食用丝状真菌粗糙脉孢霉高效合成B族维生素和类胡萝卜素的生物技术研究及其在食品饲料中的应用价值

本研究针对全球食品短缺和营养强化需求，通过优化生理条件、金属辅因子及前体物质，显著提升了食用丝状真菌Neurospora intermedia的B族维生素（B1/B2/B3/B6）和类胡萝卜素产量（最高达168.23 μg/g）。研究揭示了葡萄糖、钼离子（Mo2+）和琥珀酸钠对生物活性物质合成的调控作用，为可持续食品/饲料资源开发提供新策略。

　　

随着全球人口增长和气候变化加剧，传统农业生产面临土地资源紧张、温室气体排放等问题，到2050年食品需求预计将翻倍。在这一背景下，微生物来源的营养物质成为解决粮食安全的新途径。丝状真菌因其高蛋白含量和丰富的次级代谢产物备受关注，其中粗糙脉孢霉（Neurospora intermedia）作为印度尼西亚传统发酵食品的原料，具有合成多种生物活性物质的潜力。然而，关于该菌株同时生产B族维生素和类胡萝卜素的研究尚未系统开展，其工业化应用潜力亟待挖掘。

为解决这一问题，伊朗伊斯法罕大学的研究团队在《Food Bioscience》发表论文，通过多因素优化策略显著提升了N. intermedia ATCC 9276的生物量（8.6 g/L）和活性物质产量。研究采用高效液相色谱（HPLC）分析维生素含量，紫外分光光度法测定类胡萝卜素，并通过单因素实验设计（OFAT）系统考察了碳氮源、pH、接种量等生理参数，以及金属辅因子（Fe/Mo/Mg/Zn）、氧化应激（H₂O₂）和前体物质（核糖/琥珀酸钠）的影响。

在生理条件优化方面，研究发现15 g/L葡萄糖、0.5%酵母提取物、pH 6和1%接种量构成最佳培养体系。值得注意的是，钼离子（5 mmol Mo²⁺）使类胡萝卜素产量提升至238.5 μg/g，而琥珀酸钠（96 h添加）和核糖（72 h添加）分别使维生素B6和B1产量显著增加。通过代谢通路分析，研究人员揭示这些物质通过三羧酸循环（TCA）和戊糖磷酸途径（PPP）调控维生素合成。

在应用价值方面，该菌株生物量含有20.5 mg/g总B族维生素，是酵母提取物的2-3.4倍。特别值得注意的是，仅1-5 g干菌体即可满足成人每日维生素B1/B2/B6需求。研究还发现橄榄油添加使生物量提升75%，但会降低蛋白含量，这种高脂特性可能适用于生物燃料开发。

这项研究的突破性在于首次系统阐明了N. intermedia作为多功能营养源的潜力。通过精准调控培养条件，实现了B族维生素和类胡萝卜素的协同高产，为食品工业提供了新型微生物发酵平台。未来研究需进一步考察加工过程中活性物质的稳定性，以及其在动物体内的生物利用度。该成果为缓解全球营养短缺问题提供了创新解决方案，推动微生物制造向精准营养方向发展。