蝦青素作為一種具有高抗氧化活性的萜類物質(zhì),在食品、醫(yī)療、化妝品和飼料等領域展現(xiàn)出了巨大的應用潛力。隨著消費者健康意識的提升,對天然蝦青素的需求日益增加,微生物發(fā)酵法作為實現(xiàn)蝦青素工業(yè)化生產(chǎn)的有效途徑,其生產(chǎn)效率與成本控制成為了研究重點。
蝦青素的合成方法
目前,生產(chǎn)蝦青素的方法主要包括天然提取法、化學合成法以及微生物發(fā)酵法。天然提取法是從龍蝦、螃蟹等甲殼類廢棄物中提取蝦青素,但產(chǎn)量極低、過程復雜、成本高昂,且提取過程易受污染,在經(jīng)濟上不可行。化學合成法生產(chǎn)周期較長且過程復雜,合成的產(chǎn)物是多種構(gòu)型混合的蝦青素并且還積累多種副產(chǎn)物,在生物體內(nèi)吸收利用率低于天然提取的蝦青素,因此不被批準用于人類使用。微生物發(fā)酵法是利用基因工程和發(fā)酵過程調(diào)控手段提高蝦青素產(chǎn)量,具有構(gòu)型明確、環(huán)境友好、副產(chǎn)物少等優(yōu)點。
蝦青素合成底盤細胞
底盤細胞在合成生物學中起到代謝反應的宿主細胞作用,因此選擇合適的底盤細胞,可以優(yōu)化代謝路徑,實現(xiàn)對生物產(chǎn)品的高效合成。
1.藻類
自然界中許多藻類都可以生產(chǎn)蝦青素,如雨生紅球藻、衣藻(Chlamydomonas)、 傘藻(Acetabularia)、裸藻(Euglena)等。雨生紅球藻是一種淡水單細胞綠藻,其蝦青素含量可達到細胞干重的5%,是蝦青素生產(chǎn)的主要藻類,但雨生紅球藻生產(chǎn)蝦青素的高昂成本限制了其大規(guī)模應用。
2.酵母
自然界中天然生產(chǎn)蝦青素的酵母主要有紅法夫酵母、黏紅酵母(Rhodotorula rubra )、海洋紅酵母(R. benthica )以及深紅酵母 (R. glutinis)等。隨著合成生物學的發(fā)展,基于基因工程構(gòu)建的工程酵母也可以生產(chǎn)蝦青素,如解脂耶氏酵母、釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、馬克斯克魯維酵母(Kluyveromyces marxianus)。相對于藻類等微生物而言,酵母生產(chǎn)蝦青素的底物來源廣泛、生長速度快、發(fā)酵周期短以及具有相對成熟的基因修飾工具。因此,酵母是目前蝦青素工業(yè)化生產(chǎn)的有潛力的底盤細胞之一。
3.細菌
由于細菌合成蝦青素的產(chǎn)量較低,因此國內(nèi)外研究蝦青素主要集中在藻類和真菌,對細菌合成蝦青素的研究相對較少。盡管大多數(shù)細菌的蝦青素含量遠低于一些藻類及真菌,但通過在細菌中引入合成蝦青素的相關基因,可以極大地提升蝦青素的產(chǎn)量。同時相比于真菌和藻類,利用細菌發(fā)酵更容易提取蝦青素,可大大簡化后續(xù)的提取工藝。
蝦青素是胞內(nèi)產(chǎn)物,因此從微生物中提取蝦青素分為兩個步驟:細胞的破壞和蝦青素的收集。相較于細菌,藻類和酵母的細胞壁堅韌且厚實,不易破碎,給產(chǎn)物的提取帶來了很大的困難。因此蝦青素的提取重點在于細胞的破壁處理。
ATS安拓思憑借其二十多年的行業(yè)經(jīng)驗,可以快速有效地破碎微生物細胞壁,大腸桿菌破壁率達99%,酵母破壁率超95%,使細胞內(nèi)的蝦青素得以充分釋放,提高提取效率。
破碎率高,一次破碎可達95%以上
特殊的進料閥設計,無需排氣,直接進料
全程控溫,直接吸收破碎產(chǎn)熱
變頻控制系統(tǒng),可根據(jù)要求調(diào)節(jié)流量
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四重過壓保護,確保安全性
從實驗到生產(chǎn),4000L/H
ATS專注于細胞生物領域,致力于為客戶提供高效、可靠的破壁技術和設備解決方案。通過不斷創(chuàng)新的工藝和設備,幫助客戶實現(xiàn)胞內(nèi)產(chǎn)物的有效釋放,提升生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本。
參考文獻:
周強,周大偉,孫敬翔,王靖楠,姜萬奎,章文明,蔣羽佳,信豐學,姜岷. 微生物發(fā)酵法合成蝦青素的研究進展[J]. 合成生物學,2024,5(1):126-143
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