重组毕赤酵母发酵生产番茄红素的工艺开发及50升中试研究

《Fermentation》：Study on a 50 L Pilot-Scale Fermentation Process for Lycopene Production by Komagataella phaffii

　　番茄红素是一种具有强抗氧化活性的类胡萝卜素。微生物发酵因其天然来源、安全性高且不受季节限制，已成为极具前景的生产平台。然而，大多数高产研究依赖于广泛的代谢工程改造，且均在3-7升实验室规模下进行，中试规模工艺开发的研究十分有限。本研究利用一株产番茄红素的重组Komagataella phaffii（原Pichia pastoris）菌株Pp-F2-G1-035，系统研究了摇瓶培养基优化、高密度发酵及50升中试规模工艺开发，所用菌株为预工程化菌株，本研究未再进行代谢工程改造。最佳摇瓶培养基确定为0.8×BSM基础盐培养基添加5 g/L蛋白胨，番茄红素效价达261.4 mg/L，较标准BSM培养基提高约172%。在5升和10升生物反应器中经迭代优化后，50升中试采用三级高密度种子扩繁工艺。代表性批次在发酵139小时后产量达3.37 g/L，延长发酵批次（198小时）产量达3.70 g/L。50升生物反应器中单位生物量的番茄红素比产量与10升系统相当，初步验证了50升规模可行性。值得注意的是，在甲醇诱导前的甘油补料阶段检测到基础水平的番茄红素积累（0.045-0.19 g/L），提示P_AOX1可能发生部分去阻遏。生产菌株在连续9次传代中番茄红素产量稳定（均值228.3 mg/L，变异系数9.7%），表明具有良好的传代表型稳定性。本研究提供了初步的50升规模工艺验证，为K. phaffii生产番茄红素的进一步放大评价奠定了技术基础。