β-胡萝卜素高产菌株的筛选和发酵工艺优化及应用

论文摘要

近期天然色素市场,越来越关注生物功能和食品安全问题。化学合成的β-胡萝卜素通常比天然色素便宜,但许多不确定的疾病与合成色素的使用有关。从植物中提取的β-胡萝卜素,会受到产品原料、气候,运输条件的制约,成本高,产量较低。因此,微生物发酵法生产β-胡萝卜素的研究尤其重要。本研究从土壤等样品中对高产β-胡萝卜素菌株进行筛选,对其从液态发酵和固态发酵进行产量优化,并研究了在果汁饮料和碳酸饮料中的稳定性。主要研究结果如下:1、本研究从土壤和腐木中分离出有色菌株70株,其中有22株能够生产β-胡萝卜素,包括酵母19株,细菌3株。从中挑选四株经ITS序列分析,通过Blast程序与GenBank数据库中已知序列进行相似性比对,最终鉴定菌株S3-1和S3-6为近玫色锁掷孢酵母（Sporidiobolus pararoseus）,菌株S17-1和S33-2为红酵母属（Rhodotorula sp.）。2、从中挑选出一株能够产β-胡萝卜素的纯度较高的高产菌株Sporidiobolus pararoseus S3-1,通过单因素和正交试验优化其培养基组成和发酵条件。最终确定培养基组成为:葡萄糖40 g/L、酵母浸粉30 g/L、硫酸镁0.2 g/L、无水氯化钙0.5 g/L、磷酸二氢钾0.8 g/L;发酵条件为:装液量40 mL/250 mL、初始pH为5.0、接种量6.0%、发酵时间84 h。该优化条件下生物量为21.03 g/L,β-胡萝卜素产量为（3.08±0.46）mg/L,较未优化前分别提高了76%、43%,在总色素含量中所占比例为60%。3、进一步研究了Sporidiobolus pararoseus S3-1固态发酵工艺,以豆粕和啤酒糟为主要发酵基质,通过单因素和响应面试验发现蛋白胨为最佳氮源,优化后发酵条件为豆粕:啤酒糟=7:3、装料量为22.80 g/250 mL、蛋白胨添加量0.5 g/L（0.61 g/kg基质）、接种量为13%、培养基含水量55%、发酵温度30°C、pH 5.0、发酵时间84 h。在最佳发酵条件下,β-胡萝卜素产量为2.71 mg/kg干基,比优化前提高了70%。发酵后混合基质中粗蛋白的含量比发酵前提高了5%,粗脂肪降低了68%,氨基酸总量比发酵前提高了20%,其中组氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、丝氨酸和异亮氨酸增加幅度大,更适合用作动物饲料。4、研究了Sporidiobolus pararoseus S3-1发酵所产β-胡萝卜素与合成型对光的稳定性。结果表明,在室外自然光下储存12天内,相比碳酸饮料,β-胡萝卜素更适合果汁饮料;在碳酸饮料中,合成型β-胡萝卜素稳定性比发酵型好。在室内灯光下储存12天内,发酵型β-胡萝卜素较合成型具有更好的稳定性,保存率在90%以上。研究了Sporidiobolus pararoseus S3-1发酵所产β-胡萝卜素与合成型对热的稳定性。结果表明,在20℃60℃范围内保存6 h,发酵型和合成型β-胡萝卜素两者都具有比较高的热稳定性,保存率在89%以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
•   1.1 β-胡萝卜素简介
•   1.2 β-胡萝卜素的主要来源
•   1.3 β-胡萝卜素的生理功能
•     1.3.1 维生素A的重要来源
•     1.3.2 抗氧化性
•     1.3.3 抗癌作用
•     1.3.4 抗肿瘤作用
•     1.3.5 抗炎作用
•     1.3.6 其他
•   1.4 微生物发酵法研究进展
•     1.4.1 三孢布拉氏霉菌
•     1.4.2 酵母类
•     1.4.3 藻类
•     1.4.4 细菌
•     1.4.5 固态发酵法
•   1.5 β-胡萝卜素的应用
•   1.6 β-胡萝卜素的提取、分离和检测方法
•   1.7 课题研究的意义和内容
•     1.7.1 研究目的和意义
•     1.7.2 研究内容
• 第二章 β-胡萝卜素高产菌株的筛选
•   2.1 材料与培养基
•     2.1.1 主要材料
•     2.1.2 主要仪器
•     2.1.3 主要试剂
•     2.1.4 主要培养基
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 菌株的筛选
•     2.2.2 种子培养
•     2.2.3 发酵培养
•     2.2.4 β-胡萝卜素的提取
•     2.2.5 菌体生物量的测定
•     2.2.6 色素鉴定
•     2.2.7 β-胡萝卜素标准曲线的绘制
•     2.2.8 菌种鉴定
•   2.3 数据统计与分析
•   2.4 结果与分析
•     2.4.1 筛选结果
•     2.4.2 形态鉴定
•     2.4.3 色素鉴定
•     2.4.4 分子生物学鉴定结果
•   2.5 小结
• 第三章 锁掷孢酵母S3-1液态发酵工艺的优化
•   3.1 材料与培养基
•     3.1.1 菌种
•     3.1.2 主要仪器
•     3.1.3 主要试剂
•     3.1.4 主要培养基
•   3.2 实验方法
•     3.2.1 菌种活化
•     3.2.2 种子培养
•     3.2.3 发酵培养
•     3.2.4 β-胡萝卜素的提取
•     3.2.5 生物量的测定
•     3.2.6 高效液相色谱测定β-胡萝卜素含量
•     3.2.7 菌株生长曲线的测定
•     3.2.8 葡萄糖的测定
•     3.2.9 OD值的测定
•     3.2.10 pH的测定
•   3.3 Sporidiobolus pararoseus S3-1 发酵生产β-胡萝卜素的优化设计
•     3.3.1 单因素试验设计
•     3.3.2 正交试验设计
•   3.4 数据统计与分析
•   3.5 结果与分析
•     3.5.1 Sporidiobolus pararoseus S3-1 的生长曲线
•     3.5.2 碳源种类的影响
•     3.5.3 葡萄糖添加量的影响
•     3.5.4 氮源种类的影响
•     3.5.5 酵母浸粉添加量的影响
•     3.5.6 硫酸镁添加量的影响
•     3.5.7 磷酸二氢钾添加量的影响
•     3.5.8 氯化钠添加量的影响
•     3.5.9 无水氯化钙添加量的影响
•     3.5.10 装液量对Sporidiobolus pararoseus S3-1产β-胡萝卜素的影响
•     3.5.11 接种量对Sporidiobolus pararoseus S3-1产β-胡萝卜素的影响
•     3.5.12 初始pH对 Sporidiobolus pararoseus S3-1产β-胡萝卜素的影响
•     3.5.13 发酵时间对Sporidiobolus pararoseus S3-1产β-胡萝卜素的影响
•     3.5.14 正交试验优化Sporidiobolus pararoseus S3-1 液态发酵工艺
•     3.5.15 Sporidiobolus pararoseus S3-1 发酵动力学曲线
•   3.6 小结
• 第四章 锁掷孢酵母S3-1固态发酵工艺的优化
•   4.1 材料与培养基
•     4.1.1 菌种
•     4.1.2 原料
•     4.1.3 主要仪器
•     4.1.4 主要试剂
•     4.1.5 主要培养基
•   4.2 实验方法
•     4.2.1 菌种活化
•     4.2.2 种子培养
•     4.2.3 发酵培养
•     4.2.4 β-胡萝卜素的提取
•     4.2.5 高效液相色谱测定β-胡萝卜素含量
•     4.2.6 营养成分测定
•     4.2.7 单因素试验设计
•     4.2.8 响应面试验设计
•   4.3 数据统计与分析
•   4.4 结果与分析
•     4.4.1 主要基质的筛选
•     4.4.2 啤酒糟和豆粕比例对β-胡萝卜素产量的影响
•     4.4.3 氮源对Sporidiobolus pararoseus S3-1 固态发酵产β-胡萝卜素的影响
•     4.4.4 装料量对Sporidiobolus pararoseus S3-1 固态发酵产β-胡萝卜素的影响
•     4.4.5 接种量对Sporidiobolus pararoseus S3-1 固态发酵产β-胡萝卜素的影响
•     4.4.6 培养基pH对 Sporidiobolus pararoseus S3-1 固态发酵产β-胡萝卜素的影响
•     4.4.7 含水量对Sporidiobolus pararoseus S3-1 固态发酵产β-胡萝卜素的影响
•     4.4.8 温度对Sporidiobolus pararoseus S3-1 固态发酵产β-胡萝卜素的影响
•     4.4.9 响应面优化Sporidiobolus pararoseus S3-1 固态发酵工艺
•     4.4.10 Sporidiobolus pararoseus S3-1 固态发酵对基质化学组分的影响
•   4.5 小结
• 第五章 锁掷孢酵母S3-1发酵色素在饮料体系中的稳定性研究
•   5.1 实验材料
•     5.1.1 原料
•     5.1.2 主要仪器
•     5.1.3 主要试剂
•   5.2 实验方法
•     5.2.1 水溶性β-胡萝卜素制备方法
•     5.2.2 果汁型饮料配制方法
•     5.2.3 碳酸型饮料配制方法
•     5.2.4 考察不同光照条件对饮料稳定性的影响
•     5.2.5 考察不同温度对果汁饮料稳定性的影响
•     5.2.6 吸光度的测定
•     5.2.7 色差的测定
•   5.3 数据统计与分析
•   5.4 结果与分析
•     5.4.1 室外自然光下,饮料在储存期内稳定性变化
•     5.4.2 室内光照条件下,饮料在储存期内稳定性变化
•     5.4.3 温度对果汁饮料稳定性的影响
•   5.5 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张梦涵

导师: 丁长河

关键词: 菌种鉴定,胡萝卜素,锁掷孢酵母,液态发酵,固态发酵,优化,稳定性

来源: 河南工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,轻工业手工业

单位: 河南工业大学

分类号: TS201.3

DOI: 10.27791/d.cnki.ghegy.2019.000140

总页数: 93

文件大小: 7368K

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