【摘 要】
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红曲色素是一种天然、绿色的可食用色素,也是目前唯一一种利用微生物发酵制备的天然色素,具有抗氧化、抗肿瘤、抗菌、抗炎和降血糖等特性,应用前景广阔。红色素是其中应用最广泛的一种。随着红曲红色素研究的深入,如何提高红曲霉液态发酵产胞外水溶性红色素的产量及应用质量是目前研究的难题。稀土元素作为诱导剂,在提高植物和微生物次级代谢产物的产量方面得到了广泛的应用,但是很少有关于稀土元素对红曲霉次级代谢产物影响的
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红曲色素是一种天然、绿色的可食用色素,也是目前唯一一种利用微生物发酵制备的天然色素,具有抗氧化、抗肿瘤、抗菌、抗炎和降血糖等特性,应用前景广阔。红色素是其中应用最广泛的一种。随着红曲红色素研究的深入,如何提高红曲霉液态发酵产胞外水溶性红色素的产量及应用质量是目前研究的难题。稀土元素作为诱导剂,在提高植物和微生物次级代谢产物的产量方面得到了广泛的应用,但是很少有关于稀土元素对红曲霉次级代谢产物影响的报道。本文主要从高产水溶性红色素红曲霉的选育、镧元素对高产菌发酵代谢的调控以及胞外水溶性红色素的特性及应用几个方面进行研究,为红曲红色素的理论研究、工业化生产和实际应用提供指导,主要结论如下:首先根据红曲霉液态发酵产红色素在工业化应用中的问题,从菌种选育出发,在市售福建古田红曲米中筛选出一株高产胞外水溶性红色素的紫红曲霉Monascus purpureus M-3（GDMCC NO.61166）,通过单因素实验优化碳氮源及关键培养条件,实验结果表明:碳氮源能够显著影响红曲霉液态发酵产红色素,以甘油为唯一碳源,和有机氮源酵母膏组合有利于胞外水溶性红色素的合成,添加4 g/L谷氨酸,接种量9%,发酵周期为8 d。此时,红色素产量达到了104.72 U/m L,胞外红色素产量为73.87 U/m L,胞内产量为30.85 U/m L。此研究结果说明M-3能够高效转化甘油为红曲红色素,为甘油的高效利用提供了一条健康环保的途径。为了进一步提高红曲霉M-3产胞外水溶性红色素的能力,本课题探讨了七水氯化镧对红曲霉液态发酵产红色素的代谢调控。在发酵第2 d向培养基中添加0.4 g/L的La3+后,菌体内活性氧水平明显提高,发生氧化胁迫刺激红曲霉产红曲色素;红曲霉细胞膜更倾向于合成不饱和脂肪酸,细胞膜的渗透性和流动性增强,促使胞内色素转移到胞外,解除胞内色素的反馈抑制;同时,La3+调节红曲霉次级代谢产物合成相关基因的表达,与红色素合成的相关基因上调,而与桔霉素合成的相关基因下调。最终,胞外水溶性红色素的产量和生物量分别达到了124.10 U/m L和33.10 g/L,相比常规发酵提高了70.23%和88.45%,同时胞外和胞内桔霉素含量分别降低了59.93%和38.14%。最后,对该胞外水溶性红色素的理化性质及生物活性进行评估,发现其热稳定性良好,而光稳定性较差,具有良好的抗氧化能力。同时,开发了一种新的护色剂-金银花水提物,能够有效的提高该胞外水溶性红色素的光稳定性,0.7%的金银花水提物能够使紫外光照射24 h的红色素损失率降低3.14倍。将其应用到苹果汁饮料和糖果中,发现能够有效提高苹果汁饮料和糖果的抗氧化能力及保存稳定性,这一研究为该胞外水溶性红色素在食品领域的应用提供了理论支持。
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