高。孫乃霞等[15]概述國(guó)內(nèi)外在紅法夫酵母高產(chǎn)菌株育種及生產(chǎn)工藝優(yōu)化方面的方法和研究進(jìn)展，并對(duì)今后利用紅法夫酵母進(jìn)行蝦青素商業(yè)化生產(chǎn)的方向進(jìn)行展望。為提高蝦青素產(chǎn)量，一個(gè)重要的方法就是進(jìn)行誘變篩選，優(yōu)化育種，選用合適的誘變劑及特殊篩選方法是提高誘變效果的關(guān)鍵所在。謝虹等[16]通過(guò)紫外線(xiàn)―氯化鋰復(fù)合誘變篩選蝦青素高產(chǎn)的法夫酵母菌株，然后采用優(yōu)化后的發(fā)酵條件，蝦青素產(chǎn)量較原始發(fā)酵條件的產(chǎn)量提高20.4%。李利君等[17]以亞硝酸鈉作為篩選劑選擇性分離法夫酵母蝦青素高產(chǎn)菌株，結(jié)果表明：亞硝酸鈉是良好的蝦青素高產(chǎn)菌株篩選劑，亞硝酸鈉的存在可以使法夫酵母的生長(zhǎng)與蝦青素產(chǎn)量相偶聯(lián)。在分離培養(yǎng)基中加入5 000 μmol/L亞硝酸鈉可有效地淘汰蝦青素低產(chǎn)突變株及野生型菌株，從而提高蝦青素高產(chǎn)菌株的篩選效率。龔玉嬌等[18]首次采用協(xié)同誘變，即紫外線(xiàn)(UV)和亞硝基胍(NTG)相結(jié)合的方法成功選育蝦青素高產(chǎn)酵母菌株，并且生長(zhǎng)周期短，最適的生長(zhǎng)溫度提高，是適宜南方高溫環(huán)境發(fā)酵工程應(yīng)用的優(yōu)良菌株。

　　楊勁松[19]以菠蘿汁、西紅柿汁為主要原料，用法夫酵母XYV3發(fā)酵生產(chǎn)蝦青素。通過(guò)對(duì)法夫酵母XYV3的蝦青素?fù)u瓶發(fā)酵條件包括接種量、促進(jìn)劑、培養(yǎng)基主要組分的優(yōu)化，得到適宜培養(yǎng)基組分及發(fā)酵條件。倪輝等[20]為選擇一種適合法夫酵母發(fā)酵蝦青素的工業(yè)碳源，分別以麥芽糖漿、果葡糖漿、標(biāo)準(zhǔn)糖漿3 種淀粉糖為碳源做發(fā)酵試驗(yàn)，最終確定標(biāo)準(zhǔn)糖漿為最適于培養(yǎng)法夫酵母產(chǎn)蝦青素的碳源。肖安風(fēng)等[21]對(duì)比研究乙醇、乙酸鈉、乳酸鈉、檸檬酸、甘油5種糖代謝產(chǎn)物對(duì)法夫酵母產(chǎn)蝦青素的影響。結(jié)果表明：乙酸鈉、乳酸鈉和檸檬酸對(duì)法夫酵母產(chǎn)蝦青素有一定的促進(jìn)作用，而乙醇、甘油對(duì)其作用不明顯。謝虹等[22]分別進(jìn)行接種時(shí)間、搖床轉(zhuǎn)速、接種量和裝液量對(duì)法夫酵母細(xì)胞生產(chǎn)蝦青素?fù)u瓶發(fā)酵過(guò)程影響的試驗(yàn)，通過(guò)初步確定發(fā)酵的基本條件，為進(jìn)行法夫酵母高產(chǎn)蝦青素菌種的篩選以及發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。蹇華麗等[23]將紅法夫酵母與環(huán)狀芽孢桿菌混合培養(yǎng)，可使環(huán)狀芽孢桿菌在生長(zhǎng)的同時(shí)產(chǎn)酶并逐漸溶解酵母細(xì)胞壁，從而提取蝦青素。通過(guò)對(duì)紅法夫酵母與環(huán)狀芽孢桿菌兩階段混合培養(yǎng)條件的優(yōu)化，總結(jié)紅法夫酵母產(chǎn)蝦青素及酶法破壁提取的適宜工藝。結(jié)果表明，兩階段混合培養(yǎng)破壁提取蝦青素效果較好，而所采用的培養(yǎng)基為無(wú)碳培養(yǎng)基加入葡萄糖，相對(duì)廉價(jià)，進(jìn)一步對(duì)其培養(yǎng)工藝進(jìn)行優(yōu)化改造及開(kāi)發(fā)更加廉價(jià)的培養(yǎng)基原料，極有望實(shí)現(xiàn)蝦青素提取工業(yè)化。宋超等[24]為提高蝦青素產(chǎn)量，以紅法夫酵母為出發(fā)菌株，也對(duì)其合成蝦青素的條件進(jìn)行優(yōu)化，從而為蝦青素的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。賈立壯等[25]利用高通量微生物篩選技術(shù)獲得高產(chǎn)蝦青素的紅法夫酵母菌株，通過(guò)菌種選育、發(fā)酵工藝優(yōu)化和控制、產(chǎn)物分離純化等技術(shù)創(chuàng)新，成功開(kāi)發(fā)紅法夫酵母天然蝦青素的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。

　　3蝦殼浸提法

　　劉宏超等[26]總結(jié)從蝦殼中提取蝦青素的方法，介紹堿提法、油溶法、有機(jī)溶劑法和超臨界CO2萃取法、蝦青素酶法、復(fù)合工藝發(fā)等等。超臨界CO2萃取法具有無(wú)毒無(wú)害、溶解能力強(qiáng)、溶劑殘留少、產(chǎn)品具有純度高等一系列的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視，但由于設(shè)備前期投資大、生產(chǎn)技術(shù)要求高，目前用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)尚存在一定困難。杜云建等[27]采用低溫稀堿浸提法從蝦殼中浸提天然蝦青素，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)探討最佳的提取工藝條件。從蝦殼中提取蝦青素對(duì)蝦殼的預(yù)處理很重要，可以采用低溫研磨，也可采用超聲波破碎等方法處理，使蝦殼的碳酸鈣與蝦青素分離，有利于蝦青素的溶出。提取時(shí)可以采用不同提取方法的聯(lián)合使用，如稀堿法成本低，提取時(shí)間短，可以用其初步提取原料中的蝦青素，然后粗提的產(chǎn)物應(yīng)用超臨界流體萃取法進(jìn)一步提純。

　　4其他方法

　　王艷等[28]綜述近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在小球藻蝦青素生物合成方面的研究進(jìn)展，包括蝦青素合成有關(guān)的誘導(dǎo)條件、蝦青素合成過(guò)程中的生理變化、蝦青素合成途徑以及合成酶表達(dá)的分子調(diào)控等方面，并對(duì)小球藻的產(chǎn)業(yè)化前景進(jìn)行展望。耿予歡等[29]比較不同培養(yǎng)基、不同培養(yǎng)條件對(duì)極地雪藻的生長(zhǎng)與蝦青素累積的影響，但該研究離工業(yè)化生產(chǎn)還相距甚遠(yuǎn)。

　　5小結(jié)

　　綜上所述，隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖和食品醫(yī)藥等工業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)天然蝦青素的需求量越來(lái)越大，雨生紅球藻培養(yǎng)法、法夫酵母發(fā)酵法以及蝦殼浸提法都具備實(shí)現(xiàn)天然蝦青素產(chǎn)業(yè)化的潛力，但都普遍存在蝦青素產(chǎn)量低、成本高等缺點(diǎn)，目前尚無(wú)法滿(mǎn)足大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的需要，關(guān)鍵問(wèn)題仍是亟需建立切實(shí)可行的技術(shù)方案，如進(jìn)一步優(yōu)化雨生紅球藻高密度培養(yǎng)和誘導(dǎo)調(diào)控模式，選育高產(chǎn)的酵母菌株等。

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