利用红酵母发酵生产β—胡萝卜素的研究进展

对红酵母β－胡萝卜素的提取方法以及菌株的发酵生理学条件研究作了小结,并讨论了未来的发展方向。结论认为：破壁效果是提取色素的关键,酸－热处理法是一种较好的破壁方法,但机械法应是大规模细胞玻碎更适用的方法;红酵母产β－胡萝卜素的特性（产量和产品组成）,不仅与所使用的菌株有关,还与培养条件特别是发酵生理学条件及提取方法有密切关系;超临界CO2萃取技术的应用和高产菌种的选育与构建,将是今后红酵母β－胡萝卜素实现产业化开发的主要研究方向。     

β—胡萝卜素高产丛霉菌株的筛选及发酵

从自然界中分离出２７株丛霉菌,筛选了β－胡萝卜素高产菌株,考察了液态发酵和半固态发醇生产胡萝卜素的适宜条件。在含糖蜜和尿素的液态培养中进行静态发酵时,每升发酵液中生成２０ｍｇ～９０ｍｇβ－胡萝卜素。在用玉米胚、糖蜜和尿素制成的半固态培养基上进行发酵时,获得较高浓度（０．８４６ｍｇ／ｇ干基）的β－胡萝卜素。     

三孢布拉氏霉发酵生产β-胡萝卜素的研究

利用三孢布拉氏霉发酵生产天然β－胡萝卜素。在30L发酵罐中,平均生物量31．3g干菌重／L发酵液和胡萝卜素1213．1mp／L;在3M³发酵罐中,平均生物量38.0g干菌重／L发酵液和胡萝卜素1146．5mg／L。将中试样品经HPLC分析,在总色素中β-胡萝卜素占92～96％,其他类胡萝卜素占8～4％;在β-胡萝卜素中,反式异构体占90～95％,9－、13－、15－顺式异构体占10～5％。结晶β－胡萝卜素呈多种形状,但大多数为两端锥形的棱柱体。在胡萝卜素提取中,工艺和技     

三孢布拉霉JM9207胞外脂肪酶活性的研究

研究了三孢布拉霉ＪＭ９２０７胞外脂肪酶的特性,适宜的酶反应条件是温度２７℃,ｐＨ中性,在利用该菌发酵β－胡萝卜素的过程中,发酵３０－９６ｈ的时间段内酶活性可维持１０个单位以上,发酵３６ｈ和７２ｈ时分别出现两个活性高峰。     

溶氧对Blakeslea trispora分批发酵生产β-胡萝卜素的影响

在摇瓶和5 L发酵罐中研究了溶氧 (DO) 对Blakeslea trispora分批发酵生产β-胡萝卜素的影响,总结了5 L发酵罐中β-胡萝卜素发酵过程中溶氧的变化规律.结果表明,当500 mL摇瓶装液量为50 mL,转速为240 r/min条件下发酵生产β-胡萝卜素产量最大,达到3.416 g/L; 5 L发酵罐中,在搅拌转速为1 000 r/min,通气量为1.5 vvm的条件下,β-胡萝卜素的产量可达到3.712 g/L,略高于摇瓶,这可能是由于5 L发酵罐中的气液传递和混合状况好于摇瓶,促进了产物的合成.     

粘性红圆酵母XJU-1产β-胡萝卜素的研究

目的:从粘性红圆酵母Rhodotorula mucilaginosaXJU-1中提取β-胡萝卜素并对其特性加以研究。方法:采用酸热法对发酵产物破壁,用丙酮∶石油醚(1∶1)萃取β-胡萝卜素,采用GB/T 5009.83-2003的HPLC方法测定β-胡萝卜素含量,以448nm波长的紫外分光光度吸收值计算出色素损失率来探讨β-胡萝卜素的稳定性。结果:该菌株在液体发酵培养基中生长72hβ-胡萝卜素含量高达389.2μg/g干重,经实验确定,葡萄糖是最有利于β-胡萝卜素生成的碳源;蛋白胨是生产β-胡萝卜素的最佳氮源。提取的β-胡萝卜素耐热性较好,需置于暗处保存。结论:该菌种β-胡萝卜素产率明显高于国内外已报道的,有很好的开发前景。     

酿酒酵母中高效积累β-胡萝卜素的代谢途径构建

β-胡萝卜素是一种橘黄色的脂溶性色素，属于类胡萝卜素家族，基于其丰富的生物学活性，在食品、医药、化妆品等领域具有广泛的应用。国内外对β-胡萝卜素市场需求量巨大，特别是天然来源的β-胡萝卜素具有广阔的市场前景，建立适合天然β-胡萝卜素生产的微生物细胞工厂显得尤为重要。本研究利用基因工程手段克隆了β-胡萝卜素生物合成途径中的三个基因，分别是来源于酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的香叶基香叶基焦磷酸合成酶基因(ScBTS1)、红法夫酵母(Xanthophyllomyces dendrorhous)的八氢番茄红素脱氢酶基因(XdCrtI)以及同时具有八氢番茄红素合成酶和番茄红素环化酶的双功能酶基因(XdCrtYB),构建组成型表达载体pYES2-Kan-CrtI-CrtYB-BTS1,并转化至酿酒酵母MKP-o中，最终筛选获得能够生产β-胡萝卜素的酿酒酵母基因工程菌株。结果显示，此工程菌摇瓶产量达到14.53 mg/g细胞干重(DCW)且发酵周期短，不仅可以稳定高效地积累β-胡萝卜素，同时发酵过程中无需添加诱导剂，有利于节约生产成本。因此，可以将其作为一株具有较高β...     

江苏沿海盐田天然盐藻β－胡萝卜素的提取与鉴定

江苏沿海一带盐田卤水结晶池４－１０月间常会在卤水表面悬浮着一层红色的油状漂浮物,经鉴定主要为盐生杜氏灌（Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａｓａｌｉｎａ）．从油状漂浮物中可提取纯化得到β－胡萝卜素晶体（含量为９０％）,得率为１～１．５％,高于人工养殖的盐藻β－胡萝卜素提取得率,主要成份为全反式一β－胡萝卜素,及少量顺式－β－胡萝卜素、α－胡萝卜素和其它类胡萝卜素。所得β－胡萝卜素符合国家有关食品卫生标准,若能充分开发利用天然盐藻资源将大大降低天然β－胡萝卜素的生产成本．试验还证明天然β－胡萝卜素完全可以代替并好于进口肉鸡饲料的着色剂。     

代谢工程改造甘油代谢途径提高β-胡萝卜素产量

甘油是生物柴油的副产物,因其价格低廉和高还原性,成为生物发酵的重要碳源。为了进一步提高工程菌对甘油的利用能力,从而提高萜类化合物的合成能力,本研究从β-胡萝卜素高产菌CAR015出发,对其甘油代谢途径的多个基因进行了调控。首先敲除了编码3-磷酸甘油抑制子的glp R基因,然后分别用M1-37、M1-46和M1-93三个不同强度的人工调控元件对glp FK、glp D和tpi A三组基因进行单基因调控和多基因组合调控。研究发现用M1-46调控glp D基因后β-胡萝卜素产量达到了64.82 mg/L,是CAR015的4.86倍,甘油消耗速率也提高了100%;调控tpi A基因后β-胡萝卜素产量略有提高;调控glp FK基因后β-胡萝卜素产量略有降低。说明Glp D是甘油代谢途径中的关键限速步骤。Q-PCR结果表明,降低甘油代谢途径的glp D和glp FK基因转录水平,增加tpi A基因转录水平,可以增加细胞生长速度、提高β-胡萝卜素产量,可能是因为减少了丙酮醛毒性所致。组合调控glp D和tpi A基因,获得β-胡萝卜素产量最高菌株Gly003,其β-胡萝卜素产量达72.45 mg/L、产率达18.65 mg/g每克干细胞,分别是出发菌株CAR015的5.23倍和1.99倍。总之,Glp D是甘油代谢途径中的关键限速步骤,适当强度调控glp D,可以有效提高重组大肠杆菌的β-胡萝卜素产量。     

三孢布拉霉发酵生产β-胡萝卜素工艺研究

研究了应用三孢布拉霉生产β-胡萝卜素的发酵工艺。在种子培养阶段,采用正负菌孢子混合培养的方法,并对发酵条件进行了优化,得到了一个稳定、简便的工艺条件,β-胡萝卜素产量达到1.39g/L。     

利用盐藻（Dunaliella）培养生产β—胡萝卜素

盐藻是一种高含β－胡萝卜素的广盐性微藻。本文介绍了β－胡萝卜的功能、生产方法、协菏的生物学特征,研究了利用盐藻生产β－胡萝卜素的优化工艺条件和新型光生物反应器的开发应用。     

β-胡萝卜素合成的代谢工程研究进展

β-胡萝卜素是自然界中最重要的商业化生产的植物色素之一,具有多种生理功能和生物活性。自上世纪60年代开始,随着系统生物学概念的提出以及对类胡萝卜素合成途径研究的不断深入,系统代谢工程在提高类胡萝卜素产量方面发挥了重要作用。文中在介绍β-胡萝卜素传统生产方法的基础上,重点介绍了如何运用系统代谢工程手段构建β-胡萝卜素高产菌株,并分析了进一步提高工程菌β-胡萝卜素产量所面临的主要问题及可能的解决方案,为β-胡萝卜素的高效生产提供了思路。     

补料工艺对三孢布拉霉菌合成β-胡萝卜素的影响

微生物发酵法是现在国际上工业化生产天然β-胡萝卜素的主要研究方向,三孢布拉霉菌是其中一种理想的出发菌株。为进一步提高此菌株的合成能力,本文采取了在发酵过程中添加结构类似物的方式,研究了不同时间和不同浓度下补料对最终合成β-胡萝卜素的影响,确定了补料工艺对最终产物合成的促进作用,其中尤在发酵24hr时添加0.01%的巴比妥酸效果最佳。     

红酵母产生类胡萝卜素的研究

本文对红酵母色素的形成,细菌破碎及色素提取的方法和色素性质的分析作了初步研究,通过生长曲线的测定,发现色素产生主要集中在对数期的后期。用薄层层析和吸收光谱分析,可以认为红酵母色素中β－胡萝卜素的含量很低,而大多是其它类胡萝卜素的组份,它们在极性和光吸收等方面同β－胡萝卜素相似。     

发酵法生产β-胡萝卜素菌丝体中氨基酸含量的分析

采用日立８３５－５０型氨基酸分析仪,测定了发醇法生产的β－胡萝卜素菌丝体及提取β－胡萝卜素后剩余的菌渣中氨基酸含量,结果表明：在氨基酸总含量中,必需氨基酸含量较高;在β－胡萝卜素菌丝体、菌渣中,赖氨酸含量较高,谷氨酸含量最高。     

产辅酶Q10酵母的发酵条件研究

研究了豆油、豆粉、胡萝卜汁、西红柿汁、烟叶、β-胡萝卜素、桔子皮汁等自然物的添加对酵母发酵生产CoQ10的影响,结果表明它们均能大幅度提高酵母菌中CoQ10的含量。其中豆油、豆粉、西红柿汁、桔子皮汁是富含CoQ10。和胡萝卜素合成途经中的前体物质因而提高了CoQ10的产量;烟叶和β-胡萝卜素阻断了合成β-胡萝卜素的途经从而起到提高CoQ10合成的作用;胡萝卜汁的作用可能两兼而有之。因此可以得出以下结论,微生物中Co10的合成与β-胡萝卜素的合成密切相关。     

细胞膜合成途径模块化调控与形态改造提高大肠杆菌β-胡萝卜素的积累与产量

β-胡萝卜素是类胡萝卜素家族中的典型代表,属于疏水性较强的化合物,前期研究表明,改变细胞膜形态以及增加3-磷酸甘油二酯的供给,均可容纳更多的β-胡萝卜素,从而提高其产量。然而在之前的研究中,没有对细胞膜的磷脂中主要组分磷脂酰乙醇胺的合成途径对β-胡萝卜素积累的影响进行系统的讨论。本研究将磷脂酰乙醇胺的合成途径分为上中下游3个模块,对它们的多种表达组合策略进行比较。首先过表达了上游模块1,菌株CAR016的β-胡萝卜素的产量与单位细胞的β-胡萝卜素产量均有显著提高,分别可达到44 mg/L以及13.7 mg/g DCW。与对照菌株相比,分别提高30.5%与35.6%。过表达磷脂酰乙醇胺合成的中游模块,β-胡萝卜素的产量以及单位细胞的β-胡萝卜素的产量分别为103.5 mg/L DCW与19.8 mg/g DCW。与对照菌株CAR016(pACYC184-M)相比,分别提高1.4倍与53.5%。将上游模块1与中游模块2共表达,菌株CAR016(pModule1,pModule2)单位细胞的β-胡萝卜素产量为22.3 mg/g DCW。与CAR016(pModule2)相比,单位细胞产量提高18%,与出发菌株CAR016(pTrc99A-M,pACYC184-M)相比,单位细胞的β-胡萝卜素产量提高122%。本研究找到了磷脂酰乙醇胺合成途径表达的最优组合策略,可以产生更大量的细胞膜,为储存β-胡萝卜素提供了更多的空间,从而进一步提高β-胡萝卜素的产量。细胞膜形态和合成途径的模块化改造,是今后提高类胡萝卜素产量的新方向。     

通过番茄红素环化酶的优化构建β-胡萝卜素高产菌株

目标产物的合成途径往往需要对关键酶的来源、表达水平等因素进行系统性优化才能实现代谢通量的最大化。β-胡萝卜素是一类具有重要应用价值的萜类化合物,其中番茄红素环化酶(Lycopene cyclase,CrtY)是β-胡萝卜素合成途径中的关键酶,能够催化FAD依赖的环化反应将番茄红素转化合成β-胡萝卜素。本研究通过对CrtY的系统优化提高β-胡萝卜素的合成水平,并确定CrtY的表达对代谢通路的影响。在大肠杆菌中以番茄红素合成模块为基础,通过引入番茄红素环化酶基因crt Y构建了β-胡萝卜素合成模块。并进一步利用寡聚接头介导的DNA组装方法 (Oligo-linker mediated assembly method,OLMA)引入一系列不同强度的人工设计的核糖体结合位点(Ribosome-binding site,RBS),对CrtY的表达强度、基因来源等因素进行高通量的优化。通过OLMA文库构建和平板筛选,获得了5株高产β-胡萝卜素的工程菌株。在摇瓶中,5株工程菌株的β-胡萝卜素产量可达15.79-18.90 mg/g DCW(Dry cell weight),比优化前提高了65%。进一步选取了其中的CP12菌株,在5 L发酵罐上,利用高密度培养技术验证工程菌株合成β-胡萝卜素的能力。最终β-胡萝卜素产量可达1.9 g/L。RBS强度分析及代谢中间体分析表明,适当地降低CrtY表达强度能够有利于β-胡萝卜素模块相关基因之间协同发挥作用。以上结果为β-胡萝卜素合成途径的优化规律提供了理论指导。     

发酵法生产β—胡萝卜菌丝体中氨基酸含量的分析

采用日立８３５－５０型氨基酸分析仪,测定了发酵法生产的β－胡萝卜素菌丝体及提取β－胡萝卜素后剩余的菌渣中氨基酸含量,结果表明：在氨基酸总含量中,必需氨基酸含量较高;在β－胡萝卜菌丝体、菌渣中、赖氨酸含量较高,谷氨酸含量最高。     

RBS文库调控重组大肠杆菌β-胡萝卜素合成途径关键基因提高β-胡萝卜素合成能力

β-胡萝卜素属于类胡萝卜素家族的一员,在药品、保健品、化妆品和食品行业有广泛的应用。本研究通过用RBS文库对重组大肠杆菌CAR005中β-胡萝卜素合成途径的关键基因dxs、idi和crt操纵子进行调控来提高β-胡萝卜素合成能力。研究发现3个基因分别用RBS文库调控后,与起始菌株相比β-胡萝卜素产量最高分别有7%、11%和17%的提高,表明使用RBS文库调控比使用多个固定强度启动子调控能筛选到更有利于目标产品合成的基因表达强度。三基因组合调控后,β-胡萝卜素产量相对于CAR005菌株提高了35%。同时发现,单基因文库筛选到的最优强度对于组合调控来说,未必是最优强度。本研究为利用基因表达调控优化目标产物合成途径提供了一种新的方案。