CN111088171B - 一种可双向调节紫红曲霉中红曲色素合成量的发酵方法 - Google Patents

一种可双向调节紫红曲霉中红曲色素合成量的发酵方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可双向调节紫红曲霉中红曲色素合成量的发酵方法，本发明研究发现，在不含游离氨基酸的培养基中添加蛋氨酸，使腺苷甲硫氨酸(SAM)合成酶的活性提高，从而抑制红曲色素的合成，而添加SAM能够抑制SAM合成酶的活性，促进红曲色素的合成。由此，本发明通过调节培养基中SAM和蛋氨酸的含量，可实现紫红曲霉中红曲色素合成的双向调节。

Description

一种可双向调节紫红曲霉中红曲色素合成量的发酵方法
技术领域
本发明属于食用天然色素生物制造领域，特别涉及一种可双向调节紫红曲霉中红曲色素合成量的发酵方法。
背景技术
红曲色素是由我国重要的传统药食两用微生物红曲霉菌(Monascus spp.)产生的天然色素，其使用具有悠久的历史。作为食品添加剂，红曲色素广泛应用于食品加工和化妆品制造等领域；因其还具有广泛的生物活性例如抗氧化、抗突变、抑菌以及降低胆固醇改善血脂等，它在益生保健产品开发和医疗领域的应用也愈加受到重视。
红曲色素是一种混合色素，主要由红色素、黄色素和橙色素组成。关于红曲色素的生物合成，一般认为可能的过程是：聚酮合成酶首先催化乙酰CoA和丙二酰CoA生成己酮生色团，己酮生色团再与脂肪酸合成途径产生的中链脂肪酸通过转酯化反应生成橙色素，橙色素再分别通过加氨反应和还原作用形成红色素和黄色素。
发明内容
本发明的目的在于通过调节培养基中特定氮源的种类及含量，提供一种可双向调节紫红曲霉中红曲色素合成量的发酵方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种可双向调节紫红曲霉中红曲色素合成量的发酵培养基，其中，所述发酵培养基包括基础培养基和调控因子，所述调控因子包括腺苷甲硫氨酸和/或蛋氨酸，每升发酵培养基中两者的添加量为：
腺苷甲硫氨酸 1～10g
蛋氨酸 1～10g。
进一步的，所述基础培养基的原料及各原料的重量份数为：
Figure BSA0000200219700000011
Figure BSA0000200219700000021
本发明的另一方面：
一种可双向调节紫红曲霉中红曲色素合成量的发酵方法，包括以下步骤：
1)将紫红曲霉从斜面培养基接种到平板培养基上，30℃培养4～5天；
2)用接种环刮取适量新鲜菌丝体接种到液体种子培养基中，33℃、200rpm培养1～3天；
3)以体积百分比5％～15％的接种量将新鲜制备的种子液接种到如权利要求1或2所述的基础培养基中，33℃、200rpm培养10～15天；
在发酵过程中，根据需要添加所述调控因子：
提高红曲色素合成量时，补充添加腺苷甲硫氨酸；
抑制红曲色素过多合成时，补充添加蛋氨酸。
进一步的，步骤1)中所述斜面培养基的原料包括葡萄糖、麦芽浸粉、琼脂、酵母浸粉、蛋白胨、KH2PO4、NaNO3和MgSO4·7H2O；所述平板培养基的原料包括麦芽浸粉、琼脂、葡萄糖和蛋白胨。
进一步的，步骤2)中所述液体种子培养基的原料包括大米粉、蛋白胨、豆粕粉、KH2PO4、NaNO3和MgSO4·7H2O。
本发明相比现有技术的有益效果为：
发酵培养基的成分对红曲色素的合成具有重要影响因素。现有研究主要集中在不同的碳源或氮源对红曲色素合成的单向调节作用(促进或抑制)，而本发明研究发现“蛋氨酸-S-腺苷甲硫氨酸(SAM)”代谢途径能够双向调控紫红曲霉中红曲色素的合成，在特定培养基中添加蛋氨酸能够显著抑制红曲色素的合成，而添加其代谢衍生产物S-腺苷甲硫氨酸(SAM)则能够抑制SAM合成酶的活性，从而显著促进红曲色素的合成。因此，本发明通过控制培养基中蛋氨酸及其代谢衍生产物SAM的含量，可实现对紫红曲霉中红曲色素合成的双向调控。
附图说明
图1为添加、未添加SAM及添加蛋氨酸发酵过程中紫红曲霉中红色素合成曲线图；
图2为添加、未添加SAM及添加蛋氨酸发酵过程中紫红曲霉中橙色素合成曲线图；
图3为添加、未添加SAM及添加蛋氨酸发酵过程中紫红曲霉中黄色素合成曲线图
图4为添加、未添加SAM及添加蛋氨酸发酵2-4天后的菌落照片。
具体实施方式
实施例1——培养基的制备
本实施例中分别制备以下各培养基，灭菌备用。
(1)斜面培养基(1L)：葡萄糖20g，麦芽浸粉20g，琼脂20g，酵母浸粉4g，蛋白胨3g，KH2PO4 2g，NaNO3 2g，MgSO4·7H2O 1g。
(2)平板培养基(1L)：麦芽浸粉20g，琼脂20g，葡萄糖5g，蛋白胨1g。
(3)液体种子培养基(1L)：大米粉40g，蛋白胨8g，豆粕粉5g，KH2PO4 2g，NaNO3 2g，MgSO4·7H2O 1g。
(4)液体型基础培养基(1L)：葡萄糖20g，酵母无氨基氮源5g，MgSO4·7H2O 0.5g，K2HPO4·3H2O 5g，KH2PO4·3H2O 5g，CaCl2 0.1g，MnSO4·H2O 0.03g，FeSO4·7H2O 0.01g，ZnSO4·7H2O 0.01g。
(5)固体型基础培养基：葡萄糖20g，无氨基氮源5g，SAM 1g，MgSO4·7H2O 0.5g，K2HPO4·3H2O 5g，KH2PO4·3H2O 5g，CaCl20.1g，MnSO4·H2O 0.03g，FeSO4·7H2O 0.01g，ZnSO4·7H2O 0.01g，琼脂15g。
(6)液体型SAM培养基(1L)：葡萄糖20g，酵母无氨基氮源5g，SAM 1g，MgSO4·7H2O0.5g，K2HPO4·3H2O 5g，KH2PO4·3H2O 5g，CaCl2 0.1g，MnSO4·H2O 0.03g，FeSO4·7H2O0.01g，ZnSO4·7H2O 0.01g。
(7)液体型Met培养基(1L)：葡萄糖20g，酵母无氨基氮源5g，Met 1g，MgSO4·7H2O0.5g，K2HPO4·3H2O 5g，KH2PO4·3H2O 5g，CaCl2 0.1g，MnSO4·H2O 0.03g，FeSO4·7H2O0.01g，ZnSO4·7H2O 0.01g。
对比例
本对比例提供了一种紫红曲霉中红曲色素合成的发酵方法，包括以下步骤：
1)将紫红曲霉从斜面培养基接种到平板培养基上，30℃培养4～5天；
2)用接种环刮取适量新鲜菌丝体接种到液体种子培养基中，33℃、200rpm培养2天；
3)以体积百分比10％的接种量将新鲜制备的种子液分别接种到是实施例1所述的液体型基础培养基、液体型SAM培养基以及液体型Met培养基中，33℃、200rpm培养12天，从第4天开始每隔2天取样测定色素合成量。
色价的测定采用国标法(GB-T 5009.150-2003)：取发酵液5mL，加入70％乙醇定容至50mL，于60℃水浴萃取1h后，4000rpm离心15min，取上清液，用70％乙醇进行适当稀释，分别在505nm、448nm和410nm下测定OD值。
红色素色价(U/mL)＝OD 505nm×稀释倍数；
橙色素色价(U/mL)＝OD 448nm×稀释倍数；
黄色素色价(U/mL)＝OD 410nm×稀释倍数。
如图1-图3的对比结果可发现，使用液体型基础培养基发酵至第6天，色素合成达到峰值，红色素的产量达到60U/mL，橙色素的产量达到33U/mL，黄色素的产量达到66U/mL。
使用液体型SAM培养基发酵至第6天，色素合成达到峰值，红色素的产量达到107U/mL，橙色素的产量达到86U/mL，黄色素的产量达到100U/mL，分别是使用液体型基础培养基对照组的1.8倍、2.6倍和1.5倍，红曲色素合成量显著提高。
使用液体型Met培养基发酵至第6天，色素合成达到峰值，红色素的产量达到13U/mL，橙色素的产量达到9U/mL，黄色素的产量达到16U/mL，分别是使用液体型基础培养基对照组的22％、27％和24％，红曲色素合成量显著降低。
图4所示的添加、未添加SAM及添加蛋氨酸发酵2-4天后的菌落照片，也与上述色价检测结果一致。
实施例2
本实施例提供了一种可双向调节紫红曲霉中红曲色素合成量的发酵方法，包括以下步骤：
1)将紫红曲霉从斜面培养基接种到平板培养基上，30℃培养4～5天；
2)用接种环刮取适量新鲜菌丝体接种到液体种子培养基中，33℃、200rpm培养1～3天；
3)以体积百分比10％的接种量将新鲜制备的种子液接种到实施例1所述的液体型基础培养基中，33℃、200rpm培养10～15天；
在培养过程中，实时监测红曲色素的合成量；
当红色素合成量不足时，补充添加1g/L腺苷甲硫氨酸；具体的，将1g腺苷甲硫氨酸加入到1L液体型基础培养基中混合均匀，继续培养；
当红色素合成量超量时，补充添加1g/L蛋氨酸；具体的，将1g蛋氨酸加入到1L液体型基础培养基中混合均匀，继续培养；
从而双向控制紫红曲霉中红曲色素的合成量。
实施例3
本实施例提供了一种可双向调节紫红曲霉中红曲色素合成量的发酵方法，包括以下步骤：
1)将紫红曲霉从斜面培养基接种到平板培养基上，30℃培养4～5天；
2)用接种环刮取适量新鲜菌丝体接种到液体种子培养基中，33℃、200rpm培养1～3天；
3)以体积百分比10％的接种量将新鲜制备的种子液接种到实施例1所述的固体型基础培养基中，33℃、200rpm培养10～15天；
在培养过程中，实时监测红曲色素的合成量；
当红色素合成量不足时，补充添加1g/L腺苷甲硫氨酸；具体的，将腺苷甲硫氨酸配置成质量分数为0.1g/mL的水溶液，加入到固体型基础培养基中，继续培养，有效成分SAM可渗透入固体培养基中发挥作用；
当红色素合成量超量时，补充添加1g/L蛋氨酸；具体的，将蛋氨酸配置成质量分数为1g/mL的水溶液，加入到固体型基础培养基中，继续培养，有效成分Met可渗透入固体培养基中发挥作用；
从而双向控制紫红曲霉中红曲色素的合成量。

Claims (3)

1.一种可双向调节紫红曲霉中红曲色素合成量的发酵方法，其特征在于，所述发酵方法包括以下步骤：
1）将紫红曲霉从斜面培养基接种到平板培养基上，30℃培养4~5天；
2）用接种环刮取适量新鲜菌丝体接种到液体种子培养基中，33℃、200 rpm培养1~3天；
3）以体积百分比5%~15%的接种量将新鲜制备的种子液接种到基础培养基中，33℃、200rpm培养10~15天；
每升所述基础培养基的原料及各原料的重量为：
葡萄糖 20g
酵母无氨基氮源 5g
KH2PO4•3H2O 5g
K2HPO4•3H2O 5g
MgSO4•7H2O 0.5g
CaCl2 0.1g
MnSO4•H2O 0.03g
FeSO4•7H2O 0.01g
ZnSO4•7H2O 0.01g；
在发酵过程中，根据需要添加调控因子，所述调控因子为腺苷甲硫氨酸和蛋氨酸：
提高红曲色素合成量时，补充添加腺苷甲硫氨酸；
抑制红曲色素过多合成时，补充添加蛋氨酸；
每升培养基中腺苷甲硫氨酸的添加量为：腺苷甲硫氨酸 1g；
每升培养基中蛋氨酸的添加量为：蛋氨酸1g。
2.根据权利要求1所述的发酵方法，其特征在于，步骤1）中所述斜面培养基的原料包括葡萄糖、麦芽浸粉、琼脂、酵母浸粉、蛋白胨、KH2PO4、NaNO3和MgSO4·7H2O；所述平板培养基的原料包括麦芽浸粉、琼脂、葡萄糖和蛋白胨。
3.根据权利要求1所述的发酵方法，其特征在于，步骤2）中所述液体种子培养基的原料包括大米粉、蛋白胨、豆粕粉、KH2PO4、NaNO3和MgSO4·7H2O。
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