一種低碳生產類胡蘿卜素的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及類胡蘿卜素的制備，具體涉及一種低碳生產類胡蘿卜素的方法。
【背景技術】
[0002]類胡蘿卜素是一組具有抗氧化性的脂溶性色素的總稱，其作為人和動物體內的一類重要生物活性物質，具有增強機體免疫力、抗輻射、抗腫瘤和治療光敏性疾病等重要作用，在食品、化妝品、醫藥和飼料等行業有著廣泛的應用。目前，類胡蘿卜素已被FA0、歐共體及WHO等國際組織認定為A類營養色素，而近年來，圍繞類胡蘿卜素的產業化開發也正在逐步形成。
[0003]類胡蘿卜素的工業化生產方法可以采用化學合成法或植物提取法。化學合成類胡蘿卜素不僅技術復雜，而且其作為食品添加劑使用會影響食品的味道，降低人體吸收的比例，同時還存在一定的副作用。因此，伴隨著人們崇尚綠色食品的心理日益增強，近年來越來越多的學者將研究方向轉向天然色素的開發和利用。由于從植物中提取類胡蘿卜素的傳統制備工藝具有較高的成本和操作復雜性，因此，類胡蘿卜素的工業化生產受到了巨大的限制。利用微生物發酵生產類胡蘿卜素，不僅成本低廉，工藝簡單，而且能夠保證產品的優質和穩產，因此，利用微生物生產類胡蘿卜素是生物資源型類胡蘿卜素來源的主要途徑。
[0004]目前，已報道的能產生類胡蘿卜素的微生物菌株主要是三孢布拉氏霉菌和紅酵母，前者已經處于中試和產業化應用階段，后者則尚處于實驗室小試階段。三孢布拉氏霉菌雖然色素產量高，但是培養工藝復雜，生產周期長，而紅酵母生產類胡蘿卜素則具有營養要求簡單，培養周期短，菌體含有豐富的蛋白質、氨基酸和維生素等可綜合利用的優點。
[0005]中國專利CN105039484A公開了一種利用海洋紅酵母高產類胡蘿卜素和銅發酵培養方法，包括如下:所述海洋紅酵母WYNl在含銅培養基中發酵培養高效生產類胡蘿卜素，發酵培養基組成為葡萄糖I %，酶解玉米粉1-3%，蛋白胨2.5%，硫酸鎂0.02%，磷酸二氫鉀0.15%,銅含量150-200mg/L，氯化鈉20 %，其余為水;初始pH為8，接種3_8 %，搖床轉速為50-80r/min，24-28 °C培養10-15小時后調整溫度為16-20 °C進行低溫靜止培養，停止攪拌，pH調整為3-5，保持2-4小時;之后階梯形升溫到24-30°C，pH調整為4.6-5.5，按照2.5%的添加量添加蛋白胨，按照2 %的量添加酵母粉;搖床轉速為50-100r/min，繼續發酵10_15h。
[0006]中國專利CN104130952 A公開了一株膠紅酵母及其在發酵生產類胡蘿卜素和油脂中的應用。本發明的技術方案要點為:一株膠紅酵母菌Rhodotorulamuci Iaginosa，保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，CGMCCN0.8926。本發明提供的膠紅酵母可用于發酵生產類胡蘿卜素和油脂。本發明利用紅酵母生產類胡蘿卜素并且同時產生油脂，并對生產菌株進行多輪ARTP(常壓室溫等離子體)誘變，獲得產量較高的誘變菌株，對類胡蘿卜素和油脂的工業化生產提供有良好的應用前景和經濟效益。
[0007]有的細菌也能產生類胡蘿卜素:中國專利CN 104805168 A公開了一種利用光合細菌微氧發酵快速生產類胡蘿卜素的方法:將活化的光合細菌(Rhodobacter sphaeroides)接種至MMS培養基中，好氧培養至0D600為0.6-0.8，然后調節培養條件至微氧，誘導類胡蘿卜素快速大量合成，然后進行提取、純化，利用本發明方法發酵生產類胡蘿卜素的時間短，僅需要36小時，且菌體產量高達6g/L，類胡蘿卜素的產量和產率分別是8.287mg/L和1911yg/g，具有良好的清除DPPH自由基的能力，IC50約為8yg/mL。
[0008]中國專利CN102732049 B公開一種從微生物菌體中提取制備類胡蘿卜素的方法。該方法是微生物菌體發酵結束后，發酵液與菌體分離得到濕菌體，再通過物流管道導入爆破罐中進行高壓蒸汽爆破破壁;細胞破碎后的濕菌體脫水，得到菌體碎片形成的濾餅;每千克濾餅加入有機溶媒10?25升，30?55 °C攪拌浸提20?50分鐘;過濾，得到含類胡蘿卜素油脂的有機溶媒提取液;提取液在40?60°C條件下真空濃縮，回收有機溶媒，得到類胡蘿卜素油脂，單次提取收率達90%以上。本方法省去傳統工藝中的脫水干燥和菌體粉碎工序，工藝流程短、單次提取收率高且用時短、有機溶媒用量減少，能耗和其他成本顯著降低。整個過程簡單、質量可控，適合于工業化生產應用。
[0009]上述公開的專利不論是何種微生物，其發酵制備類胡蘿卜素的原料均為常規培養基配料成分，成本較高，且類胡蘿素獲取率產量和產率都較低，不適合目前低碳生產的環保要求。
[0010]中國專利CN102286594 A公開了一種利用高纖維農副產品發酵生產類胡蘿卜素的方法，是將高纖維農副產品原料粉碎處理，與輔料即O?6.0 %硫酸銨、和/或O?3.0 %磷酸二氫鉀、和/或O?1.0%氯化鈣和/或O?1.0%硫酸鎂混合均勻后潤水蒸料;蒸料完成后冷卻20?40 °C，接粗壯脈紋胞菌，20?40 °C下光照培養2?I Od;將培養好的培養基或收集孢子干燥后酸法破壁，然后用丙酮或乙酸乙酯浸提類胡蘿卜素；對所提色素進行分離、純化后制成類胡蘿卜素成品。本方法具有過程易操作控制，生產成本低，發酵周期短，類胡蘿卜素產量高等優點。上述公開的專利發酵周期較長，生產成本高，類胡蘿卜素的產量和產率仍不理想。
[0011]黃桃的營養十分豐富，它的主要營養成份有:豐富的維生素C和大量的人體所需要的纖維素、胡蘿卜素、番茄黃素、紅素及多種微量元素。如砸、鋅等含量均明顯高于其它普通桃子，還含有蘋果酸、檸檬酸等成分。常吃黃桃不僅能提供維持大腦功能的熱量，還可以調節身體中的脂肪代謝，每天吃兩只可以起到通便、降血糖、血脂，抗自由基，祛除黑斑、延緩衰老、提高免疫功能等作用，也能促進食欲，堪稱保健水果、養生之桃。容易疲倦的人，在污染環境工作的人、嗜好抽煙的人、從事劇烈運動和高強度勞動的人、長期服藥的人都很適合常吃黃桃。
[0012]由于黃桃極不耐儲存，目前主要以罐頭深加工為主，罐頭生產的下腳料，如削掉的果皮，挖去的果核及殘次果等，占原料重量的30 %左右，大部分爛掉，或被扔掉、慪成肥料，有的堆積于廠外造成公害，污染環境且原料浪費很大，同時增加了產品生產成本。一般來說，每百克黃桃果肉含類胡蘿卜素約在1-10毫克之間，罐頭加工后類胡蘿卜素保存率平均為40%左右，其含類胡蘿卜素的量的多少也是衡量黃桃罐頭品質的指標之一。除了改善工藝盡可能多的保留類胡蘿卜素外，添加天然胡蘿卜素也是提高黃桃品質的重要手段。黃桃果皮是黃桃罐頭的下腳料之一，每百克果皮含還原糖2.4克，總蛋白0.037克，胡蘿卜素0.0085克，還含有多種豐富的維生素。具有較好的再綜合再利用價值。
[0013]目前，還未見以黃桃罐頭下腳料為原料發酵制備類胡蘿卜素的相關文獻或報道。

【發明內容】

[0014]本發明所解決的技術問題是克服現有發酵制備類胡蘿素的缺陷，以黃桃罐頭下腳料為主要原料，經微波固色、冷凍破碎、生物酶解得到類胡蘿卜素含量較高的果汁，調整成分后得到發酵培養基，向其中接種高產類胡蘿素的海洋紅酵母進行分次接種、變溫發酵，使得海洋紅酵母最大化增殖，發酵液經超高壓均質、真空離心、破乳分離后得到乳狀液，乳狀液經提取、分離、純化后得到成品類胡蘿卜素。
[0015]為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0016]—種低碳生產類胡蘿卜素的方法，包括如下步驟:
[0017]I)果汁制備:首先將黃桃罐頭下腳料放入微波干燥機中于功率3_5kW、料層厚度2-4?11、105-115°(:、干燥2-41^11，然后浸泡在質量百分比為10-14%的絲膠肽溶液中10-151^11，于-18—22°C冷凍20-40min后立即進行粉碎，冷凍料層厚度3-5cm，粉碎物粒徑0.3-0.5mm，接著加入粉碎物質量1-3倍的水，用乳酸調節pH值為3.5-5.5，于室溫下在電場強度25-35kV/cm，脈沖時間300-500ys,脈沖頻率200-300Hz條件下進行高壓脈沖電場處理20-30min;然后于室溫在功率150-300W條件下進行微波輻照提取15-20min，同時在功率200-300W，頻率30-40KHZ條件下進行超聲波輔助提取;加入提取液質量3-5 %的混合酶，于40-500C酶解30-50min，過濾，得果汁；
[0018]進一步地，所述黃桃罐頭下腳料為:黃桃皮、殘次黃桃果肉中的任意一種或兩種以任意質量比混合；
[0019]進一步地，所述混合酶為纖維素酶、蛋白酶、果膠酶、單寧酶按質量比2-4:2-4:1-3:1-3均勻混合；
[0020]2)發酵培養基制備:向步驟I)制備的果汁中加入其質量5-9%的保護劑、1-3%的蔗糖、0.5-1.5 %的硫酸銨、2-4%的磷酸二氫鉀、0.5-1.5%的氯化鈣和0.5-1.5%的硫酸鎂得發酵培養基；
[0021]進一步地，所述保護劑以含有抗凍蛋白、顯著提高紅酵母抗冷、熱應激性、抗病性和免疫力的植物為原料，經高壓脈沖電場提取、超聲波輔助微波提取和復配酶酶解而制得的，可有效提高發酵過程中紅酵母的抗冷熱應激能力，提高其增殖能力和活菌存活率，同時可提高活性干紅酵母粉在冷凍干燥過程活菌存活率；
[0022]優選地，所述保護劑的制備方法，包括如下步驟:將冬黑麥、沙冬青、黃芪、黨參、淫羊藿、魚腥草分別清洗、瀝干，按質量比8-10:5-7:4-6:3-5:2-4:1_3均勻混合，加入混合物料質量0.1-1倍的pH值為3.8-4.5的乳酸潤濕3_8h,于-18—22°C冷凍1-2h后立即進行粉碎，冷凍料層厚度3-5cm，粉碎物粒徑0.5-3mm，接著加入粉碎物質量10-20倍的水，用乳酸調節pH值為3.5-5.5，于室溫下在電場強度25-35kV/cm，脈沖時間300-500μs，脈沖頻率200-300HZ條件下進行高壓脈沖電場處理20-30min;然后于室溫在功率150-300W條件下進行微波輻照提取15_20min，同時在功率200-300W