Lycopene Production by Mated Fermentation of Blakeslea trispora
- 作者
- Sonia Martinez-Camara, Sara Rubio, Hannah del Rio, Marta Rodriguez-Saiz, José-Luis Barredo
- DOI
- 10.1007/978-1-4939-8742-9_15
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何利用三孢布拉霉（Blakeslea trispora）交配发酵在30 L规模高效生产番茄红素，并抑制番茄红素环化以避免其转化为β-胡萝卜素
研究策略
将（+）和（-）两种交配型菌株分别在营养阶段培养，然后在生产阶段按比例混合接种，并在发酵中后期添加番茄红素环化酶抑制剂咪唑（0.8 g/L），使番茄红素积累；同时确定了中试规模的关键工艺参数
核心内容
该研究建立了一种在30 L中试规模下利用三孢布拉霉交配发酵高效生产番茄红素的方法。研究人员将（+）和（-）两种交配型菌株分别在营养阶段培养至特定生理状态，随后以1:10的比例混合接种进入生产阶段，在发酵中后期添加终浓度为0.8 g/L的咪唑作为番茄红素环化酶抑制剂，阻断番茄红素向β-胡萝卜素的转化。在25 °C、溶氧维持在30%以上、通气量1.0–1.2 vvm的工艺条件下，发酵约144 h后番茄红素产量达到约1 g/L。实验表明，咪唑浓度过高会抑制菌体生长并降低产量，过低则导致β-和γ-胡萝卜素积累；同时确定了营养阶段（+）株PCV约35%、（-）株PCV约30%的最佳接种时机。该研究提供了一套完整可重复的中试工艺参数，证明通过适时添加环化酶抑制剂可在工业规模实现番茄红素的高效积累，为放大生产提供了直接参考。
创新点
提供了30 L中试规模的详细操作规程，包括两阶段营养生长、交配型混合比例（1:10）、咪唑添加时机和浓度、溶氧控制策略等
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Blakeslea trispora F-816 (+) | β-胡萝卜素生物合成途径（类胡萝卜素合成） | — | — | — | 交配型(+)菌株，生长较(-)快，营养阶段PCV约35%，pH约8 |
| Blakeslea trispora F-744 (-) | β-胡萝卜素生物合成途径（类胡萝卜素合成） | — | — | — | 交配型(-)菌株，生长较慢，营养阶段PCV约30%，pH约5.5 |
| Blakeslea trispora | β-胡萝卜素生物合成途径 | carRA | 八氢番茄红素合成酶（A结构域）/番茄红素环化酶（R结构域） | 催化 | carRA基因的A结构域催化两分子GGPP缩合形成八氢番茄红素，R结构域催化番茄红素环化生成γ-胡萝卜素和β-胡萝卜素 |
| Blakeslea trispora | β-胡萝卜素生物合成途径 | carB | 八氢番茄红素脱氢酶 | 催化 | 催化八氢番茄红素经四次脱氢生成番茄红素 |
关键发现
- 在30 L发酵罐中，发酵约144 h后番茄红素产量约1 g/L
- 咪唑终浓度0.8 g/L可完全抑制环化酶，过高（>0.8 g/L）则抑制菌体生长并降低产量，过低则导致β-和γ-胡萝卜素积累
- 最佳接种比例为(+)/(-)=1:10
- 营养阶段（+）株PCV约35%、pH约8、葡萄糖<0.5 g/L，（-）株PCV约30%、pH约5.5、葡萄糖<2 g/L
- 生产阶段采用25°C、250-600 rpm、通气1.0-1.2 vvm、背压0.5 kg/cm^2，溶氧控制在30%以上
研究结论
该章节描述了一个在30 L规模下利用B. trispora交配发酵生产番茄红素的有效且可重复的方法，通过在适当时间添加环化酶抑制剂实现番茄红素的高效积累，为工业放大提供了参考。