类胡萝卜素是自然界中非常重要的脂溶性天然色素,可以分为胡萝卜素和叶黄素两类,虾青素属于后者。虾青素,3,3’-二羟基-4,4’-二酮基-β,β’-胡萝卜素,由四个异戊二烯单元通过共轭双键连接,具有比其他类胡萝卜色更强的极性和抗氧化性。虾青素主要来源于人工合成、甲壳类动物副产物、藻类和酵母等。红发夫酵母(Phaffia rhodozyma)产生的色素中虾青素高达83-87%,而且酵母生长速度快、发酵周期短、可以利用多种碳氮源高密度发酵,因此利用红发夫酵母产虾青素一直受到人们的广泛重视。本论文利用红发夫酵母发酵甘蔗糖蜜产虾青素,探究溶氧和剪切对菌体生长和色素积累的影响,同时对细胞色素提取、虾青素产品开发及稳定性进行了研究,研究结果为虾青素的工业化生产和应用奠定了基础。首先研究了甘蔗糖蜜糖浓度、不同氮源及其浓度、初始pH以及摇瓶装液量等对红发夫酵母细胞生长和类胡萝卜素合成的影响。通过培养基及参数优化,确定了以甘蔗糖蜜为碳源来积累菌体和类胡萝卜素的最佳培养基为:糖浓度30 g/L的甘蔗糖蜜、3.75 g/L的酵母浸膏(C/N=8),初始pH为5.0。在3 L反应器中进行分批发酵,最终菌体量为12.30 g/L,类胡萝卜素产量为61.50 mg/L,此时Yx/s为0.47 g/g,Yp/x为3.70 mg/g。通过改变装液量、添加玻璃珠以及摇床转速探究了溶氧和剪切力对红发夫酵母菌体生长以及色素积累的影响。结果表明菌体在生长阶段耗氧量较大,而在色素积累阶段耗氧较少。在菌体生长阶段,kLa值要高于125.89 h-1(25 m L,220 rpm)并且低于201.70h-1(15 mL,220 rpm);而在色素积累阶段,kLa值要高于48.90 h-1(75 mL,220 rpm)并且低于95.45 h-1(35 mL,220 rpm)。而高剪切力会抑制菌体的生长以及色素的积累,因此在实际生产中要尽量避免高剪切力的形成。采用液氮研磨、玻璃珠磨、超声波破碎、高压匀质以及酶法对细胞破碎进行了研究。液氮研磨较为费时费力,细胞破碎率较低,仅达到49.06%。玻璃珠磨处理红发夫酵母后细胞破碎率达到72.13%。超声波破碎时,色素提取率最大值低于80%,而且显微镜下观察发现较多完整细胞。而高压匀质使细胞破碎的很彻底,细胞破碎率高达99.96%;色素在高压过程中损失较大,最大色素提取率为84.87%。纤维酶法破壁提取色素,色素提取率高达101.23%。同时添加破壁酶和纤维素酶,其破壁效果低于单独使用纤维素酶,因此确定单独添加71.60 FPU/g的纤维素酶。采用海藻酸钠和氯化钙与酶法破壁后的红发夫酵母细胞结合,获得红色的小球。结果表明包菌量越大,小球红色越深。在不同温度下放置一个多月,温度越高小球褪色越快,而且高温使小球失水缩小。稳定性试验表明温度越高色素降解越快;包菌量较低时色素降解随包菌量的降低加快,因此小球的最佳存储温度为4℃。