利用盐藻(Dunaliella)培养生产β-胡萝卜素

摘　要　盐藻是一种高含β-胡萝卜素的广盐性微藻。本文介绍了β-胡萝卜素的功能、生产方法、盐藻的生物学特征,研究了利用盐藻生产β-胡萝卜素的优化工艺条件和新型光生物反应器的开发应用。

关键词　盐藻　β-胡萝卜素　光生物反应器

β-胡萝卜素

胡萝卜素是一种极具营养、药用价值的物质,它有α-、β-、γ-等胡萝卜素异构体,其中最重要的是β-胡萝卜素。其生理功能是,1∶VA的前体,即一分子β-胡萝卜素可分解为二分子VA。经测算0.6ugβ-胡萝卜素相当于1国际单位的VA[1],且β-胡萝卜素能存在于肝脏内而不会引起VA过量的毒害。故在医学上它可取代VA用于治疗VA缺乏症(如夜盲症、上皮细胞角质化、皮肤干燥等)和光敏感患者的治疗。2.防止衰老、预防和抵抗癌症。医学界一致认为β-胡萝卜素是极好的抗氧化剂,在人体内起到清除氧自由基的作用。Masushige(1992)指出:β-胡萝卜素能抑制活性氧的形成并能清除氧自由基,Louise(1992)研究认为:β-胡萝卜素能提高人的免疫功能,防止肿瘤形成及动脉粥样硬化;其次,β-胡萝卜素与过氧化基团反应生成阿扑胡萝卜素从而保护机体作用。

而β-胡萝卜素中只有顺式异构体能捕获生物体内化学活性自由基,降低因自由基诱发的过氧化作用。3.具强着色力的天然色素。β-胡萝卜素在一般食品pH范围内性能稳定且能生成自然悦目的黄—橙—红色,在食品加工工业中是优良的食用色素;在化妆品工业,不仅色泽亮丽而且能保护皮肤、防止老化。联合国粮食组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)食品添加剂委员会一致推荐β-胡萝卜素为A类营养色素。我国规定β-胡萝卜素最大使用量为0.2g/kg,添加量为1-2mg/kg[2]。因其生理功能及在体内完全代谢而无毒副作用,故现在市场需求不断增加,全世界需求量在千吨以上,仅美国每年以10-15%速度递增[3]。

β-胡萝卜素的生产最初是用提取法从天然物中获得,所使用的原料主要是胡萝卜,其含量约占鲜重的0.04%,含量低、提取工艺复杂和产品着色力较差而导致天然提取方法不经济。于是人们转向用化学合成法生产β-胡萝卜素,美、澳、日等国早已工业化生产,我国也有厂家于1988年以β-紫罗兰酮为原料进行生产。但化学合成β-胡萝卜素总带有副产物,随人民生活水平的提高和对化学合成品的警戒并加之绿色波的冲击使其在食品、药品、化妆品等范围内使用受到限制,导致天然β-胡萝卜素需求量激增。于是人们又重新去寻找和生产天然β-胡萝卜素,以进一步取代化学合成品来满足社会需求。

首先,采用微生物法,如真菌及酵母菌进行生产,真菌、酵母菌不受环境等条件的限制易于工业化生产。真菌产量最高的为改良三胞布拉霉菌(Blakeslea tripora),β-胡萝卜素的最高实验水平已达3-3.5g/L,工业化生产也达1g/L。前苏联和东欧几国已进行工业化生产,但生产效益较低,因实际存在许多问题有待进一步深入研究解决。在酵母菌方面,我国张素琴[4]和巴西Nattell(1990)等都已对酵母菌进行过研究,终因其含量不高而难于实际生产。很多种海洋细菌都含有β-胡萝卜素,尤其许多嗜盐细菌含量较高,科学工作者正在海洋寻找和筛选高产β-胡萝卜素的菌种,如选育到高产β-胡萝卜素菌种就会有较好前景。

展望

相信不久的将来,利用盐藻生产β-胡萝卜素会在我国有大的发展。首先,降低生产成本可采用以下方法:①运用遗传工程方法,如将与合成β-胡萝卜素有关基因调出后转入到大肠杆菌等菌体内,培养这种基因工程菌进行生产(我校姜建国博士后正在做这方面的工作),或用原生质体融合方法选育生长更快、含β-胡萝卜素更高的新藻种;①开发新型光生物反应器,优化培养工艺,达到缩短培养周期、提高培养密度和提高含量;③采用更简易地收获分离技术。其次,进一步显示天然β-胡萝卜素优于人工合成β-胡萝卜素。盐藻、植物细胞内β-胡萝卜素的顺式、反式异构体之比与人体血清内的相同(1∶1),而人工合成β-胡萝卜素99%以上为全反式[6,11],因β-胡萝卜素只有顺式异构体才具防癌、抗癌、防衰老等功效;最后,进一步

开发天然β-胡萝卜素在食品、药品和化妆品等领域中的应用,扩大天然β-胡萝卜素使用范围。通过这些步骤将会使天然β-胡萝卜素的市场得到不断持续发展,这导致利用盐藻培养生产β-胡萝卜素在我国也会有大的发展。