紅酵母超高壓突變體的類胡蘿卜素提取及特性研究

王歲樓，王海翔，楊志萍，吳曉宗

(中國(guó)藥科大學(xué)食品科學(xué)與安全系，南京 211198)

以β-胡蘿卜素為代表的類胡蘿卜素具有抗氧化、抗腫瘤等許多重要的生理功能，在食品、藥品及保健食品等領(lǐng)域用途廣泛。利用紅酵母發(fā)酵生產(chǎn)天然類胡蘿卜素具有營(yíng)養(yǎng)要求簡(jiǎn)單、培養(yǎng)周期短、菌體可綜合利用等許多優(yōu)點(diǎn)，但目前菌種發(fā)酵產(chǎn)率相對(duì)較低［1］。超高壓處理是一種非常有希望的食品工業(yè)高新技術(shù)，它不僅被用于食品殺菌保藏和品質(zhì)改良，近年來(lái)也被用于食品發(fā)酵工業(yè)微生物的誘變育種［2］。本研究通過(guò)超高壓技術(shù)誘變獲得了類胡蘿卜素產(chǎn)量大幅度提高的紅酵母突變體［3，4］，并對(duì)其類胡蘿卜素的提取分離方法及光熱穩(wěn)定性和抗氧化活性等進(jìn)行了初步的研究。

1 材料與方法

1.1 菌種和培養(yǎng)基

菌種:酵母突變體，本實(shí)驗(yàn)室保藏，系超高壓誘變獲得。

培養(yǎng)基(每1 000 mL):瓊脂培養(yǎng)基:葡萄糖20 g、蛋白胨20 g、酵母膏10 g、瓊脂20 g，pH 值6.0;種子培養(yǎng)基:葡萄糖20 g、蛋白胨10 g、酵母膏10 g，自然pH;發(fā)酵培養(yǎng)基:葡萄糖25 g、酵母膏3 g、硫酸銨5 g、番茄汁2.5 mL、花生油0.5 mL，pH 值6.0。

1.2 類胡蘿卜素提取分離和分析

發(fā)酵液離心獲得酵母菌體，用蒸餾水洗滌，在70℃干燥至恒重。根據(jù)前期研究經(jīng)驗(yàn)篩選了酸-熱法、甲苯法、酶解法、自溶法和機(jī)械法5 種細(xì)胞破壁方法［5］，并以丙酮為有機(jī)溶劑從細(xì)胞碎片中浸提類胡蘿卜素色素，直到菌體顏色消退。將提取液離心分離，上清液用濾膜過(guò)濾。

上述類胡蘿卜素粗提液通過(guò)硅膠柱色譜做進(jìn)一步分離純化后，采用薄層層析法(TLC)、紫外光譜法和HPLC 法進(jìn)行定量定性分析，具體方法參考文獻(xiàn)［6，7］，結(jié)合實(shí)際略有改動(dòng)。

1.3 穩(wěn)定性和抗氧化性評(píng)價(jià)

按照文獻(xiàn)［8］和［9］介紹的方法進(jìn)行，略有改動(dòng)。色素提取物的光、熱穩(wěn)定性通過(guò)比色法測(cè)定;體外抗氧化活性通過(guò)化學(xué)發(fā)光法測(cè)定，比較清除幾種自由基的IC50值，其IC50值越大，表明其清除氧自由基能力越弱。

2 結(jié)果與討論

2.1 從紅酵母突變體提取類胡蘿卜素

類胡蘿卜素是紅酵母的胞內(nèi)產(chǎn)物，必須先進(jìn)行破壁處理。表1 是采用不同破壁方法提取類胡蘿卜素的產(chǎn)率，可見(jiàn)酸-熱法是其中最好的。其機(jī)制可能主要是由于鹽酸對(duì)細(xì)胞壁中原本結(jié)合緊密的多糖和蛋白質(zhì)等物質(zhì)具有強(qiáng)大的疏松作用，并結(jié)合沸水浴和速冷處理，使細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)溶出。

表1 不同破壁方法類胡蘿卜素產(chǎn)率

進(jìn)一步根據(jù)L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，獲得了酸-熱法破壁的最佳組合條件為:鹽酸濃度2 mol/L，鹽酸用量12 mL/g 細(xì)胞，鹽酸浸泡時(shí)間40 min，沸水浴處理4 min。另一項(xiàng)研究表明，類胡蘿卜素最佳提取溶劑為丙酮，其最佳用量為20 mL/g 干細(xì)胞。在以上確定的最優(yōu)條件組合下，平均類胡蘿卜素提取率可達(dá)718.1 μg/g 干細(xì)胞(表2)。

表2 最適破壁和浸提條件下類胡蘿卜素提取結(jié)果

粗提物經(jīng)柱分離純化后，用TLC、紫外光譜和HPLC 進(jìn)行分析，結(jié)果表明，該突變體酵母類胡蘿卜素發(fā)酵產(chǎn)物中可能含有β-胡蘿卜素，還可能含有園酵母素、紅酵母紅素及其他不常見(jiàn)的類胡蘿卜素類物質(zhì)(表3、表4)，而這些類胡蘿卜素的抗氧化、抗腫瘤活性目前還很少見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道，因此值得進(jìn)一步深入研究。

表3 薄層色譜和紫外光譜試驗(yàn)結(jié)果

表4 3 種類胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)混合物的HPLC 特性

2.2 類胡蘿卜素提取物的光熱穩(wěn)定性及抗氧化活性

天然色素一般穩(wěn)定性較差，嚴(yán)重制約了其實(shí)際應(yīng)用。從表5、表6 可以看出，該類胡蘿卜素提取物對(duì)光和熱的穩(wěn)定性好于以前報(bào)道的類似色素，這表明該酵母突變體的類胡蘿卜素有很大的實(shí)用價(jià)值，但超高壓處理后酵母色素光熱穩(wěn)定性改善的原因有待今后研究。

類胡蘿卜素抗氧化活性是其最重要的功能特性，進(jìn)行抗氧化作用研究是類胡蘿卜素應(yīng)用的基礎(chǔ)。不同的類胡蘿卜素其抗氧化活性不同，即使相同類胡蘿卜素其來(lái)源不同，抗氧化活性也可能不同。從表7 可見(jiàn)，該色素提取物對(duì)3 種主要類型的氧自由基均有不同程度的清除作用，其中對(duì)·O-2 的清除能力最強(qiáng)，清除·OH 的能力次之，清除H2O2能力最弱。

表5 不同光源和照射時(shí)間對(duì)類胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響(OD475)

表6 不同溫度和加熱時(shí)間對(duì)類胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響(OD475)

表7 類胡蘿卜素對(duì)3 種自由基的清除能力

3 結(jié)論

采用酸-熱法破壁和丙酮為浸提溶劑，從紅酵母超高壓突變株提取類胡蘿卜素是可行的。色素提取物經(jīng)過(guò)初步分離純化后，采用薄層色譜、紫外光譜和高效液相色譜進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該色素提取物可能至少含有3 種類胡蘿卜素成分，包括β-胡蘿卜素、園酵母素及紅酵母紅素。穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該色素光熱穩(wěn)定性良好，從體外自由基清除實(shí)驗(yàn)也可看出，色素提取物具有良好的抗氧化活性，因此值得進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究。

［1］王歲樓，步芬.紅酵母發(fā)酵生產(chǎn)β-胡蘿卜素［J］.食品研究與開(kāi)發(fā)，2010，31(12):250-254.

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