添加乙醇和甘露糖醇促进红曲菌高产黄色素及其机理研究

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由于天然色素具有安全和健康等优点而合成色素有潜在的危害,因此世界范围内用天然色素替代合成色素的趋势日益增长。红曲色素是由红曲菌通过聚酮途径合成的一类次级代谢产物,其作为天然食品着色剂已被广泛应用了两千多年,至今仍在食品工业中发挥着重要作用。红曲黄色素是其中一类重要的色素,然而阻碍其工业化生产的问题是色价较低。目前提高红曲黄色素产量最有效策略是萃取发酵,然而萃取发酵还存在很多的问题,例如萃取剂的使用大大增加了生产成本,如何回收利用也存在问题,发酵过程还存在乳化现象。因此,需要另外寻找既能促进红曲菌高产黄色素又相对简单的发酵调控方法。查阅文献发现,真菌发酵过程中添加醇或者糖醇能提高次级代谢产物的产量,因此,基于本实验室保藏的一株高产黄色素的菌株Monascus purpureus ZH106-E,本文尝试了外源添加醇或糖醇促进红曲菌液态发酵高产黄色素的方法,并对其内在机理进行了探究。首先,研究了醇类物质的添加对红曲菌液态发酵产黄色素的影响,对添加的醇的种类、添加量、添加时间进行了优化。结果显示,在红曲菌发酵0 h添加3%(v/v)乙醇,黄色素色价可以达到394 U·m L-1,比对照组提高了71%。进而通过生长曲线、ATP测量、RT-q PCR等一系列的实验探究了乙醇提高红曲菌黄色素产量的内在机理。结果表明,乙醇添加导致红曲菌发酵前期流向次级代谢(色素合成)的乙酰辅酶A减少,而更多的乙酰辅酶A流向初级代谢(三羧酸循环),从而积累更多的菌丝。在发酵后期,由于乙醇挥发,次级代谢恢复到正常水平,再加上前期更多的菌体的原因,所以乙醇的添加显著提高了红曲菌的菌体量和色价。其次,研究了糖醇类物质的添加对红曲菌液态发酵产黄色素的影响,对添加糖醇种类、添加量、添加时间进行了优化。结果显示,在红曲菌发酵0 h添加4%(w/v)甘露糖醇,黄色素色价可以达到427 U·m L-1,比对照组提高了102%。进而通过生长曲线、扫描电镜、RT-q PCR等一系列的实验初步探究了甘露糖醇提高红曲菌黄色素产量的内在机理。结果表明,甘露糖醇添加加速了菌体生长,增加了色素合成基因表达量,使红曲菌更早开始合成更多的色素。最后,开展了红曲黄色素的提取实验。先测量并且确定了红曲菌发酵产生的色素主要在胞内,之后对胞内黄色素的萃取方法进行了一系列的优化,根据萃取效果、成本、安全性等方面综合考虑,确定了红曲菌黄色素的提取方法为:使用乙醇作为萃取溶剂,料液比为1:4,在35℃条件下萃取5分钟,黄色素提取率可达到99%,这为红曲黄色素的工业化生产和提取提供了有益的参考。
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