天然色素發(fā)酵工藝優(yōu)化開題報告

《天然色素發(fā)酵工藝優(yōu)化開題報告》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、開題報告天然色素發(fā)酵工藝優(yōu)化1選題的背景和意義靈菌紅素(prodigiosins，PG)是一類天然紅色素的總稱，通常由3個吡咯環(huán)（其中的一個吡咯環(huán)C2上帶有一個甲基，C3上則有一個戊基）組成的甲氧基吡咯骨架結(jié)構(gòu)，它是一種紅色物質(zhì)，可由粘質(zhì)沙雷氏菌（Serratiamarcescens）等細菌合成的次級代謝產(chǎn)物（secondarymetabolite）。PG屬于脂溶性色素，易溶于甲醇和丙酮，不溶于水；PG對溫度穩(wěn)定但受pH的影響較大；A1，Ca，K，Ba等金屬離子對PG的穩(wěn)定性影響不大，Zn有使PG增色的作用，Mg和Mn對PG有一定的破壞作用?，F(xiàn)階段，主要

2、是通過微生物發(fā)酵來獲得靈菌紅素，能產(chǎn)生靈菌紅素的微生物主要有鏈霉菌屬（Streptomyces）、沙雷氏菌屬（Serratia）和假單胞菌（pseudomonas）等種屬。人們的研究主要集中在沙雷氏菌屬其抗腫瘤方面，美國國立癌癥研究(NSI)Melvin等發(fā)現(xiàn)PG在平均IC50為2.1μmol·L-1時對包括白血病、肺癌、中樞神經(jīng)系統(tǒng)癌、黑素瘤、乳腺癌、前列腺癌、腎癌、卵巢癌在內(nèi)的八種癌細胞株中的57種不同的人癌細胞均有抗性作用[8]。然而，靈菌紅素的應(yīng)用遠遠不止這些，由于其無毒抗菌性能，可以作為一種綠色的飼料添加劑，且由于其是一種天然色素，可以作為紡織

3、工業(yè)中的染料。本實驗便是以一株產(chǎn)紅黏質(zhì)沙雷氏菌為出發(fā)菌株，通過優(yōu)化培養(yǎng)基組成及成分配比，使用低成本的農(nóng)作物或工業(yè)廢棄物來生產(chǎn)和提高靈菌紅素的產(chǎn)量，同時降低成本。2相關(guān)研究的最新成果及動態(tài)近年來靈菌紅素在醫(yī)學(xué)上、環(huán)境治理、食品色素以及紡織業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。首先，醫(yī)學(xué)上抗腫瘤作用。PG對比起另外一些化學(xué)療法藥劑，如環(huán)磷琉胺（cyclophosphamide）具有低細胞毒作用，只有當濃度大于300nM時才具有明顯的淋巴細胞抑制作用。而后者在其有效濃度時毒性已非常高。①它能在銅離子配合下破壞癌細胞的雙鏈DNA。而癌細胞相比非癌組織具有較高的銅離子濃度（3.5

4、倍），這也成為PG對癌組織高針對性的基礎(chǔ)。PG還可以通過抑制細胞中型拓撲異構(gòu)酶I和Ⅱ的活性而進一步達到破化DNA復(fù)制的目的。4②PG可破化細胞內(nèi)的線粒體，高爾基體和溶酶體對細胞質(zhì)的pH梯度，降低細胞內(nèi)ATP水平。這是由于其可以在這些細胞器的膜上起到離子孔的作用，而抵消氫氯離子的同向轉(zhuǎn)運。③靈菌紅素可以激活細胞內(nèi)細胞凋亡途徑。一方面，靈菌紅素激活前半胱天冬酶8，繼而啟動了細胞內(nèi)半胱天冬酶依賴的細胞凋亡。另一方面，它也可以使線粒體釋放其細胞凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）而觸發(fā)非半胱天冬酶依賴的細胞凋亡。其次，在環(huán)境治理上，韓國科學(xué)家于1996年首次在海洋中發(fā)現(xiàn)一種微

5、生物“哈赫拉”（Hahella）?；蚪M測序分析后發(fā)現(xiàn)其能產(chǎn)生可以清除赤潮的靈菌紅素。將靈菌紅素撒在赤潮中，只需十億分之一的濃度，1h后就能將導(dǎo)致赤潮的浮游生物大部分殺死。這對治理河湖的富營養(yǎng)化及海里的赤潮，維護地球環(huán)境具有重大意義。韓國科學(xué)家已為其申請了韓國和國際專利。再次，作為食品添加劑，合成色素發(fā)明之后，天然色素逐漸被取代。隨著毒理學(xué)和分析技術(shù)的不斷發(fā)展和人們生活水平的提高，發(fā)現(xiàn)某些合成色素食用過量有致癌危險，而天然色素具有較高的安全性?？墒?，天然色素不能滿足現(xiàn)代食品工業(yè)發(fā)展的需要，開發(fā)新品種以及改進原有的天然色素（如靈菌紅素）迫在眉睫。最后，在紡

6、織業(yè)方面，現(xiàn)如今，隨著人們生活水平的提高，人們對安全，健康，綠色的產(chǎn)品需求日益擴大，為了滿足社會需求，特別是內(nèi)衣，汗衫，襪子等生產(chǎn)能夠抗菌的紡織物是將來發(fā)展的一大趨勢。3課題的研究內(nèi)容及擬采取的研究方法、難點及預(yù)期目標3.1研究內(nèi)容本課題所要研究的是黏質(zhì)沙雷氏菌培養(yǎng)基優(yōu)化，通過改良培養(yǎng)基的選擇以及各種成分比例來提高靈菌紅素產(chǎn)量3.2采取的研究方法、技術(shù)路線首先進行單因素確定以及正交實驗，然后通過P-B實驗確定培養(yǎng)基中影響靈菌紅素產(chǎn)量的主要因素之后再使用響應(yīng)面實驗確定最佳培養(yǎng)基。3.3課題的研究難點：PB實驗以及響應(yīng)面實驗所涉及的變量多，導(dǎo)致實驗操作較為繁

7、瑣，且培養(yǎng)基優(yōu)化不確定性以及沙雷氏菌利用不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果不理想。43.4實驗方案1，先采用單因?qū)嶒?，分別考察C源、N源、水、無機鹽等種類及濃度2，考慮不同碳氮比對靈菌紅素產(chǎn)量影響3，根據(jù)單因子結(jié)果進行PB、爬坡、響應(yīng)面等實驗設(shè)計，確定最優(yōu)發(fā)酵工藝條件4，根據(jù)統(tǒng)計學(xué)實驗設(shè)計優(yōu)化的最優(yōu)條件來實驗驗證3.5預(yù)期達到的目標：找到目的菌株培養(yǎng)基的最佳配比，進行下一步的發(fā)酵工藝優(yōu)化，提高靈菌紅素的產(chǎn)量。3.6相關(guān)儀器及實驗耗材722型分光光度計，分析天平，生化培養(yǎng)箱，低溫冰箱，超凈工作臺，容量瓶，pH酸度計，培養(yǎng)皿，試管，酒精燈，涂布棒，接種針等。4論文工作

8、進度和安排2010年10月23日-10月30日：查閱文獻資料，確定實驗方案。20