发酵法年产100T番茄红素项目可行性研究报告.docx

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发酵法年产100T番茄红素项目可行性研究报告

发酵法年产100T番茄红素项目

可

行

性

研

究

报

告

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24～30℃、160～180转/分钟条件下，进行振荡培养44～48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ω-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，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；

（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β-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DiMascio等发现番茄红素在所有的类胡萝卜素中具有最强的消除单线态氧的作用；1999年MinhthyL等报道，与α－胡萝卜素、β－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，测定居民血浆中维生素A、B、C和β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β—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α和β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

β－胡萝卜素和番茄红素是人体组织和血液中存在的主要类胡萝卜素。

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24－48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（Tomatojuice）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

Sunscreenfactor8＃

SolarHealth

ClearComplexin

LifessentialSinEhance

SeresisCellProtection

主要成分

Lycopene、VA、VE

Lycopene、β

-Caroten、Grapeseed、

Bioflavonoids、Zn、VE、VC

Zn、Lycope。

β-Carotene、VE

用途

（UVA、UVB）灼伤

健肤

健肤、润肤

生产商

UltimatePharma

Products

Bullivant’sNatural

HealthProducts

Pty．Ltd

Bullivant’sNatural

HealthProducts

Pty．Ltd

KordedPty．Ltd．

PharmationNaturalHealth

Products

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1－1　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、MetaPham、WakunageofCO.Ltd，典型产品有：

LycosoyPostrateProtector（60粒胶囊）Twinlab（美国）；ProstateHealth（90粒胶囊）Jules（美国）；Duo—Confort（40粒软胶囊）MetaPham（法国）；KyolicProsta—Logic（60粒胶囊）WakunageofgmericaCO．Ltd．（美国）；Jarrowprostateoptimizer（60粒胶囊）JarrowFormulasInc.

3）用于番茄红素功能性产品