基于微生物代谢调控的高产γ-谷维素体系构建

发布时间：2020-08-08 13:16

【摘要】：γ-谷维素存在于多种植物油中,具有多重生理活性功能。因其在终止脂质过氧化反应与消除自由基等方面效果良好,且耐热性能优于其他抗氧化剂,在热加工工艺中如煎炸油抗氧化等方面具有广泛的应用前景。目前,γ-谷维素主要来源于植物萃取或化学合成,存在富集困难或不安全等问题;而酶催化法成本较高,技术复杂,推广困难。为获得操作简便、安全高效、成本低廉的生物富集γ-谷维素的方法,本研究在前期科研基础上,拟采用微生物发酵杂粮副产物,筛选产γ-谷维素优势菌株与优质基料;从细胞膜通透性、金属离子浓度与底物诱导等方面调控其代谢过程,通过响应面优化构建γ-谷维素高产发酵体系;构建油脂-胆固醇乳化模型氧化反应体系,评价富含γ-谷维素的提取油的胆固醇及脂质抗氧化能力,为富含γ-谷维素的发酵物深/梯度开发及应用提供前期数据及参考。主要结果如下:(1)产γ-谷维素的发酵体系筛选及工艺优化:经测紫红曲霉、黑曲霉、青霉及毛霉4种霉菌中,紫红曲霉发酵薏米糠产物中γ-谷维素含量最高、增幅最大,达到0.84 mg/mL,较未发酵前增加2.65倍。以薏米、苦荞、小米、燕麦、大米等加工副产物碎米或糠作为发酵基质,筛选出紫红曲霉发酵苦荞碎米基质γ-谷维素富集最显著(P0.05),其含量从0.08 mg/mL增至1.10 mg/mL,提高了12.75倍,且为高色价发酵产品(1099.21 U/g)。通过正交试验优化进一步得到紫红曲霉发酵苦荞碎米生产γ-谷维素的最佳工艺参数:料液比3:1(w:w),紫红曲霉接种量8%,置30℃下发酵9 d,γ-谷维素含量可达1.59 mg/mL,提高至优化前的1.45倍,较未发酵组提高了18.87倍,且红曲色价同步增加到1428.77 U/g,较优化前提高了23.07%。(2)高产γ-谷维素的发酵体系构建:通过超声处理与添加表面活性剂调节细胞膜通透性,表明超声处理不能促进发酵产物中γ-谷维素的富集,而表面活性剂Triton X-100、Tween-80、SDS添加量在0~3‰范围内,对于γ-谷维素的合成均具有促进作用。金属离子添加量能够影响发酵产物中γ-谷维素的含量,Ca~(2+)与Mg~(2+)在一定范围内添加(0~4‰)对γ-谷维素富集有正向调节作用,而Na~+(1‰)则表现为负向调节。底物诱导作用表明,添加阿魏酸对于γ-谷维素的累积无促进作用,而添加谷甾醇则表现出促富集性;当阿魏酸与谷甾醇配比添加时(阿魏酸:谷甾醇=1:1,w:w)能够显著提高γ-谷维素产量(P0.05)。通过响应面优化可得促γ-谷维素高产的最佳微生物调控工艺参数:Triton X-100添加量3.2‰,Ca~(2+)添加量4.2‰,阿魏酸与谷甾醇配比(阿魏酸:谷甾醇=1:1,w:w)添加0.5‰,在前述(1)所述发酵条件下可实现γ-谷维素高产(2.61 mg/mL),提高至调控前的1.64倍,与未发酵空白组比,提高了31.62倍。(3)富含γ-谷维素提取油的抗脂质氧化功能评价:紫红曲霉发酵苦荞碎米基质,对发酵产物提油,提取油中γ-谷维素有效含量达18.57 mg/g;该提取油于200℃下加热处理8 h,γ-谷维素损失率仅为17.79%,表明其具有较好的热稳定性。在油脂-胆固醇氧化模型中,氧化反应168 h后,添加1.0 mL提取油(提取油:乳液=1:20,v:v)的鱼油-胆固醇乳液中7-keto含量仅为5.68μg/mL,胆固醇氧化抑制率高达95.19%,优于橄榄油组的93.02%和亚麻籽油组的87.65%;且添加量与抗胆固醇氧化效应呈正相关。添加1.0 mL提取油(提取油:乳液=1:20,v:v)的3种乳液中,POV值经氧化168 h后分别为18.52 mmol/kg、21.37 mmol/kg与23.58 mmol/kg,显著低于对照组乳液(P0.05);随其添加量增加,抗脂质氧化性也逐渐增强;提取油在各乳液中的抗脂质氧化性大小顺序为:鱼油-胆固醇乳液橄榄油-胆固醇乳液亚麻籽油-胆固醇乳液。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS202.3;TQ920.6
【图文】：

4图 1-2 通过细胞破碎和渗透方法释放胞内产物Release of intracellular products by cell disruption and cell permeabil

图 2-2 γ-谷维素标准曲线Fig. 2-2 Standard curve of γ-oryzanol 2-2 可知，γ-谷维素标准曲线线性回归方程为 y=64957x + 198，表明γ-谷维素在 0~2.00 mg/mL 浓度范围内呈良好的线性关系

图 2-1 γ-谷维素标品 HPLC 色谱图Fig. 2-1 HPLC chromatogram of γ-oryzanol standard曲线制作方法：以正己烷为溶剂，配制质量浓度分别为L、0.80 mg/mL、1.20 mg/mL、1.60 mg/mL、2.00 mg/mL

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本文编号：2785610