⽬前国内外虾青素研究的进展
《⽣物⼯程进展》1999,V o l.19,N o.1⽬前国内外虾青素研究的进展施安辉 萧海杰
(⼭东⼤学微⽣物系,济南,250100)红法夫酵母发酵⽣产虾青素的条件优
的虾、蟹、鱼和鸟类的⽻⽑。例如,⽕烈鸟的⽻⽑中就存在有⼤量的虾青素,在⼤马哈鱼的⾁中,虾青素占类胡萝⼘素的70%左右,有的甚⾄⾼达9918%。虾青素的⾊泽为粉红⾊,具有较强的抗氧化性、⽔不溶性和亲脂性,易溶于氯仿、丙酮、苯、和⼆硫化碳,氧化后即为虾红素(as2 tacene)。当前虾青素的获得主要是:从⽔产品的加⼯⼯业的废弃物中提取,培养藻类⽣产和利⽤某些酵母菌⽣产[1,2]。近年来,F.Hoff2 m ann2latoche已完成了全反式虾青素的⼈⼯合成,并被批准⽤于⼤马哈鱼的饲料添加剂。⼀、从⽔产品加⼯⼯业的废弃物中提取虾青素
当前,国外螯虾加⼯⼯业每年有1000万吨的甲壳纲⽔产品的废弃物,据美国报道,他们采⽤聚合剂提取系统从螯虾的废弃物中提取虾青素、虾青素酯和虾红素,其产率⾼达153Λg g (废弃物)。这些物质或以游离的形式存在,或与蛋⽩质、脂类等结合的形式存在。据分析,虾青素约占提取的类胡萝⼘素的90%以上。应注意的是,废弃物中的⽯灰质成分不利于虾青素的提取,在提取前应尽量地除去⽯灰质。
近来,挪威海洋渔业⼯业采⽤青贮法处理废弃物的技术。经过青贮处理后,回收率提⾼了10%,虾青素的纯度也⼤⼤地提⾼了。饲喂实验,虾
,虾青素的释放量提⾼,这是因为酸破坏了虾青素与蛋⽩质或⾻骼部分的结合,从结合状态游离出来。从⽔产加⼯的废弃物中提取虾青素的⼯艺技术如下:
⾸先,把废弃物置于双层⼄烯袋中,于零下70℃保存,⽤时粉碎成膏状物,即为螯虾粗粉。按重量⽐1∶1加⼤⾖油于粉碎的螯虾中,搅拌均匀,并⽤铅铂把容器围起来避光。40～50℃加热,不断地搅拌,最后加热到90℃停⽌,利⽤低温离⼼(0℃,11000r m in,10π),收集虾青素的油溶液分成双相的上层清液,⽤分液漏⽃分离,记录⾊素溶液的体积,⽤分光光度计来分析⾊素油提取物的光谱特征,在485nm处测定最⼤光吸收。虾青素油溶液的消光系数E为155,⽤下⾯的公式计算虾青素的量:虾青素(Λg g废弃物)=AD 100×GdE
式中:A:最⼤波长处的吸收值;D:回收的油体积(m l)×稀释倍数;G:螯虾废弃物(m g); d:细胞宽度(1c m);E:消光系数。⼆、培养藻类⽣产虾青素
在藻类中有不少的种类也能⽣产虾青素,如⾬⽣红球藻(H ae m a tococcus p luv ia lis),就是很重要的虾青素产⽣菌[4]。该藻类既能进⾏⾃养,也能够进⾏异养⽣活。在培养过程中,若氮
源缺乏,则在藻体内积累虾青素;若在培养中添加⼆价亚铁离⼦,虾青素的合成能⼒也显著增加,并伴有细胞形态上的变化,由营养细胞变成胞囊。据报道蓝光可以诱导类胡萝⼘素和虾青素的⽣物合成。⽬前,国外优良的⾬⽣红球藻体中虾青素⼀般约占类胡萝⼘素总量的90%以上,⽽且光照密度、光照时间以及光的性质多会影响虾青素的积累。实验证明,该藻的虾青素产量与光质量成正⽐(光质量=光密度×光照时间),持续光照⽐间断的光照效果好。
(P haf f ia
R 早由Phaff 等⼈于1970年在美国的阿拉斯加的⾼⼭上和⽇本北海道⼀带⼭区落叶树的渗出液中分离到的[5]。后经M iller 鉴定并命名为新属范菲亚属,1976年A ndrew s 等⼈发现它能够⽣产虾青素,1980年John son 把发酵培养菌体⽤于鲑鳟鱼和鲟鱼饲料中,并获得良好的效果。
红法夫酵母⽣产虾青素的条件为:碳源为葡萄糖、纤维⼆糖;氮源为硫酸铵;兼性好氧,间断通⽓;最适培养温度为20～22℃;最适pH 值为510。供氧速率要⾼于30mm o l h ,否则,低于此值时,细胞的产量和虾青素的产量都明显下降。氧⽓浓度达到30mm o l h时,再继续提⾼通⽓量,虾青素的产量提⾼不⼤[6,7]。
红法夫酵母形成虾青素的途径属于⽣长偶联型,试验得知,低氧和⾼浓度的葡萄糖能影响虾青素的产量。向培养基中添加西红柿汁时,虾青素的合成能⼒⼤⼤提⾼,这是因为西红柿中含有虾青素合成的前体物质,前体物质直接进⼊细胞,促进了虾青素的形成。最近,国外有⼈从保加利亚酸⽜奶中分离
到⼀株深红酵母(P hod otora la rubra ),与红法夫酵母相⽐,在同样的培养条件下虾青素产量⾼80倍,且营养要求粗放,⽣产速度快,完全可以代替红法夫酵母⽤于⼯业⽣产。四、粘红酵母突变株B F 26发酵虾青素⼯艺条
件的研究 我们⾼产虾青素菌株的选育课题组,利⽤我们从葡萄园⼟壤中分离的粘红酵母B F 26(虾青素的产量1138m g g ⼲细胞)为始发菌株,经紫外线和E M S 诱变处理,最终获得R hod otoru 2la g lu tin is 突变株B F 26,虾青素的最⾼产量为113m g g ⼲细胞。以B F 26为发酵菌株,探讨了碳源、氮源、温度、pH 值、
通氧率、维⽣素和添加前体物质对虾青素的影响,其结果为:
6%的葡萄糖为最佳碳源,若浓度超过7%以上,虾青素的累积反⽽下降,以12%的糖蜜代替葡萄糖进⾏发酵,虾青素的产量为1125mg g ⼲菌体。
酵母膏为氮源对B F 26累积虾青素影响明显,酵母膏的加⼊量为10m g 100m l ,100m g 100m l ,1000m g 100m l 时,虾青素的累积量分别为1126m g g ⼲细胞,1128m g g ⼲细胞,1140m g g ⼲细胞,硫酸铵和尿素为氮源时,对B F 26菌株的⽣长和虾青素的累积均⽆明显的影响。
pH 在512～515之间,最适合B F 26菌株的⽣长和虾青素的累积。所以,发酵过程要不断回调pH 值。B F 26菌株最适宜的⽣长和虾青素的累积的温度为29—30℃,在发酵过程中,溶氧值不低于35mm o l lh 否则,虾青素的累积量减少,⽽Β2胡萝⼘素的含量增加。同时,我们也探讨了在发酵液中添加前体物质番茄汁(含有虾青素合成的前体物质番茄红素),随着番茄汁加⼊量的增加,虾青素的累积量也有所提⾼,最⾼可达1143m g g ⼲细胞,若在发酵液中适量添加胡萝⼘素浓缩汁,虾青素的产量最⾼可达1139m g g⼲细胞。 五、虾青素在⽔产养殖中的作⽤
近⼗年来,随着国内外⽔产养殖事业的发展,虾青素的需求量越来越⼤,例如,⼈⼯养殖⼤鲑鱼1978年全世界不⾜10000吨,1987年达到15000吨,⽽到1990年则猛增到20000
吨。国外从1980年开始就实验把红法夫酵母添加到鲑鱼、鲟鱼类的饲料中,获得了理想的饲喂效果,鲑鱼和鲟鱼⾷⽤了经破碎细胞壁的红发夫酵母后,虾青素的累积使得⽪肤和肌⾁呈红⾊[9],这种鱼⾊泽鲜艳,⼝味好,在欧美市场很受青睐,其价格也⽐普通的鱼⾼出许多。进⼊90年代,欧洲、美国和加拿⼤,鲑鱼和鲟鱼养殖业发展迅速,据测定,红鲑鱼的虾青素含量⼀般在5～20m g g公⽄鲜重,⽽虾青素喂养的⼀般量在40～150m g 公⽄,按年养殖⼆⼗万吨鲑鱼计算,每年需虾青素8～32吨[10]。
⽬前,我国沿海⼀带正在⼤⼒发展对虾、蟹⼦等的⼈⼯养殖,湖沼⼀带进⾏龙虾、红鲤鱼等的⼈⼯养殖。为了提⾼以上⽔产品的品质,提⾼被养殖物种的抗病能⼒,利⽤红法夫酵母作为饵料,有着很重要的经济意义。我们的课题组以我们分离选育的粘红酵母为菌种,进⾏中试⽣产虾青素,进⾏对虾饲养实验,也获得了⽣长发育较快、⾊泽鲜艳的初步效果。
蛋黄在⾷品⼯业是很重要的着⾊剂,但蛋黄本⾝的⾊泽直接影响着⾊效果。但是,在饲喂过程中,由于饲料中缺少胡萝⼘素酮,因此,蛋黄中积累的类胡萝⼘素较少,⾊泽浅。若在饲料中适量添加红发夫酵母,家禽⾷⽤虾青素后积累在蛋黄中,使其颜⾊加深,这种蛋黄既营养丰富,⼜能提⾼着⾊效果[11]。同时,酵母也是单细胞蛋⽩,也可起到对家禽促进⽣长发育和提⾼产蛋率的作⽤。在这⽅⾯,我们把粘红酵母B F2 6的细胞破碎后饲喂蛋鸡,也取得了相似的效果。参考⽂献
[1]戴亦军等;⽣物技术,1996年(3):41-44. [2]A drlanne Bendich:J.N utr,135-137,1988.
[3]H elga Gerster:Internat,J.V it N utr.R es,63:91-121,1933.
[4]T,L o tan and J.H irschberg:FEBS L ett,3(2):125-128,1995.
[5]A.G.A ndrew es,H.J.Phaff et al:Phytochem istry,15:1003-1007,1976.
[6]N.F.H arrd:B i o techno logy L etters,10:609-614,1988.
[7]W.A.Sch toeder and E.A.Johnson:Journal of B i o logi2cal Chem istry,270(31):18374-18379,1995.
[8]施安辉:《粘红酵母突变株BF26发酵虾青素的研究》,科学通报(待发表)
[9]E.A.Johnson,T.G.V illa,et al:A quaculture,20:123-134,1980.
[10]Gil2H aw an A n,Jane,B ielich et al:B i o techo logy,9,1991.
[11]E.A.Johnson,M.J.L ew is et al:Poultry Science59:1777-1782,1980.
Advance m en t of Research on A staxan th i nSh i A nhu i X iao H aijie
(D epartm ent of M icrobi o logy,Shan Dong U niversity,J inan,250100)
Abstract T he p resen t review w ill try to in troduce the research of astaxan th in at hom e and ab road,conditi on s op ti mizati on of p roducing astaxan th in by P haf f ia rhod ozym a,and the app lica2 ti on of astaxan th in fo r aquacu ltu re.
