发酵法产100T番茄红素项目可行性研究报告.doc

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1、内部资料 密级：保密 发酵法年产100T番茄红素项目可行性研究报告 济宁蓝海生物科技有限公司二一一年九月十日 1. 总 论 1.1. 概述 番茄红素是人们膳食中一种类胡萝卜素，主要来自番茄和番茄制品。它是许多类胡萝卜素合成的中间体。类胡萝卜素是由细菌、藻类和植物生物合成的类萜烯，动物无法自己合成，只能从食物中摄取。番茄红素不仅是天然的色素，还具有较强的抗氧化、防癌抗癌的作用，被誉为神奇的“功能性天然色素”。研究发现，在前列腺癌、胃癌、皮肤癌和宫颈癌的患者中，大量食用番茄的比不食用的少 50%以上。因此，番茄红素已被广泛用于医药、食品、饮料、保健和高级化妆品等行业，预计我国仅保健品一项年需求量就

2、将达到750 吨，加上用于医疗和食品方面，国内对番茄红素的年需求量将达到 1000 吨以上，市场前景极为广阔。 本项目采用微生物发酵法生产新一代“功能性天然色素”番茄红素。该技术来源于北京化工大学和北京海斯夫生物技术有限公司。其中北京化工大学袁其朋教授通过菌种选育获得了高产稳定的生产菌株 BY-2 （专利申请号200510090996.0），北京海斯夫生物科技有限公司对该菌株的发酵生产工艺、产物提取分离、制剂工艺进行了生产试验性开发。目前该生产工艺中番茄红素的发酵单位最高达到了2g/L，得到的番茄红素晶体纯度达到了96%以上，技术水平处于国内领先地位。 本项目的产业化实践过程中，将建立一套完整

3、的采用丝状真菌三孢布拉霉进行发酵制备天然番茄红素的工艺。本方法包括：a.一级种培养；b.二级种培养；c.发酵；d.提取；e，制剂付型。其特征是：一级种子培养时，将保藏在土豆葡萄糖琼脂培养基斜面上能代谢产生番茄红素的三孢布拉霉两性菌种，分别接入装有种子培养基的三角烧瓶中，在 2430、160180 转/分钟条件下，进行振荡培养4448 小时；种子经二级放大后，将分别培养好的三孢布拉霉两性菌种的种子发酵液按 1 1 的比例混合后，接入发酵罐发酵生产。在发酵过程中添加氧载体与代谢阻断剂，以提高产品的发酵单位，最终可使番茄红素含量达到 1.5-2g/L。采用工业化放大操作性强的溶剂提取工艺。产品制剂付

4、型时采用冷喷的工艺技术，加大限度的保留产品活性，延长保质期。 本项目的发酵水平在国内尚未有其他单位能实现，因而本项目关键技术的研发成功的彻底解决了国内番茄红素发酵生产的技术瓶颈。其产业化符合国家组织实施生物医药高技术产业化专项的目标和要求，对于推进发酵工业中代谢调控研发水平的提高，促进传统天然植物营养提取物的产业升级，提高我国天然食品色素和功能性食品添加剂的产业核心竞争力具有重要意义。 项目总投资为7600 万元，其中：固定资产投资6736万元。投产后形成年产100吨6%番茄红素的产业化规模。达到年均营业收入10100 万元，利润总额为5611万元，项目投资税后财务内部收益率为49.35%，税

5、后静态投资回收期(含建设期)3 .5年。 1.2. 项目提出的背景与意义 1.2.1. 产品性质、功能及作用机理 1.2.1.1产品性质 ： 番茄红素又名-胡萝卜素，是一种开链式的不饱和胡萝卜素，为胡萝卜素和叶黄素生物合成过程中的中间产物，经两步环化反应后即为胡萝卜素。 1.2.1.2主要性质：（1）分子式：C40H56，分子量为 536.88，针状深红色晶体（从二硫化碳和乙醇混合液中的析出物）；熔点: 174，可燃。溶解性：不溶于水，难溶于甲醇、乙醇，可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，易溶于二硫化碳、氯仿、苯、沸腾乙醚、正己烷等有机溶剂。番茄红素的结构：番茄红素大约有 72 种顺反异构体存在，

6、植物中存在的番茄红素几乎都是反式的，而在动物体内则顺式占多数。顺式异构体和反式异构体在物化性质上完全不同：顺式异构体颜色弱、熔点低、消光系数小，在紫外光谱中有一个新的吸收峰；反式结构耐热，熔点较高；另外加工工艺也会造成其异构化。全反式番茄红素是一种具有 11 个碳碳共轭双键的多不饱和脂肪族烯烃（见图1-1），溶于脂肪和油脂中并呈现红色。由于具有非环状结构，故不表现维生素A 的生理活性。 图1-1 番茄红素的全反式结构番茄红素的稳定性：番茄红素具有两大特点。（l）易氧化性。光照、温度、与氧接触、pH 降低以及表面活性剂的作用均可使番茄红素发生降解；酸对番茄红素具有较强的破坏作用，而碱的影响则不大

7、；（2 ）异构化性。番茄红素有 72 种顺式异构体结构。顺式结构与反式结构相比，物理化学性质的差异主要包括熔点的降低和消光系数的减小等，特别是消光系数的减小对于番茄红素的定量分析有一定的影响。在储藏和制备过程中，番茄红素的损失主要是由于发生氧化异构化和降解，因此要在低温、暗处保存，尽量避光。 1.2.1.3生理功能及机理： 番茄红素是一种脂溶性类胡萝卜素，与-胡萝卜素相比，它不是维生素A 的前体，因而对番茄红素的早期研究主要集中在其热稳定性上。后来，随着人们对番茄红素生理功能的进一步认识，其生理功能及生产方法的研究逐渐成为热点之一。1989 年Di Mascio 等发现番茄红素在所有的类胡萝卜

8、素中具有最强的消除单线态氧的作用；1999 年Minhthy L 等报道，与胡萝卜素、胡萝卜素相比，番茄红素对癌细胞的生长具有更强的抑制作用；1995 年 Giovannucci 等的研究表明通过食用大量含有番茄红素的食品（新鲜番茄、番茄酱等）可减少前列腺癌的发病率。下面将对之进行详细介绍。 1) 高效猝灭单线态氧和清除自由基的作用 与类胡萝卜素及其它抗氧化剂相比，番茄红素的抗氧化作用主要表现在它能高效猝灭单线态氧及清除过氧化自由基。单线态氧 1O2 是一种很强的活性氧自由基，能跟许多与氧气不能发生反应的分子直接结合，从而造成对细胞的损伤。番茄红素在猝灭单线态氧的过程中，激发态的能量从单线态氧

9、转移至番茄红素，产生基态的氧和激发的三联态番茄红素，能量则通过激发态的番茄红素与周围溶剂之间的转动和振动而散发，并产生基态的番茄红素和一定的热量。番茄红素对单线态氧的猝灭属于物理猝灭，番茄红素在这个过程中就像催化剂一样，只是加速其猝灭过程，而其本身保持完整状态，同时可不断参与下一个猝灭单线态氧的循环。 实验发现，番茄红素猝灭单线态氧的效率与其分子中所含有的共轭双键的数目有着密切的关系，番茄红素分子中有 11 个共轭双键，因此，与其它类胡萝卜素相比，番茄红素的猝灭效率特别高。番茄红素还可以与其它形式的活性氧起反应，如：过氧化氢、亚硝酸根等。番茄红素作为抗氧化剂的一个很好的例子是它能保护皮肤免受紫

10、外光的损伤，皮肤受到紫外光照射时，皮肤中的番茄红素能优先与自由基结合，从而保护皮肤中的组织及细胞避免了因氧化造成的损伤。 2) 防癌、抗癌作用 1994 年Franceschi 等报道了食用大量的番茄可以防癌，1999 年Giovannucci在其综述中提到番茄红素对肺癌、胃癌、胰腺癌、前列腺癌、乳腺癌等癌症均有抑制作用，能够在细胞水平上抑制神经胶质瘤细胞、白血病细胞的增殖作用。美国哈佛药物学院和哈佛公众健康学院经过六年的时间分别对47894 名男性作了详细研究，结果显示在46 种水果和蔬菜中，只有番茄产品对前列腺癌具有可度量的抑制作用；日本的一个医学研究所对4 个胃癌发病率不同的地区进行调查

11、，测定居民血浆中维生素 A、B、C 和胡萝卜素、番茄红素的水平，发现血浆番茄红素的浓度越高，胃癌发病率越低。虽然番茄红素对癌细胞繁殖的抑制作用在体外和动物的实验中均得以验证，但对于它具体的抗癌机理并不是很清楚，目前关于番茄红素的抗癌机理有：猝灭单线态氧和清除自由基，防止其 氧化损伤；促进细胞间的正常结合；抑制癌细胞增殖因子的作用；活化免疫细胞的作用。近年的研究表明，番茄红素与胡萝卜素一样，是防治疾病的重要功能因子。另外，番茄红素的许多具体功能有待进一步研究。 3) 防治血管硬化和冠心病作用 流行病学、临床医学、以及生化研究表明血清中低密度脂蛋白（ LDL ）的氧化可能会造成动脉硬化，故抗氧化作

12、用在一定程度上可减缓动脉硬化的进程。番茄红素具有很强的抗氧化作用，它可以阻止低密度脂蛋白氧化物的形成，从而有效防治血管硬化；同时，番茄红素也阻止 DNA 和脂蛋白的氧化作用，故它在防治动脉硬化疾病过程中起重要作用。调查研究表明通过日常饮食所摄取的类胡萝卜素对减小冠心病的发病率和死亡率起重要作用，而且血清和脂肪组织中番茄红素的浓度和患冠心病几率呈负相关关系。荷兰学者对心肌梗塞患者的检查中发现病人的番茄红素含量低于健康人，而且和胡萝卜素含量也比正常人体显著降低，以上这些均说明番茄红素对防治血管硬化和冠心病具有重要作用。 4) 在人体内的存在及其吸收特性 胡萝卜素和番茄红素是人体组织和血液中存在的主

13、要类胡萝卜素。人体内的番茄红素不仅以全反式结构存在，还以 9顺、13顺、15顺的形式存在。有报道表明，人类从外界摄取番茄红素的过程中，用 1的玉米油热处理 1 小时的番茄汁要比未经处理的番茄汁易于吸收，这可能是由于番茄红素是脂溶性类胡萝卜素以及热处理会破坏细胞壁的结构，增强番茄红素的生理活性；而且他们还发现服用热处理过的番茄汁2448 小时后，人体血清中番茄红素的浓度达到峰值，但食用未经处理的番茄汁则不会出现上述现象。这些现象说明，经过处理的番茄红素制品更有利于人体的吸收。 1.2.2. 产品用途、市场概况 1.2.2.1产品用途 国外番茄制品除传统的番茄酱（Tomatosauce）、番茄汁（

14、Tomato juice）外，现在向功能性生物制品发展，番茄红素主要被运用于如下几个方面。 1) 用于防止紫外线灼伤，保护皮肤的产品上商品名LYC-O-MATO Sunscreen factor 8 Solar HealthClear ComplexinLifessential Sin EhanceSeresis Cell Protection 主要成分Lycopene、VA、VELycopene 、 -Caroten、Grape seed、Bioflavonoids 、Zn 、 VE、 VC Zn、Lycope。-Carotene、VE 用途（UVA、UVB ）灼伤健肤 健肤、润肤 生产商U

15、ltimate PharmaProductsBullivant s NaturalHealth Products Pty Ltd BullivantsNaturalHealth Products Pty LtdKorded PtyLtdPharmation Natural HealthProducts 国别以色列澳大利亚澳大利亚澳大利亚瑞士备注是以一种油树脂（Oleoresin）的形式提供或其胶囊，能够较好的被人体吸收。 表11国际市场番茄红素护肤用品 2) 用于预防前列腺癌的产品 主要有一下几个公司出产：Twinlab、Jules、Meta Pham、Wakunage of CO.Ltd，典

16、型产品有： Lycosoy Postrate Protector （60 粒胶囊） Twinlab （美国）；Prostate Health （90 粒胶囊）Jules （美国）；DuoConfort （40 粒软胶囊）Meta Pham （法国）； Kyolic ProstaLogic （60 粒胶囊） Wakunage of gmerica CO Ltd（美国）； Jarrow prostate optimizer (60 粒胶囊) Jarrow Formulas Inc. 3) 用于番茄红素功能性产品 生产这类产品的厂家很多，产品类型也较多，这类产品已得到FDA 的认证。国际著名公司共有

17、五家，分别是：Jarrow Formulas Inc；Nature s Herbs；Twinlab； Naturals ；LyoRed。 4) 用于类胡萝卜素复合产品 该类产品主要与、胡萝卜素、叶黄素合用于功能食品，为 Solgar 公司出品，主要产品如下：Lycopene Carotenoid Complex Vegicaps （15mg，30 粒胶囊）Solgar；Saw Palmetto Pygeum Lycopene Complex Vegicaps （4mg50粒胶囊）Solgar 营养品或保护前列腺；Lutein Lycopene Carotene Complex Vegicaps

18、 （5mg，30 粒胶囊）Solgar 抗氧化剂。 其实早在20 世纪 50 年代，美国的科学家就首次报道番茄红素具有抗癌功效。2001 年由美国瑞琦生物科技实验室（RICHLIFE LABS ）和美国加洲癌症预防研究中心领导的科研小组研制的口服复方番茄红素片（Lycopene Plus来托康）顺利通过FDA 认证，在欧美地区再次掀起了更大的“红色风暴”。“来托康”突破了传统的生产工艺极限，是番茄红素产品发展过程的一场革命，它的番茄红素含量为6mg/片，是近乎一筐新鲜番茄所能提取出的数量。 番茄红素作为天然色素已在全世界范围内被广泛接受，但由于对天然色素这一概念的界定存在差异，各国间并无统一的

19、尺度。欧共体很早以前就允许使用番茄红素，但仅限于天然的番茄红素作为食品着色剂。由于其在各种植物体内含量均较低，故而一直未能商业化生产。日本也有一种商品番茄红素，Lycopene 含量为 5 土 0.25%，为红褐色液体。目前最大的生产高含量番茄红素的西红柿提取物的工厂位于以色列，他们的产品是纯天然的，可以作为营养补充剂和食用色素。目前对番茄红素提取物的商业品质通常要求 Lycopene 含量 3。90-95纯品番茄红素，其出口售价约人民币5000 万元/t，以色列的报价为6000 美元/kg 。 1.2.2.2市场概况 目前番茄红素产品主要销往欧美等国，年需求量超过1000 吨。有多家代理商代

20、理该产品的出口。5%含量的产品价格约为 150 万元/吨。 1.2.3. 项目的意义与必要性 1.2.3.1对上游医疗保健品的推动作用 番茄红素具有独特的长链分子结构和比其它类胡萝卜素多的 13 个双键，因而具有较强的抗氧化能力，是类胡萝卜素中淬灭单线态氧和引起衰老、病变的自由基能力最强的一种色素，其生理活性是 VE 的 100 倍，-胡萝卜素的 2 倍，同时番茄红素还具有细胞间信息感应和调控细胞生长的作用，具有抑制低密度脂蛋白的氧化和抗紫外线作用，是一种新型的功能性天然色素。 该产品上市后，可增加治疗、预防癌症的可选药物，对于医疗卫生事业的发展有着积极影响。并且该产品来源于天然，无不良副作用

21、，不同于现行的癌症治疗药物，代表着一种治疗药物发展方向。 对相关天然色素行业的发展带动作用 过去天然色素是天然植物提取物的一种。天然植物营养物的提取，破坏着大量的植物、森林资源，可供种植的营养物质的提取又存在与粮争地，与人夺食的客观现实。在2008 年爆发世界性粮食危机以来，已经向以消耗粮食资源为代价的生物能源、生物材料、生物化工行业敲响了警钟。 本项目采用微生物发酵法生产番茄红素，不与粮争地，而且节约了为提取番茄红素而用于种植番茄的土地，其产业的实施，必然推动天然植物提取业发展，提出以不破坏资源为途径的可持续发展的新道路。推动天然色素化合物平台建设，加速天然色素产业化 天然色素是指天然动、植

22、物中的有色化合物。由于来源于生物体，天然色素色泽逼真，安全性高，而且有的天然色素除具有着色功能外，还兼有重要的生物功能。利用微生物发酵生产天然色素，生产周期短、不受场地和季节限制，已引起了人们的广泛重视。微生物生产天然色素是生物技术领域的新兴产业，但是许多产业技术尚不完善，成套的加工工艺尚待解决。 本项目实现后将组建国内首家专业利用微生物生产天然色素的技术平台，创立完整的微生物生产、提取、分离、纯化天然色素及其制剂成套工艺。打造出一个具有国际竞争力的色素企业，以天然色素的基础理论及应用技术研究为企业发展的核心竞争力，推动国内天然色素产业化进程。1.3. 研究的结论及建议 番茄红素是一种新兴的天

23、然功能性色素，具有延缓衰老，防癌抗癌的保健作用；其步入市场后可以提高人们生活质量，预防疾病；并且该项目利用大发酵法生产，不依赖于自然资源，不破坏环境，不与粮食竞争，比直接提取法，。化学合成法更具节能、环保的优点。 该项目采用代谢调控的办法，大大提高了发酵水平，其产量可与国际同行比肩，生产成本低廉，产品竞争力高。 项目采用的环保治理，安全卫生，消防设施完善、合理，建成后对当地生态和环境不会构成太大冲击。 2、技术先进性 2.1. 传统生产工艺及存在的问题 由于番茄红素具有卓越的防癌、抗癌以及防治心脑血管疾病的功能，研究人员在深入研究其治病机理的同时，也在致力开发番茄红素的生产工艺。迄今为止，已见

24、于报道的生产工艺主要有天然提取法、化学合成法和微生物发酵法。2.1.1. 天然提取法 天然提取法主要是利用番茄红素的脂溶性性质，从富含番茄红素的植物中提取而获得产品。提取方法主要包括有机溶剂提取法、微波萃取法、直接粉碎法提取、超临界 CO2 萃取法及酶法。但由于番茄中所含番茄红素较低 （10mg/100g），即使是我国产量最丰富的新疆地区所生产的番茄也只含有20mg/100g 左右，因而天然提取法价格昂贵、产率低、受产地及季节限制，无法满足市场需求2.1.2. 化学合成法 化学合成法生产番茄红素较成功的主要是德国的罗氏公司和巴斯夫公司。1997 年 10 月，罗氏公司完成了工艺开发并在欧洲提出

25、专利申请。该工艺由三苯基氯化磷和辛三烯二醛用甲醇在2-丙醇中进行烯化反应，制得番茄红素的收率为65%。罗氏公司将在瑞士的一个生产基地用合成工艺批量生产番茄红素，并用罗氏开发的微囊技术，微囊化工艺生产不同的番茄红素制品。德国巴斯夫公司也看到了番茄红素不可估量的市场潜力，投入力量进行研究开发，1997 年 8 月完成了合成工艺开发，并在欧洲提出专利申请。该工艺由三苯基甲磺化磷与辛三烯二醛反应制得番茄红素，产品已面市。该法虽已实现工业化，且价格便宜，但随人们对绿色食品的要求逐渐趋于不利地位，目前该法生产的番茄红素主要用作饲料。 2.1.3. 微生物发酵法 由于番茄中的番茄红素含量较低（10mg/10

26、0g），即使是新疆产的也只有 20mg/100g 左右，且天然提取法价格昂贵、产率低，无法满足市场需求。因而利用微生物发酵法生产番茄红素一直是国内外研究的热点之一。微生物发酵法主要是利用藻类真菌、酵母菌 S.cerevisiae 、酵母菌Candida. Utilis、Escherichiacoli 菌、毛霉属菌Phycomyces、 Blakeslea trispora、Choanephora 以及基因工程菌等微生物发酵生产番茄红素。迄今为止，能够生产番茄红素的微生物包括能自身合成番茄红素的革兰氏阴性菌（Erwinia uredovora 和Erwinia herbicola），毛曲霉属（如

27、三孢布拉氏霉菌Blakeslea trispora、Phycomyces、Choanephora）、 酵母菌以及基因工程菌。其中 Blakeslea trispora 是研究最多，也是目前唯一能够实现胡萝卜素工业化生产的菌株，本项目就是采用此菌种作为番茄红素的生产菌。 2.2.生产工艺 发酵法生产番茄红素所用的菌有基因工程菌和三孢布拉氏霉菌，采用基因工程菌发酵法生产番茄红素的方法现仍处于小试水平，且产量很低，距工业生产尚有很大距离。三孢布拉氏霉菌（B. trispora）在工业上用于-胡萝卜素的生产，目前报导的发酵单位可达 3.5g/L 发酵液。人们对-胡萝卜素的代谢途径进行了系统的研究，发现

28、三孢布拉氏霉菌主要通过甲羟戊酸途径合成-胡萝卜素，具体代谢途径如下： 图1 三孢布拉氏霉菌中类胡萝卜素合成途径根据-胡萝卜素的代谢途径，番茄红素是其生物合成的中间代谢产物。因而，如能在发酵过程中阻断番茄红素向-胡萝卜素的环化反应，即可得到番茄红素。以此为基础，俄罗斯科学家Gavrilov 等开发了利用烟草废弃物阻断番茄红素向-胡萝卜素的转化以制备番茄红素的工艺，番茄红素发酵单位为760mg/L。本课题组对用三孢布拉氏霉菌发酵生产番茄红素进行了系统的研究，通过菌种选育得到了高产菌株，通过发酵条件优化使番茄红素发酵单位达 1026 mg/L 。主要工作如下： 2.2.1. 建立了三孢布拉氏霉菌筛选

29、、诱变程序 三孢布拉氏霉菌（B. trispora ）是一种丝状真菌，在平板上培养时，菌丝在生长初期迅速蔓延至整个平板，无法进行分离。根据文献报道1，B. trispora在传代过程中极易发生高表达能力的缺失，菌体退化，而且退化特征会向正常菌株发生不可逆传递。鉴于此，建立一套简易快捷的菌种筛选、诱变程序具有重要的意义。 在研究中通过向培养基中添加适宜浓度的脱氧胆酸钠，建立了适合 B. trispora 的筛选培养基；在总结大量实验的基础上，制定了根据菌体形态所获得的高产菌株的筛选标准，建立了筛选程序，并对筛选结果进行了验证；采用化学法与物理法相结合的方式对B. trispora (-)菌进行诱

30、变处理，建立了一套适合于(-)菌的诱变程序，为获得稳定的番茄红素高产菌株提供了技术基础。 2.2.2. 研究了阻断剂的添加对产番茄的影响 阻断剂添加降低了甲羟戊酸途径的代谢通量进而降低了番茄红素的发酵单位：我们在研究过程中发现，同一株菌，在最优条件下，其-胡萝卜素的发酵单位可达 3.5g/L，但添加阻断剂后，菌丝体干重基本不变，番茄红素的发酵单位却仅为 1026 mg/L。说明阻断剂的添加，不仅阻断了番茄红素向-胡萝卜素的转化，同时也对其原有代谢途径产生影响，降低了番茄红素的代谢通量，使番茄红素的发酵单位降为-胡萝卜素生产能力的 1/3。Gavrilov 等的研究结果也证明了我们的推断。 2.

31、2.3. 代谢调控研究麦角固醇旁路代谢降低了番茄红素的代谢通量：我们在研究过程中发现加入角鲨烯合成酶抑制剂特比萘酚等化学阻断剂可以减少麦角固醇的合成，促进代谢流向番茄红素方向迁移，进而增加番茄红素的产量。干菌体中麦角固醇的含量减少了 16.7%，干菌体中番茄红素含量则提高了23.78%。说明在分支点处降低角鲨烯合成酶的活性，可促使代谢流向聚异戊二烯基焦磷酸迁移并最终促进番茄红素的合成。2.2.4. 溶氧水平对产番茄红素的影响溶氧水平不足降低了番茄红素的发酵单位：三孢布拉氏霉菌为耗氧真菌，且代谢旺盛，生长速度快，产物合成过程中对氧气消耗大，本实验室研究表明番茄红素的发酵单位随溶氧水平的增加而增加

32、。因此，解决发酵过程中氧气供应是三孢布拉氏霉菌发酵中亟需解决的问题。 在研究中我们筛选得到了适用于三孢布拉氏霉菌的氧载体，通过添加氧载体以增大溶氧水平，进而提高了番茄红素的发酵单位。 2.2.5. RNA 干扰技术平台的建立 迄今为止，利用 RNAi 技术沉默番茄红素环化酶的基因以及将角鲨烯合成酶抑制剂用于阻断麦角固醇途径以促进番茄红素合成的研究尚未见有报道。本课题组近年来利用现代分子生物学技术及医学领域的研究结果，依据代谢工程原理，对通过代谢调控以大幅度提高番茄红素的发酵水平进行了系统的研究，取得了以下创新成果：番茄红素环化酶基因的 RNAi 技术：利用高效、特异性的RNA i （RNA i

33、nterference ）技术沉默番茄红素环化酶基因，代替阻断剂的添加，从而达到了提高番茄红素发酵单位的目的。 通过上述研究，我们已成功地开发了发酵法生产番茄红素的新工艺，在 500L 发酵罐中中试成功，技术成果经北京市科委组织坚定，达到国际先进水平，并申请了发明专利（已公开），产品经中国农科院检测，超过国外同类产品标准。 2.3特点及优势 利用三孢布拉氏霉发酵生产番茄红素主要通过添加番茄红素环化酶的抑制剂（烟草）来实现，但烟草的添加降低了类胡萝卜素的代谢通量，番茄红素的发酵单位也大幅度降低。至目前为止，尚未见有在三孢布拉氏霉菌中进行RNAi的报道。本课题首次将RNAi技术应用于番茄红素环化酶

34、的沉默，可省去烟草的添加，从而大幅度提高番茄红素的发酵单位；借鉴医学领域降胆固醇药物的作用机制，在三孢布拉氏霉中首次通过添加由法尼基焦磷酸至麦角固醇合成过程中的酶抑制剂以减小代谢流向麦角固醇的迁移，从而增大番茄红素合成的代谢流。这项研究国内外均未见有报道，因而具有创新性；筛选得到了适用于三孢布拉氏霉菌的氧载体，通过添加氧载体以增大溶氧水平，进而提高了番茄红素的发酵单位。 与国内外现有技术相比，本生产工艺具有如下特点和优势： 利用三孢布拉氏霉发酵生产番茄红素主要通过添加番茄红素环化酶的抑制剂（烟草）来实现，但烟草的添加降低了类胡萝卜素的代谢通量，番茄红素的发酵单位也大幅度降低。至目前为止，尚未见

35、有在三孢布拉氏霉菌中进行RNAi的报道。本课题首次将RNAi技术应用于番茄红素环化酶的沉默，可省去烟草的添加，从而大幅度提高番茄红素的发酵单位。借鉴医学领域降胆固醇药物的作用机制，在三孢布拉氏霉中首次通过添加由法尼基焦磷酸至麦角固醇合成过程中的酶抑制剂以减小代谢流向麦角固醇的迁移，从而增大番茄红素合成的代谢流。这项研究国内外均未见有报道，因而具有创新性； 筛选得到了适用于三孢布拉氏霉菌的氧载体，通过添加氧载体以增大溶氧水平，进而提高了番茄红素的发酵单位。 3、建设方案3.1. 产品方案与建设规模根据对市场供需情况的分析和预测，结合项目单位自身的资源占有量、技术设备条件、配套条件落实情况等，确定

36、本项目的产能规模为年产 6%番茄红素100 吨，生物有机肥1000吨。本项目的产品组成和规模见表3-1。 表 3-1 产品品种、规模（吨/年）序号项目及产品项目规模产量 16%番茄红素1001002麦角固醇或生物肥料10麦角固醇/50吨生物10003.2. 技术方案3.2.1. 生产工艺路线：生产工艺路线如下图 3.2.2. 工艺路线叙述利用三孢布拉霉生产番茄红素分为四个工艺段，分别如下： 发酵工段此工段包括两部分，种子培养和发酵培养。种子培养工艺是将保藏的生产菌株经过两次活化培养后，将阳性菌株和阴性菌株分别经种子发酵罐放大成可接种的种子。发酵培养时，首先将发酵原料按照发酵培养基配方配制，12

37、1灭菌30min，待发酵罐内温度降至 30时，将起先分别培养好的阳性、雌性种子以一定比例混合接入生产发酵罐培养 100-120h。在生产罐培养时，不断检测菌体生长量，番茄红素产量，适时根据番茄红素合成情况和发酵罐内培养基的成分变化适时添加阻断剂和进行补料、pH 值调整，当发酵后期番茄红素含量不再增加，停止培养，进入提取工段。提取工段首先将发酵成熟的培养液，加入助滤剂，过滤收集菌体。将收集到的菌体烘干后，破碎细胞，直接加入溶媒进行回流萃取，反复萃取两次，合并萃取液。萃取液可直接浓缩，得到番茄红素浸膏。浸膏进入制剂付型工段，提取过程中的溶媒可直接进入溶剂回收车间进行回收精制，萃取番茄红素后的废菌丝

38、体可直接加工成生物肥料。 制剂付型工段 番茄红素浸膏可经过柱层析、结晶等步骤精制成为 90-95%的番茄红素纯品，也可经过冷喷工艺，直接加工成6%的番茄红素微胶囊。 溶剂回收工段 浓缩浸膏过程中的馏出液中含有大量有机溶剂，须经过溶剂回收车间，进一步纯化精制，方可达到可重复利用的标准。 3.3. 主要采用的设备 3.3.1. 主要工艺设备选型原则 设备选型依据工艺要求和建设规模，本着“成熟、可靠、先进、经济”的原则选型。 1) 所选设备技术性能先进，应达到目前国内先进水平，经生产厂家使用证明其运转稳定可靠，能够满足生产高质量产品的要求。 2) 设备性能价格比合理，使投资方能能够以合理的投资获得生

39、产高质量产品的设备。 3.3.2. 设备情况1)充分考虑设备的正常运转费用，以保证在生产相同产品时，能够保持最低的生产成本。2)选用生产设备厂家具有国内一流装备，管理科学，达到国际质量认证标准。3)对生产设备进行合理配置，充分发挥各类设备最佳技术水平根据工艺要求和建设规模的需要，本项目拟投资 4410 万元购置种子罐、发酵罐、干燥塔等设备、仪器设备共 127台（套）。3.4.原辅料及动力供应 本项目所需要原料 A、B、C、D，山东、河北、北京市场可保障供应。其他包装、辅助材料当地市场可保障供应。本项目主要原、辅材料及包装材料用量见下表： 表3-6 单位生产成本(吨)构成表 项目耗量单价金额（元

40、）原料A8吨200016000原料B10吨110011000原料C4吨400016000原料D20吨5500110000其它辅料10吨100010000合计521630003.7. 环境评价 3.7.1. 施工期主要污染物及治理 （1）噪声 施工过程中的噪声来自建筑噪声、设备运输车辆产生的交通噪声、建筑物基础挖掘、设备的吊运及安装产生的机械噪声，厂址距离居民点较远，施工噪声不会对居民声环境产生不良影响。 （2）扬尘 在施工过程中建筑材料及地基挖掘弃土转运过程中产生的二次扬尘和车辆运输进出工地产生的二次扬尘。拟建项目将采取建筑材料定点存放，存放点设置临时堆方，混凝土搅拌场所地面定时清理，定时洒水

41、等抑尘措施，不会对周围大气环境产生不利影响。 （3）固体废物 建筑垃圾和少量弃土。建筑垃圾及地基挖掘产生的少量土方将全部用于回填 地基。 （4 ）废水 施工期废水主要来源于施工搅拌、清洗机械和车辆产生的废水以及施工人员产生的少量生活污水，废水量很小不会对环境造成影响。 综上，施工期各项污染源均不会对周围环境产生明显影响，且将随着施工期的结束而消失。 3.7.2. 项目营运期主要污染物情况 本项目运营过程中的主要污染物来源和排放情况如下： （1）废水 本项目废水主要为：发酵液提取后的废水，洗罐用水、乙醇回收过程中产生的含KCl 的废液以及厂区内生活污水等。废水排放量为100 吨/天。 （2）废气

42、 本项目废气主要为微生物在发酵过程中产生的废气，主要成分与空气组成相似，但含有其他少量有臭味气体。气体排放量 360m3/h。 （3）噪声 本项目主要噪声源为循环水系统、电机、压缩机、风机和泵类等设备，噪声源强约 85-95 dB(A) 。 （4 ）固废 本项目产生的固废主要为提取后的废菌体和职工生活垃圾，废菌体年产生量为80 吨。职工生活垃圾年产生量为 13.2 吨。 3.7.3. 综合利用与治理方案 1) 废水治理与预期达到的效果 为节约用水，根据“清污分流、综合利用、一水多用原则”，项目拟对废水分别处理，综合利用。生活污水采用化粪池处理，出水满足污水综合排放标准三级标准，经城市污水管网系

43、统排入污水处理厂统一处理，对环境影响轻微；生产废水主要污染物为 COD、BOD 和 SS，废水经厂区污水处理站处理后排入污水处理厂统一处理，对环境影响轻微；项目废水不排入地表水体，对环境没有影响。溶剂回收过程中产生的含 KCl 的废液与发酵过程中的废菌体作为生物有机肥的原料，不外排，使废物得到了综合利用，减少了对环境的污染。 2) 废气 对于发酵过程中产生的废气可通过在车间统一收集灭菌，并设置废气吸收装置，对其进行吸附处理，处理达标后经排气筒高空排放，对周边环境影响较小。 3) 噪声治理与预期达到的效果 产噪设备均安装在车间内并进行减震处理，车间门窗密闭隔声，采用上述措施后降噪值可达20dB(

44、A) 以上，再经建筑物隔档和距离衰减后，其厂界噪声符合工业企业厂界噪声标准(GB1234890) 类标准。 4) 固体废弃物治理与预期达到的效果 项目单位通过将废菌体和乙醇回收过程中产生的含 KCl 的废液按一定比例混 合制成有机肥的原料，不外排，既减少了污染又降低了项目单位其他肥料的成本。 生活垃圾经统一收集后，由环卫部门运至垃圾填埋场处理。该项目产生的固废全部进行了妥善处置，固废不外排，因此固废处置符合一般工业固体废物贮 存、处理场污染控制标准（GB185992001）。3.7.4. 环保监测设施方案 为了确保项目投产后的“三废”排放符合国家规定的“三废”排放标准，以及“三废”处理设备的完

45、善和正常运转。本项目将配备专职人员管理环保工作，配备相应的设备，如酸度计，COD 测试仪，玻璃器皿等，并制定有关安全操作及环境管理的规章制度。监测计划如下： 1) 废水，监测项目：pH、COD、BOD、SS 等。 2) 废气，定期监测全厂及车间环境空气质量。 3) 噪声，定期监测车间内外噪声情况。 4) 配备监测所需仪器设备。 3.8. 项目能源消耗种类和数量分析3.8.1. 能耗种类和数量 1) 本项目主要能源消耗种类 电力：生产设备用电、辅助生产设备用电、办公生活设备用电、照明用电； 蒸汽：生产用蒸汽和冬季采暖用蒸汽。 水：生产、生活用水。2) 能耗数量 电：380 万kWh/年； 蒸汽：5 万吨/年； 3）一次水：3 万m /年； 本项目主要能源和含耗能工质的品种及年需要量见：项目主要能源和含耗能工质的品种及年需要量表。 表3-7项目主要能源和含耗能工质的品种及年需要量 序号主要能源及耗能工质名称计量单位年需要量实物标煤实物折算系数折标煤（t）1