摘要
番茄红素是一种重要的类胡萝卜素，具有抗氧化、防癌抗癌、防老抗衰和预防心血管疾病等功效，具有广阔的应用前景。当前番茄红素的大规模应用仍面临产能、资源、环境、技术和成本等诸多限制，高效绿色番茄红素产业化技术的研究成为突破番茄红素市场应用瓶颈关键所在。本研究以实验室前期构建的番茄红素生产菌种酿酒酵母SyBE_Sc14D14为基础，通过发酵过程操作变量、状态变量及代谢调控的关联研究，成功将番茄红素在50L发酵罐上的产量从2.57g/L提升到7.01g/L，并开发了番茄红素提取精制及水和菌渣资源的循环利用技术，最终在12m3发酵罐上成功实现产业化，制备得到纯度为96.94%的番茄红素产品并完成产品的应用研究。 通过对发酵过程中氧供应、接种比例、pH、碳氮源补加策略、多级发酵等操作过程变量与细胞生理变量的相关分析，确定了最优溶氧控制、pH控制和碳氮源的补加调控等关键调控因素，并依此开发发酵罐培养策略，在50L发酵罐上番茄红素产量从2.57g/L提高到5.20g/L。结合发酵过程控制、代谢及产量变化分析，发现甘氨酸、谷氨酸、柠檬酸、乙酸对番茄红素产量影响显著，以此为基础开发复合添加策略，将番茄红素产量提高至7.01g/L。 同时，本文还完成了菌体预处理和提取技术工艺的开发。首先通过喷雾干燥获得富含番茄红素的干菌体产品。然后基于菌体中番茄红素残留率，综合比较了多种破壁方式的效果，结果表明研磨法与酶解法对酵母细胞破壁效果最佳。番茄红素最佳萃取溶剂用量为细胞干重的50倍，在以上破壁和提取工艺条件下，番茄红素萃取收率达90.7%。番茄红素结晶纯化最佳工艺为：结晶温度4℃、在50℃乙醇洗涤3次，结晶纯化收率达95.42%。番茄红素晶体纯度为96.94%，总收率达86.5%。 在酶解法破壁基础上开发了番茄红素发酵自循环绿色生产技术，通过离心技术在线分离番茄红素及破壁菌体，并将发酵水资源和破壁菌体循环利用于下一阶段的发酵生产，结合基料补偿策略，在70L发酵罐上完成连续3次自循环生产，番茄红素平均产量达到5.88g/L，比起始批次高22.25%。基于实验室工艺进行经济性分析发现，自循环到第4次时，单位产品成本下降幅度最大，比起始批次下降了29.6%，此时化学需氧量排放量降低了64.0%。该技术为未来绿色生产提供了技术基础。 最终，该发酵工艺在12m3发酵规模上实现了成功放大，番茄红素最终产量稳定达到5.2g/L。利用菌体喷雾干燥工艺，制得粒径均匀的番茄红素微胶囊菌粉产品。这些菌粉产品在蛋鸡上进行了产品应用验证，结果表明饲料中添加150mg/kg番茄红素微胶囊菌粉对于鸡蛋的着色和品质改善具有较好的效果。
NETL