淺析紅發(fā)夫酵母發(fā)酵生產(chǎn)蝦青素雞蛋應(yīng)用前景

摘要：蝦青素存在于藻類、微生物和海洋動(dòng)物中，具有增強(qiáng)免疫力、抑制腫瘤和延緩衰老等功效，是目前世界上發(fā)現(xiàn)的極強(qiáng)的天然抗氧化劑，具有突出的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的蝦青素吸收方式是服用膠囊，吸收效果差，費(fèi)用較高，副作用突出，通過紅發(fā)夫酵母發(fā)酵，優(yōu)化發(fā)酵工藝，提高產(chǎn)物蝦青素濃度，具有生產(chǎn)周期短、成本可控等優(yōu)點(diǎn)，推廣價(jià)值顯著。將發(fā)酵液分離提純，烘干后的菌粉與飼料混合飼喂蛋雞，能夠得到具有穩(wěn)定蝦青素含量的高附加價(jià)值雞蛋，利潤(rùn)區(qū)間明顯，對(duì)周邊養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展具有極其重要的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：蝦青素雞蛋；紅發(fā)夫酵母；發(fā)酵；營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

習(xí)近平總書記在黨的二十大報(bào)告中提到：樹立大食物觀，發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，構(gòu)建多元化食物供給體系。發(fā)展鄉(xiāng)村特色產(chǎn)業(yè)，拓寬農(nóng)民增收致富渠道。所謂“大食物觀”，即“向耕地草原森林海洋、向植物動(dòng)物微生物要熱量、要蛋白，全方位多途徑開發(fā)食物資源”的一種新觀念，是推動(dòng)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要內(nèi)容。大食物觀的基礎(chǔ)是糧食，而人們不僅要向“主糧”要食物，也要向“副食”要食物，所謂的“副食”，包括肉、奶、水產(chǎn)品、果蔬等類別[1]。通過向飼料中添加蝦青素菌粉，獲取了含有蝦青素高附加價(jià)值的雞蛋[2]，一方面極大提升了雞蛋的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和抗氧化性，另一方面促進(jìn)了人體對(duì)DHA、優(yōu)質(zhì)蛋白、礦物質(zhì)及維生素等營(yíng)養(yǎng)素的吸收，具有突出的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。

1 蝦青素背景

蝦青素（astaxanthin）在生物界普遍存在，特別是一些常見的水生動(dòng)植物（比如三文魚、蝦、各種藻類和部分鳥類羽毛）中，含量比較顯著，是水生生物細(xì)胞中最主要的一種類胡蘿卜素。自然界中存在的蝦青素具有多種突出生理性功能，其防止細(xì)胞氧化、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗腫瘤、抗疲勞等優(yōu)勢(shì)明顯：蝦青素被認(rèn)為是最強(qiáng)天然抗氧化劑之一，可以有效清除細(xì)胞內(nèi)的氧自由基，維持內(nèi)環(huán)境的平衡和減少衰老細(xì)胞堆積，由內(nèi)而外地維持細(xì)胞和DNA穩(wěn)定[3]。

目前，合成蝦青素的方法主要有四種[4]：

1）化學(xué)合成法。依據(jù)具體原理的差異，此種方法可以分為半合成法和全合成法：半合成法是利用角黃質(zhì)、葉黃素和玉米黃質(zhì)等類胡蘿卜素作為蝦青素的合成材料，而全合成法則主要是以化工類原料為主要的原材料，通過一系列復(fù)雜的化學(xué)合成反應(yīng)來制備蝦青素。化學(xué)法合成蝦青素的突出優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)成本偏低、蝦青素產(chǎn)量穩(wěn)定且純度高。但此種方法合成的蝦青素往往存在穩(wěn)定性較差，安全性以及抗氧化活性低等不足。

2）雨生紅球藻[5]。在目前已知的所有合成蝦青素的藻類中，雨生紅球藻蝦青素含量最高，在合成蝦青素的所有生物體中，雨生紅球藻的蝦青素積累狀況也異常突出，是合成蝦青素最佳生物之一，蝦青素積累量最高能夠達(dá)到其細(xì)胞干重的4%。但是，此類方法的缺點(diǎn)是：生長(zhǎng)較為緩慢，通常需要較長(zhǎng)的培養(yǎng)周期；在正常的生長(zhǎng)條件下蝦青素合成受限制，這對(duì)于蝦青素的規(guī)模化生產(chǎn)，是極大的不利因素[6]。

3）甲殼類動(dòng)物加工[7]。提取蝦青素的另一類原材料是海洋甲殼類動(dòng)物加工后的下腳料，蝦青素在甲殼類動(dòng)物中存在的形式是通過與有效蛋白質(zhì)結(jié)合，形成色素蛋白結(jié)合體。依據(jù)提取方式的差異，目前國(guó)內(nèi)外的方法主要包括堿提法、油溶法和有機(jī)溶劑法等[8]。由于堿液可以實(shí)現(xiàn)高效脫蛋白的效果，用熱堿液對(duì)甲殼類動(dòng)物下腳料進(jìn)行處理，蝦青素便會(huì)隨著蛋白質(zhì)同時(shí)溶出，從而達(dá)到高效收集的目的；利用蝦青素的良好的脂溶性，油溶法通常使用可食用油脂類物質(zhì)如大豆油等作為提取的介質(zhì)。

4）真菌。自然界中，紅發(fā)夫酵母和粘紅酵母等真菌類微生物都具備合成蝦青素的能力[9]。而其中，又屬紅發(fā)夫酵母[10]蝦青素表達(dá)量最為突出，野生型紅發(fā)夫酵母中蝦青素含量可達(dá)菌體干重的0.05％，某些紅發(fā)夫酵母突變株系中甚至可以達(dá)到0.3％，并且其合成的類胡蘿卜素中，蝦青素是最主要的成分，所以紅發(fā)夫酵母是目前微生物發(fā)酵生產(chǎn)蝦青素最普遍采用的菌株[11]。正因如此，紅發(fā)夫酵母通常也被認(rèn)為僅次于雨生紅球藻的蝦青素最佳來源。

2 發(fā)酵工藝優(yōu)化

通常來講，微生物發(fā)酵的結(jié)果受菌體遺傳特性和培養(yǎng)環(huán)境兩方面控制。通過育種技術(shù)的提升，改變微生物的內(nèi)在遺傳信息，可以得到高產(chǎn)蝦青素的紅發(fā)夫酵母菌株[12]；同時(shí)，改變酵母的培養(yǎng)環(huán)境也可以起到提高蝦青素產(chǎn)量的作用，這主要包括優(yōu)化培養(yǎng)基（種子培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基、補(bǔ)料培養(yǎng)基）組成、pH條件、底物濃度、溶氧狀況、添加劑種類和發(fā)酵工藝等培養(yǎng)條件[13]。國(guó)內(nèi)外針對(duì)紅發(fā)夫酵母發(fā)酵工藝優(yōu)化，許多位學(xué)者分別選取了不同的方向，得出了具有一定價(jià)值的結(jié)論和規(guī)律。

3 蝦青素提取方法

蝦青素在細(xì)胞內(nèi)合成，屬于胞內(nèi)物質(zhì)，紅發(fā)夫酵母以橢圓形的單細(xì)胞為主，蝦青素約占其干重的0.12%。細(xì)胞壁是由甘露聚糖、葡聚糖及蛋白質(zhì)組成的典型酵母“三明治”構(gòu)型，厚約24nm，同樣增加了蝦青素的提取難度。因此，為了有效促進(jìn)蝦青素的釋放，有學(xué)者選用了通過蒸餾水或者檸檬酸進(jìn)行自溶的方法，或者先用機(jī)械破碎的方式破壞菌體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，再通過有機(jī)溶劑進(jìn)行提取[14]。綜合比較各種方法，比較理想且可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的途徑是有機(jī)溶劑萃取的方法，在這種固-液萃取過程中，包含了溶劑滲透、色素溶解、溶解度擴(kuò)散等一系列的步驟。

蝦青素粗提物中除了蝦青素以外，通常還會(huì)有蝦青素衍生物、脂質(zhì)等雜質(zhì)，影響蝦青素的分析檢測(cè)結(jié)果，故需對(duì)其進(jìn)行分離純化以得到高純度的蝦青素。常用的純化方法主要有柱層析法、高效液相色譜法、薄層層析法、重結(jié)晶法等，此外近年來還出現(xiàn)了高速逆流色譜法等新技術(shù)[15]。

4 蝦青素雞蛋

紅發(fā)夫酵母發(fā)酵液中，蝦青素菌體的含量約為20 mg/L，通過對(duì)發(fā)酵液固液分離、烘干處理，將發(fā)酵液與養(yǎng)殖場(chǎng)雞飼料按照一定比例混合，飼喂蛋雞并定時(shí)收取雞蛋。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所的研究發(fā)現(xiàn)，添加天然蝦青素可以提高雞蛋的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，有助于增加儲(chǔ)存期蛋品質(zhì)的穩(wěn)定性，減緩蛋清水化。

與普通雞蛋相比，蝦青素雞蛋主要有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：

1）雞蛋中蝦青素所具備的淬滅單線態(tài)氧和捕捉自由基的能力比β-胡蘿卜素高十余倍[16]，比維生素E強(qiáng)百余倍，因此具有顯著的抗氧化、抗衰老、提高免疫力功效；

2）雞蛋中的蝦青素還能促進(jìn)眼睛和大腦的發(fā)育，預(yù)防心腦血管疾病、緩解眼部疲勞等；

3）雞蛋中蛋黃脂質(zhì)能夠包裹蝦青素，與人體細(xì)胞的卵磷脂結(jié)構(gòu)相似，不僅保留了蝦青素的高活性，還提高了吸收率；

4）蝦青素雞蛋相比普通雞蛋還降低了70%的膽固醇，提高卵蛋白吸收率98%，更健康、更安全；

5）蝦青素雞蛋對(duì)老年人非常有益。隨著年齡的增長(zhǎng)，老年人的免疫系統(tǒng)機(jī)能下降，極易受到細(xì)菌、病毒、真菌等感染。蝦青素雞蛋能夠提高老年人的免疫力，幫助他們抵抗疾病。

5 問題與展望

以紅發(fā)夫酵母為起點(diǎn)，通過微生物發(fā)酵、菌粉飼料配制、蛋雞人工飼喂等無公害操作，得到附加值高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值突出的抗氧化雞蛋，雞蛋中平均含有蝦青素1.127 mg/枚，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于市場(chǎng)雞蛋中含量，并且產(chǎn)量穩(wěn)定，推廣價(jià)值突出，有效促進(jìn)人體對(duì)DHA的吸收，對(duì)特殊人群（學(xué)齡期兒童、青少年、孕婦、乳母、老年人）市場(chǎng)前景更加顯著。

紅發(fā)夫酵母發(fā)酵生產(chǎn)蝦青素雞蛋，目前存在以下幾個(gè)問題：

1）與雨生紅球藻生產(chǎn)的蝦青素相比，紅發(fā)夫酵母發(fā)酵收集的蝦青素抗氧化性差，產(chǎn)品純度低，市場(chǎng)價(jià)值有待進(jìn)一步提升；

2）蝦青素屬于胞內(nèi)物質(zhì)，需要破壁提取，目前提取工藝落后，成本較高；

3）蝦青素菌粉與雞飼料混合后，飼喂效果下降，雞產(chǎn)蛋率不高，需要進(jìn)一步提升。

與雨生紅球藻獲取蝦青素相比，紅發(fā)夫酵母發(fā)酵生產(chǎn)蝦青素目前產(chǎn)率較低、蝦青素抗氧化性差、市場(chǎng)價(jià)值難以滿足需求，但紅發(fā)夫酵母發(fā)酵生產(chǎn)蝦青素具有工藝簡(jiǎn)單、方法靈活，不受場(chǎng)地限制等優(yōu)勢(shì)，在將來推廣價(jià)值較高。通過紅發(fā)夫酵母發(fā)酵的形式生產(chǎn)蝦青素，進(jìn)一步獲取高附加值、高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的蝦青素雞蛋，對(duì)于目前家禽養(yǎng)殖，具有良好的指導(dǎo)意義，技術(shù)推廣價(jià)值高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。■

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收稿日期：2024-01-22

作者簡(jiǎn)介：劉龍飛（1987— ），男，山東濰坊人，助教，碩士研究生學(xué)歷，主要從事發(fā)酵工藝優(yōu)化研究。E-mail： liulongfei@qdec.edu.cn。