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近期天然色素市场,越来越关注生物功能和食品安全问题。化学合成的β-胡萝卜素通常比天然色素便宜,但许多不确定的疾病与合成色素的使用有关。从植物中提取的β-胡萝卜素,会受到产品原料、气候,运输条件的制约,成本高,产量较低。因此,微生物发酵法生产β-胡萝卜素的研究尤其重要。本研究从土壤等样品中对高产β-胡萝卜素菌株进行筛选,对其从液态发酵和固态发酵进行产量优化,并研究了在果汁饮料和碳酸饮料中的稳定性。主要研究结果如下:1、本研究从土壤和腐木中分离出有色菌株70株,其中有22株能够生产β-胡萝卜素,包括酵母19株,细菌3株。从中挑选四株经ITS序列分析,通过Blast程序与GenBank数据库中已知序列进行相似性比对,最终鉴定菌株S3-1和S3-6为近玫色锁掷孢酵母(Sporidiobolus pararoseus),菌株S17-1和S33-2为红酵母属(Rhodotorula sp.)。2、从中挑选出一株能够产β-胡萝卜素的纯度较高的高产菌株Sporidiobolus pararoseus S3-1,通过单因素和正交试验优化其培养基组成和发酵条件。最终确定培养基组成为:葡萄糖40 g/L、酵母浸粉30 g/L、硫酸镁0.2 g/L、无水氯化钙0.5 g/L、磷酸二氢钾0.8 g/L;发酵条件为:装液量40 mL/250 mL、初始pH为5.0、接种量6.0%、发酵时间84 h。该优化条件下生物量为21.03 g/L,β-胡萝卜素产量为(3.08±0.46)mg/L,较未优化前分别提高了76%、43%,在总色素含量中所占比例为60%。3、进一步研究了Sporidiobolus pararoseus S3-1固态发酵工艺,以豆粕和啤酒糟为主要发酵基质,通过单因素和响应面试验发现蛋白胨为最佳氮源,优化后发酵条件为豆粕:啤酒糟=7:3、装料量为22.80 g/250 mL、蛋白胨添加量0.5 g/L(0.61 g/kg基质)、接种量为13%、培养基含水量55%、发酵温度30°C、pH 5.0、发酵时间84 h。在最佳发酵条件下,β-胡萝卜素产量为2.71 mg/kg干基,比优化前提高了70%。发酵后混合基质中粗蛋白的含量比发酵前提高了5%,粗脂肪降低了68%,氨基酸总量比发酵前提高了20%,其中组氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、丝氨酸和异亮氨酸增加幅度大,更适合用作动物饲料。4、研究了Sporidiobolus pararoseus S3-1发酵所产β-胡萝卜素与合成型对光的稳定性。结果表明,在室外自然光下储存12天内,相比碳酸饮料,β-胡萝卜素更适合果汁饮料;在碳酸饮料中,合成型β-胡萝卜素稳定性比发酵型好。在室内灯光下储存12天内,发酵型β-胡萝卜素较合成型具有更好的稳定性,保存率在90%以上。研究了Sporidiobolus pararoseus S3-1发酵所产β-胡萝卜素与合成型对热的稳定性。结果表明,在20℃~60℃范围内保存6 h,发酵型和合成型β-胡萝卜素两者都具有比较高的热稳定性,保存率在89%以上。