番茄红素的发酵生产资料讲解

番茄红素的生产工艺
生产方法
天然产物提 取法
优点
天然 、绿色、无毒
缺点
原料来源有很大局限性 ， 生产成本高，不能规模化 生产
化学合成法 成本低，生产工艺简 溶剂和重金属残留量高 ，
单
过量食用有毒副作用
微生物发酵 法
天然 、绿色、无溶剂 残留、无重金属残留； 生产成本低、工艺简单 、周期短、产量高；体 内吸收率高
1903年，Schunch将这种从番茄中提取到的物质正式命名为番茄 红素。
过去人们一直认为，只有那些具备β—紫罗酮环并能转化为维生 素A的类胡萝卜素，如α—胡萝卜素、β—胡萝卜素等才与人类的营 养和健康有关，而番茄红素因缺乏此结构，不具有维生素A的生理 活性，故对此研究很少；
但近几年的研究发现，番茄红素有比其他要功能因子，已成为目前国际上功能食 品成分研究的一个热点。
1 菌种选育
基因工程技术: 1990年 Norihiko等报道在革兰氏阴性菌中发现了
六个与类胡萝卜素合成有关的基因，分别是CrtE, CrtX, CrtY, CrtI,
CrtB 和 CrtZ，其中 CrtE, CrtI 和 CrtB与番茄红素的合成有关，其参
与番茄红素的合成途径如下所示[3]:
FPP
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2 培养基的组成方面
尽可能地利用成分简单且价格低廉的培养基向来是发酵工程的宗旨，尤 其是利用生物质原材料，这就涉及到原材料的选择及处理问题。 赵清等[3]为提高番茄红素的发酵水平, 筛选了最优的发酵培养基配方。并 在发酵过程中补加其所需的营养物质, 得到一个稳定的配方, 并对发酵过程补料 进行了优化。 最佳发酵培养基配方如下: 玉米淀粉4%; 葡萄糖 2. 0% ; 黄豆饼粉 1% ; 大 豆分离蛋白3%; 玉米浆 2% ; 磷酸二氢钾 0.1% ; 硫酸镁0.02% ; VB1 0. 5% ; 油 5% ; BHT 0. 05% ; pH值为 7. 2。此配方比较稳定, 平均色素值为 1 922 mg/ L。 最终优化的中间补料工艺如下: 48 h 补加葡萄糖 1.0% , 硫酸铵 1.0% , 磷 酸二氢钾 0. 1%。此工艺比较稳定, 平均色素值增加11% 。
Wang等[2]通过对红假单孢球菌( Rhodobacter sphaeroides)中八氢番茄红素脱氢酶的基因 crtI进行定点突变, 使 番茄红素的产率提高到90%。
[1] Jones J D，Hohn T M，Leathers T D，et a1． Fusarium sporotrichioides strains for production of lycopene．US：6696282，2004-02-24 [2] Wang C W，Liao J C．Alteration of product specificity of Rhodobacter sphaeroide sphytoene desaturase by directed evolution． The Journal of Biological Chemistry ， 2001，276(44)：4461～4464
Crt E
GGPP
Crt B
八氢番茄红素 Crt I
番
茄红素
三孢布拉氏霉菌的发酵生产
1 菌种选育
基因工程技术: 构建基因工程菌的思路：在一些能够合成法尼 基焦磷酸 (FPP)的微生物中插入上述基因，使重组子能够合成类 胡萝卜素。
美国专利报道将控制番茄红素合成的基因 crtE, crtB, crtI 转入拟分枝孢镰刀菌, 得到 0. 5mg/g细胞干重的番茄红素[1]。
多集中在实验室规模， 工业化生产的基础和应用 研究还未跟进
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合成番茄红素的微生物
迄今研究发现，能够生产番茄红素的微 生物包括能自身合成番茄红素的革兰氏阴 性菌、真菌、藻类以及基因工程菌。
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三孢布拉氏霉菌
三孢布拉氏霉菌以其生长迅速、生物量高、产β胡萝卜素能力强在发酵法生产番茄红素方面展现出 较好的工业化应用前景，成为目前唯一能够实现工 业化生产的一种高产丝状真菌。
目前国外有日本、匈牙利、美国、俄罗斯的多家公司申请了关于番 茄红素生产专利，但只有从鲜番茄中提取番茄红素的工艺在以色列 Lycored Natural Products Industries Ltd实现了商业化大规模的生产。而 中国的番茄红素开发亦被纳入“国家863计划”，受到的高度重视。
我国番茄红素的生产和研究均处于起步阶段。其研究主要集中在北 京化工大学和无锡轻工大学食品学院；现有厂家的生产技术均以天然 番茄为原料，如新疆生命红科技公司、上海的中国华源集团有限公司 等有限几家企业，而华北制药是全国第一家采用生物发酵法提取番茄 红素的企业。另据报道由江南大学和盐城市瑞智生物技术有限公司共 同研制、开发的高科技产品天然番茄红素胶囊目前也已投入批量生产 。
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研究背景：
对番茄红素的研究在2000年以前鲜有报道， 近几年骤然升温，2009-2014年，与番茄红素有 关的报道达1000多篇，内容包括：番茄红素的性 质和提取方法；番茄红素及其研究进展；番茄红 素的生产工艺研究进展等。近10年，仅在中国申 请的有关番茄红素的国内外专利就多达几十份。
三孢布拉氏霉菌的发酵生产
1 菌 种选育
利用基因工程技术实现了从实验室规模走向小规模产业化,但工 程细胞携带的质粒对过程控制条件要求苛刻,易脱落, 番茄红素产量 大幅降低。 在产业化过程中, 研究者更多的倾向于选择天然生产菌种, 如具有 较高生产能力的三孢布拉氏霉菌,这样就可以避免发酵工程上游技术 中容易遇到的问题。
番茄红素的发酵生产
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番茄红素的结构
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➢ 在自然界中番茄红素主要以全反式结构存在。而 全反式结构是一种具有11个碳碳共轭双键的非环状 平面共轭多不饱和脂肪烃，因而它更易于被氧化。 而抗氧化性是番茄红素一切功效的源泉。
研究背景：
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1873年，Hartsen首次从番茄浆果中提取出来一种呈深红色的晶体
三孢布拉氏霉菌的发酵生产
2020/6/26
1 菌种选育
目前三孢布拉霉的筛选多采用诱变育种和构建基因工程菌的 方法。 诱变育种: 常规的物理和化学诱变方法有紫外、60Co、激光、 亚硝基胍、硫酸二乙酯等。 缺点： ➢ 细胞很难表现出正突变效果, ➢ 菌种的生产性状不稳定, ➢ 番茄红素的产量低。
三孢布拉氏霉菌的发酵生产