产红色素菌株的筛选、鉴定、色素提取、红色素发酵工艺及性质的研究

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随着人们生活水平的提高和保健意识的增强,食品的安全性受到越来越多的关注。毒理学和分析技术发展证实,许多合成色素对人体有一定的危害性,因而被限制使用。天然色素则以安全性高,具有一定的保健功能而收到广泛关注,成为研究热点。本文对一株产红色素菌株进行了研究,研究表明该菌株溶解性好,色价高,性质稳定,具有较高的开发价值和应用前景。通过对PDA、SDAY、察氏、酵母蔗糖和淀粉五种培养基的筛选和菌丝生长速率比较,选出最适培养基为PDA培养基。并通过比较胞内外色素OD值和菌丝体干重大小对初筛所得15株菌株进行复筛,通过比较发现:菌株RCEF4029胞外色素OD值为0.39,胞内色素OD值为0.63,菌丝体干重为3.11g,明显高于其它菌株,因此将RCEF4029作为目标菌株进行研究。根据该菌株的形态、培养特征和其显微形态观察,从菌丝、孢子的形态和产孢子的特征等初步判定为镰刀菌属(Fusarium)。为确定其分类地位,又用ITS-DNA测序鉴定进行了验证。将ITS-rDNA提取后进行PCR扩增,测序后提交到National Centerfor Biotechnology Information(NCBI)核酸数据库,通过Blast程序,将ITS-rDNA序列与Genebank中的核酸序列进行比对,结果确定RCEF4029菌株为串珠镰刀菌(Fusariummomiliforme)。本文以产红色素菌株发酵液的菌体为原料,研究了红色素的提取工艺,比较了浸提法与超声波提取和微波提取的效果,最终确定有机溶剂浸提为本实验的最佳方法。通过单因素实验和正交实验得到有机溶剂浸提法的最佳条件为:提取溶剂为二氯甲烷∶丙酮=2∶1(V/V),提取温度为40℃,提取时间为180min,提取料液比为1∶30(m/v),提取级数为3级。详细讨论了该红色素的性质:该色素为脂溶性色素,可溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正己烷、甲苯、石油醚等有机溶剂,极易溶于氯仿、二氯甲烷、丙酮等有机溶剂;色素溶液的最大吸收波长为435nm;该红色素的耐热性较好;该色素在避光、室内散射光和室外散射光照射下具有良好的光稳定性,但紫外光对其光稳定性有一定的影响;该色素对大多数金属离子、氧化剂、还原剂、维生素、酸度调节剂、常用食品添加剂和防腐剂的稳定性较好,其中柠檬酸、氢氧化钠、VE、明胶和苯甲酸钠对红色素有增色的效果;根据DPPH抗氧化筛选模型法得该色素具有一定的抗氧化活性;根据CHO Cytotoxicity Assay模型进行测定得RCEF4029所产红色素基本无毒,是一种安全性较高的天然色素,因此具有较大的开发利用价值,可以应用于印染和食品等工业。通过液体培养基组成成分的正交试验,以色价和分泌率为指标,比较不同的营养性因素包括碳氮源、无机盐及不同的非营养因素包括pH、温度和培养时间对红色素产量的影响。最终筛选出RCEF4029菌株的最适液体培养基的组成为5%可溶性淀粉,20%马铃薯汁,0.25%蚕蛹粉,0.075%KH2PO4;最佳发酵条件如下:起始pH值为7.5,生长温度为28℃,转速150rpm,接种量为10%,培养时间10d。利用高效液相色谱、液质联用(LC-MS)等分离纯化方法,分离得到色素纯品,该化合物的分子式为C14H14O6,分子量为278.261。通过液质连用、数据库比对,得知目前在一种真菌中已有一产红色素物质,分子式为C14H14O6,其颜色、紫外光谱和分子式都与本试验得到的物质一致,因此,可以断定本试验研究的红色化合物可能就是该化合物。
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