环境因子对红曲霉发酵水溶性黄色素代谢调控机制

发布时间：2020-06-28 20:28

【摘要】：红曲色素是由丝状真菌红曲霉产生的聚酮类次级代谢产物,是一种纯天然的食用色素。红曲黄色素是其中的一种,红曲黄色素颜色鲜艳,着色能力强,还具有很强的生物活性。目前市售的红曲黄色素是利用红曲红色素通过磺化反应转化而得,并非纯天然的色素。红曲黄色素发酵生产还处在实验室水平,因此对红曲黄色素,特别是水溶性红曲黄色素的研究与开发具有巨大的市场前景。本课题针对红曲黄色素常规液态发酵产率低的关键问题,探讨了外界应激调控提高红曲霉CGMCC 10910液态发酵产胞内外红曲黄色素的方法及相关机制,为工业化发酵生产天然的红曲黄色素提供理论指导。本课题首先构建了高起始葡萄糖浓度胁迫发酵法,高起始葡萄糖浓度胁迫发酵增加红曲霉细胞内油脂的积累从而增加胞内黄色素储存的空间;同时,高糖浓度胁迫促使红曲色素合成相关基因的表达,特别是与黄色素合成相关的基因mppE的表达,因此,在高糖浓度发酵下,胞内黄色素产量达195AU,相比常规发酵提高101%。高糖浓度发酵促使红曲霉细胞膜合成更多的不饱和脂肪酸,降低饱和脂肪酸的含量,从而增强细胞膜的流动相和通透性,促进胞内色素跨膜转化分泌到胞外,最终胞外水溶性黄色素产量达147AU,相比常规发酵提高194%。为了进一步提高高糖浓度胁迫发酵过程中葡萄糖的利用率及红曲黄色素的产量,本课题探讨了发酵液氧化还原电势对红曲霉产黄色素的代谢调控。在高起始葡萄糖浓度胁迫发酵下,H_2O_2诱导的氧化条件促进细胞的生长和黄色素的合成,相反,DTT诱导的还原条件对细胞生长和黄色素的合成都有抑制作用;H_2O_2诱导的氧化条件降低胞内ORP水平(NADH与NAD+比值);胞内更少的能量用于平衡氧化还原电势,从而有更多的能量供给细胞生长和色素代谢;在H_2O_2诱导的氧化条件下色素合成相关基因的转录水平也上调,磷酸戊糖途径的关键酶G6PDH酶活性增强而糖酵解途径关键酶PFK酶活性减弱,说明H_2O_2诱导的氧化条件通过上调色素合成相关基因的表达和改变代谢流产生更多色素合成的前体,从而促进了胞内外红曲黄色素的合成。致使胞外水溶性黄色素产量达到209AU,提高了42%;胞内黄色素产量达到236AU,提高了35%,其中胞内主要的黄色素Monascin产量达到467.75μg/mL。最后对发酵过程中重要的影响因素温度进行调控,通过两阶段温度控制策略调控胞外水溶性红曲黄色素代谢,得到高产量的水溶性荧光红曲黄色素。红曲霉CGMCC10910在液态发酵条件下可以产生四种水溶性黄色化合物,初步鉴定Y1为已报道的色素合成的中间体Azanigerone E,Y3和Y4由于分子量和光谱图与已知的两种黄色素相近,且存在于胞外,水溶性很强,因此为水溶性红曲黄色素。Y3和Y4具有强烈的荧光。四种化合物的代谢受温度的调控,较高的温度可以促进两种水溶性荧光黄色素的积累。通过两阶段温度调控发酵分别提高了水溶性荧光黄色素Y3和Y4的产量达98.21%和79.31%。这一研究为水溶性荧光黄色素的发酵提高理论参考。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ925.7
【图文】：

红曲色素,途径,真菌基因,绪论

第一章绪论红曲色素的生物合成途径已经有很大的研究进展[7, 21, 22]。但由于红曲色素结构成分较多且真菌基因组序列复杂，红曲色素的详细的合成途径到目前为止还没有阐明。

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5图 1-3 菌株 M. ruber M7 红曲色素合成基因簇相关基因排列[7]Figure 1-3 Gene arrangement in the cluster extracted from the genome sequence of M.ruber M71.4 红曲黄色素的研究进展1.4.1 红曲黄色素简介黄色素因其色泽柔和诱人，能很好的改善食品美观，促进消费者的食欲，增强消费者的购买欲，因此逐渐成为一类主要的食用色素，其需求占色素市场需求的 60%以上[35]。红曲黄色素除了 Monascin 和 Ankaflavin 两种熟知的色素外，许多其他结构的红曲黄色

【参考文献】