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海洋胶红酵母Y2产类胡萝卜素发酵促进剂的研究_杨铿

第9卷第2期2013年4月

南方水产科学

South China Fisheries Science Vol.9,No.2Apr.,2013

doi :10.3969/j.issn.2095-0780.2013.02.008

收稿日期:2012-11-22;修回日期:2013-01-16资助项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(中国水产科学研究院南海水产研究所)资助项目(2010ZD02);现代农业(虾)

产业技术体系建设专项资金(CARS-47);公益性行业(农业)科研专项(201103034);广东省鱼病防治专项(2130108);农业科技成果转化资金项目(2012GB23260551)

作者简介:杨

铿(1975-),男,工程师,从事微生态制剂研究。Email :yangkeng66@http://www.wendangku.net/doc/3d7278dbc5da50e2524d7fec.html

通信作者:陈永青,Email :cyq5913@http://www.wendangku.net/doc/3d7278dbc5da50e2524d7fec.html

海洋胶红酵母Y2产类胡萝卜素发酵促进剂的研究

铿,陈永青,梁晓华,杨莺莺,佘妙虹

(中国水产科学研究院南海水产研究所,广东广州510300)

摘要:研究了几种添加物对海洋胶红酵母(Rhodotorula mucilaginosa )Y2发酵产类胡萝卜素的促进作用。在摇瓶条件下,发酵培养基中分别添加不同量的番茄汁、花生油、大豆油、玉米浆、谷氨酸钠和生物素,培养72h 后取样分别测定类胡萝卜素产量及生物量。结果显示,当分别添加2mL

·L -1番茄汁、1.5mL ·L -1花生油和3mL ·L -1玉米浆时,类胡萝卜素产量比对照组提高14.2%、30.3%和21.3%;谷氨酸钠和生物素会抑制海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素的合成。因此,番茄汁、花生油和玉米浆是较为经济适用的海洋胶红酵母Y2产类胡萝卜素发酵促进剂,具有广阔的开发应用潜力。

关键词:海洋胶红酵母Y2;类胡萝卜素;生物量;发酵促进剂中图分类号:Q 935

文献标志码:A

文章编号:2095-0780-(2013)02-0045-05

Studies on the promoters of carotenoid fermentation by

Rhodotorula mucilaginosa

YANG Keng ,CHEN Yongqing ,LIANG Xiaohua ,YANG Yingying ,SHE Miaohong

(South China Sea Fisheries Research Institute ,Chinese Academy of Fishery Sciences ,Guangzhou 510300,China )

Abstract :We studied the effects of several additives on the yield of carotenoid fermented by Rhodotorula mucilaginosa .In the shake flask condition ,different concentrations of tomato juice ,peanut oil ,soybean oil ,corn steep liquor ,sodium glutamate and biotin were added to the fermentation medium respectively ,and the carotened yields as well as R .mucilaginosa biomass were measured after 72h.The results show that when 2mL

·L -1tomato juice ,1.5mL ·L -1peanut oil ,and 3mL ·L -1corn steep liquor are added ,the yields of carotenoids are increased by 14.2%,30.3%and 21.3%respectively.However ,sodium glutamate and biotin may inhibit the synthe-sis of carotenoid by R .mucilaginosa .Therefore ,tomato juice ,peanut oil and corn steep liquor are good promoter for carotenoid fermen-tation by R .mucilaginosa ,which may have great potential for applications in the future.Key words :Rhodotorula mucilaginosa ;carotenoids ;biomass ;fermentation promoter

类胡萝卜素是一类重要的功能性色素,包括β-胡萝卜素、番茄红素、虾青素等,具有增加宿主免疫力,预防血管硬化及抑制肿瘤,抗氧化和抑制自由基等生理功能,并已被FAO 和WHO 定为A 类营养色素,在食品、化妆品和饲料工业上应用广泛

[1]

。目前生物合成类胡萝卜素的常用菌种主要

有三孢布拉霉菌(Blakeslea trispora )和红酵母(Rhodotorula )[2-3]。海洋红酵母(R .benthica )是海洋中自然存在的一种单细胞真核生物,菌体含有丰富的蛋白质、氨基酸、维生素和不饱和脂肪酸类等,尤为重要的是它能合成和生产大量包括虾青素在内的类胡萝卜素等色素。海洋红酵母生产周期

46南方水产科学第9卷

短,营养需求简单、粗放,菌体无毒,是提取天然

类胡萝卜素的好材料和优质的饲料添加剂,具有很

高的应用价值[4]。国内外学者对海洋红酵母的研

究多数集中在菌种选育、发酵工艺优化和促进类胡

萝卜素合成等方面[5-9]。有研究表明,在已确定碳

源、氮源及其用量等基础培养基中添加某些发酵促

进剂对于促进红酵母发酵和色素增产往往具有事半

功倍的效果[10-16]。如涂俊铭[11]研究发现添加番茄

汁和核黄素可明显提高红酵母生物量和色素含量;

王岁楼等[12-13]的研究结果表明加入番茄汁、花生

油、V B1和V B2可以促进红酵母RY-981类胡萝卜素

的合成,而添加植酸则明显抑制细胞生长和类胡萝

卜素的生成;杨文等[14]发现钾离子(K+)、镁离子

(Mg2+)和铵离子(NH+

4

)可提高红酵母色素含量;

王怡平等[15]报道添加适量的稀土元素氯化镧

(LaCl

3)、氯化铈(CeCl

3

)和氯化钕(NdCl

3

)可以提

高红酵母的类胡萝卜素产量。因此,筛选合适的发酵促进剂,对提高菌种生物合成类胡萝卜素的水平,降低发酵成本具有很强的现实意义。

笔者从海泥中分离得到一株海洋胶红酵母(R. mucilaginosa)Y2,经初步研究表明,该菌能以葡萄糖、蔗糖、糖蜜和硫酸铵等大宗原料为主要培养基,在5t发酵罐中扩大培养24h,细胞的质量浓度可达49.87g·L-1;通过在鱼、虾类育苗中的初步应用,发现可以提高种苗繁殖率和成活能力,能有效促进个体生长发育,并可改善养殖池水体的生态环境、净化水质,具有极好的工业化生产潜力和应用前景。为进一步提高海洋胶红酵母Y2产类胡萝卜素的产量和发酵产率,笔者对多种添加物的促进效果进行了研究,以期筛选出经济实用的发酵促进剂,提高该菌的应用价值。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1菌种海洋胶红酵母Y2由笔者单位分离保藏。

1.1.2培养基1)种子培养基为葡萄糖2%,酵母膏1%,蛋白胨2%,硫酸镁(MgSO4)0.1%,氯化钠(NaCl)0.5%;2)发酵培养基为优化后的培养基[17]。

1.1.3发酵促进剂1)番茄汁的制备。选取颜色鲜红的番茄,匀浆,8层纱布过滤,3000r·min-1离心10min,取其上清液备用,现配现用;2)其他大豆油和花生油为市售,谷氨酸钠为分析纯,玉米浆和生物素为生化试剂。

1.2方法

1.2.1发酵培养取新鲜培养的海洋胶红酵母Y2菌液接种到发酵培养基中,同时加入不同浓度的大豆油、花生油、番茄汁、玉米桨、谷氨酸钠和生物素,振荡培养72h后测定生物量和类胡萝卜素产量。并以未添加组作为试验对照。

1.2.2培养条件温度28?,装液量30mL/ 250mL,摇床转速180r·min-1,接种量5%,初始pH为5.5,发酵72h后测定。

1.2.3分析方法1)海洋胶红酵母Y2生物量测定为取2mL发酵液,9000r·min-1离心5min,去上清液,蒸馏水洗涤3次,50?恒质量称质量;2)类胡萝卜素测定采用二甲基亚砜法[18]。

2结果与分析

2.1番茄汁对产量及生物量的影响

适量番茄汁能明显促进海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素的合成和生物量的增加(表1)。番茄汁加入量为2 4mL·L-1,海洋胶红酵母Y2的类胡萝卜素产量和生物量均有提高。番茄汁添加量为2mL·L-1时海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素产量与生物量最高,分别比对照组提高了14.2%和15.1%;随着添加量的增加,类胡萝卜素产量与生物量增幅减少。因此番茄汁的最适添加量为2mL·L-1。番茄汁中含有八氢番茄红素和四氢番茄红素等β-胡萝卜素和其他类胡萝卜素的前体,对菌体生物合成类胡萝卜素有促进作用。涂俊铭[11]和王岁楼等[12]报道适量添加番茄汁可以明显促进红酵母细胞生长及类胡萝卜素的合成,这与笔者的研究结果一致。筛选有效的发酵促进剂,必须考虑原料成本价廉、广泛易得的因素,而番茄来源广泛易得,实用价值较大。

2.2花生油对产量及生物量的影响

添加不同量的花生油对海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素合成和细胞生长的影响见表2。花生油的添加量分别为0.9mL·L-1、1.2mL·L-1和1.5mL·L-1,同时以未加花生油的作为对照。花生油可明显提高海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素的合成速率,对细胞生长也有促进作用。花生油添加量为1.5 mL·L-1时类胡萝卜素产量增加了30.3%,细胞生物量增加了12.9%。据报道,培养基中添加1.4 mL·L-1花生油时红酵母细胞生物量和类胡萝卜素产

第2期杨铿等:海洋胶红酵母Y2产类胡萝卜素发酵促进剂的研究47

表1番茄汁对海洋胶红酵母Y2发酵的影响

Tab.1Effects of tomato juice on fermentation of Y2

番茄汁添加量/mL·L-1tomato juice adding concentration0234色素产量/mg·L-1pigment production 2.91 3.32 3.04 3.28生物量/g·L-1biomass11.4513.1811.9511.88色素产量增长率/%pigment production growth rate014.2 4.512.9生物量增长率/%biomass growth rate015.1 4.4 3.7

表2花生油对海洋胶红酵母Y2发酵的影响

Tab.2Effects of peanut oil on fermentation of Y2

花生油添加量/mL·L-1peanut oil adding concentration00.9 1.2 1.5色素产量/mg·L-1pigment production 2.91 3.56 3.24 3.79生物量/g·L-1biomass11.4511.6011.5312.93色素增长率/%pigment production growth rate022.611.630.3生物量增长率/%biomass growth rate0 1.30.712.9

表3大豆油对海洋胶红酵母Y2发酵的影响

Tab.3Effects of soybean oil on fermentation of Y2

大豆油添加量/mL·L-1soybean oil adding concentration00.8 1.0 1.2

色素产量/mg·L-1pigment production 2.91 3.45 2.93 3.23生物量/g·L-1biomass11.4512.1010.4810.68色素增长率/%pigment production growth rate018.70.611.0

生物量增长率/%biomass growth rate0 5.7-8.5-6.8

量分别比对照组提高了17.46%和17.28%[12],花生油的促进作用可能与菌株的脂类代谢有关,其加快了细胞的生长,主要起促进剂作用。因此在发酵生产中适量添加花生油可以较大程度地提高色素产量,增加经济价值,对实际生产有现实意义。

2.3大豆油对产量及生物量的影响

不同添加量的大豆油对海洋胶红酵母Y2发酵的影响见表3。0.8 1.2mL·L-1大豆油添加量对海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素的合成有促进作用,添加量为0.8mL·L-1时促进效果最好。但当大豆油添加量大于1mL·L-1时,其促进色素合成的作用降低,并且抑制细胞生长。据报道,大豆油在类胡萝卜素生物合成中起氧传递的作用,能促进色素的形成[19]。

2.4玉米浆对产量及生物量的影响

玉米浆可明显促进海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素的形成,对细胞生长也有一定的促进作用(表4)。2.5 3.5mL·L-1的玉米浆添加使类胡萝卜素产量比对照组增加18.7%以上。玉米浆添加量为3.0mL·L-1时海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素产量增加了21.3%。玉米浆含有丰富的氨基酸、还原糖、微量元素和生长素[20],其可能在色素合成代谢过程中起到调节酶活性的作用。玉米浆是发酵工业中常用的原料,来源广泛,经济易得,作为大宗廉价原料,具有很好的利用价值。笔者研究将玉米浆作为促进因子考察其对海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素合成的影响,显示出良好的促进效果,对工业化生产有积极的意义。

2.5谷氨酸钠对产量及生物量的影响

谷氨酸钠作为一种营养物质,易被微生物吸收利用,故将其添加到海洋胶红酵母Y2的发酵中。结果显示,谷氨酸钠添加量为0.5 2.0mL·L-1时海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素产量均下降,且随着添加量的增加,类胡萝卜素产量下降多,但细胞生物量变化不大(表5)。说明谷氨酸钠不利于海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素的合成,但对菌的生长没有影响。

48南方水产科学第9卷

表4玉米浆对海洋胶红酵母Y2发酵的影响

Tab.4Effects of corn steep liquor on fermentation of Y2

玉米浆添加量/mL·L-1corn steep liquor adding concentration0 2.53 3.5

色素产量/mg·L-1pigment production 2.91 3.45 3.53 3.49生物量/g·L-1biomass11.4511.5012.0012.25色素增长率/%pigment production growth rate018.721.320.0

生物量增长率/%biomass growth rate00.4 4.87.0

表5谷氨酸钠对海洋胶红酵母Y2发酵的影响

Tab.5Effects of sodium glutamate on fermentation of Y2

谷氨酸钠添加量/mL·L-1sodium glutamate adding concentration00.5 1.0 1.5 2.0

色素产量/mg·L-1pigment production 3.38 3.25 3.18 2.95 3.03生物量/g·L-1biomass7.237.387.307.237.33色素增长率/%pigment production growth rate0-3.7-5.9-12.6-10.4

生物量增长率/%biomass growth rate0 2.1 1.00.0 1.4

表6生物素对海洋胶红酵母Y2发酵的影响

Tab.6Effects of biotin on fermentation of Y2

生物素添加量/mL·L-1biotin adding concentration00.0010.0100.100色素产量/mg·L-1pigment production 3.60 3.45 3.45 3.63

生物量/g·L-1biomass7.377.437.377.73

色素增长率/%pigment production growth rate0-4.2-4.20.7

生物量增长率/%biomass growth rate00.80.0 4.9

2.6生物素对产量及生物量的影响

生物素添加量为0、0.001mL·L-1、0.01mL·L-1和0.10mL·L-1对海洋胶红酵母Y2生长和类胡萝卜素合成的影响见表6。生物素水平在0.001mL ·L-1和0.01mL·L-1时均抑制了类胡萝卜素的合成,而对细胞生物量影响不大。生物素是一种维生素,作为一种辅酶参与物质的代谢活动,但笔者试验结果显示,在添加量范围内生物素在海洋胶红酵母Y2发酵过程中没有明显的促进效果,其他添加量的试验结果需做进一步的研究。

为有效提高发酵产率和降低成本,有学者在红酵母发酵促进剂的研究方面做了很多尝试[10-16]。但各种发酵促进剂对红酵母生长和类胡萝卜素合成的影响作用机理尚未研究透彻。它们可能是作为前体起促进作用,或者是影响酶活力和作为氧载体提高发酵产率等,因此对合适促进剂的选用必须经过反复探索试验,并结合生产成本综合考虑。

海洋红酵母除了细胞中产生的活性色素经提取后具有广泛的应用价值外,其菌体含有丰富的蛋白质、氨基酸和维生素等,若以整体或破碎细胞添加到饲料中,可提供水产动物必需营养素,提高饲料利用率;并且其活体细胞在育苗中可作为活性饵料;由此可见,高密度细胞生物量的富含活性色素的海洋红酵母产品是研究的最终目标。因此,在选择海洋胶红酵母发酵促进剂时必须兼顾细胞得率。在合适的添加量下,番茄汁、玉米浆、花生油使海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素产量和细胞生物量分别提高了14.2%和15.1%、21.3%和4.8%、30.3%和12.9%;大豆油添加量在0.8mL·L-1时,虽然类胡萝卜素产量提高18.7%,但是生物量仅提高5.7%,并且添加量在0.8mL·L-1以上显示出对细胞生长的抑制作用。综合以上结果,番茄汁、花生油和玉米浆是较为理想的海洋胶红酵母Y2产类胡萝卜素促进剂。

第2期杨铿等:海洋胶红酵母Y2产类胡萝卜素发酵促进剂的研究49

3小结

海洋胶红酵母Y2产类胡萝卜素发酵过程中添加适量番茄汁、花生油、大豆油和玉米浆可提高类胡萝卜素产量和细胞生物量;谷氨酸钠和生物素则会抑制海洋胶红酵母Y2类胡萝卜素的合成,对细胞生长无显著的影响。花生油添加量为1.5mL·L-1时海洋胶红酵母Y2的类胡萝卜素产量最高,它是海洋胶红酵母Y2最合适的发酵促进剂。此外,从原料来源、生产成本和促进色素、细胞量等方面综合考虑,番茄汁和玉米浆也是合适的发酵促进剂。

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