论文部分内容阅读
红曲色素是丝状真菌红曲霉代谢的一种天然食用色素,主要由红曲黄、橙、红三种色素组成,因其具有多种生物活性和安全性而被广泛应用于食品和制药行业。天然红曲黄色素着色亮丽,具有抗肥胖、抗氧化、抗肿瘤、抗高血糖等多种生物活性,近年来已成为了研究热点。本论文主要研究了硝酸盐对红曲霉的生长和代谢生产红曲黄色素的影响,探究了硝酸盐对红曲霉高产水溶性红曲黄色素的调控机制,并探讨了黄色素在纺织染色领域的应用。红曲霉CGMCC 10910（Monascus ruber CGMCC 10910）菌丝体粘附性影响细胞生长及胞外水溶性黄色素（EYP）的产生。本研究发现两种硝酸盐氮源NaNO3和KNO3发酵产红曲黄色素时,抑制了菌丝体的粘附,提高EYP的产量。结果表明,添加5 g/L NaNO3后,菌丝体在发酵液中的粘附力显著降低,抑制菌丝体粘附在锥形瓶内壁,减少菌丝体因缺少营养而导致死亡。结果表明添加NaNO3为氮源降低了发酵体系中的细胞外总多糖的含量而降低了发酵液的粘度。扫描电镜（SEM）分析表明,与对照相比,NaNO3条件下菌丝体拥有着更短、更分散、更有活力形态特征。5 g/L NaNO3和6 g/L KNO3为氮源的发酵体系中的生物量（DCW）分别比对照组提高了49.2%和45.4%,最大EYP产量分别为267.1 AU350和241.8 AU350,分别比对照组(157.1 AU350)提高了70.0%和53.9%。同时,添加5 g/L NaNO3为发酵氮源显著提高了细胞内黄色素和橙色素的组分比例（p<0.05）,并且显著上调了与红曲色素合成相关基因的表达水平（p<0.05或p<0.01）。本研究为工业化发酵生产水溶性红曲黄色素的提供有意义的参考。为进一步探究硝酸盐影响红曲霉高产水溶性红曲黄色素的调控机制,以NaNO3和NH4NO3两种硝酸盐作为氮源发酵生产黄色素,利用转录组学和蛋白组学联合比较分析硝酸盐影响红曲霉CGMCC 10910代谢黄色素的调控机制。研究结果表明,硝酸盐显著影响红曲霉的细胞生长并提高了红曲黄色素,尤其水溶性红曲黄色素的产量。比较转录组学分析发现NaNO3组与对照组（NA vs CK）、NH4NO3组与对照组（NH vs CK）间的差异表达基因数分别为1692和814。KEGG通路富集分析结果表明硝酸盐（NaNO3和NH4NO3）调控了红曲霉中的碳、氮代谢,包括氨基酸、脂肪酸的生物合成和降解,促进了能量的生产,为红曲黄色素的合成提供更多的能量和前体物质。另外NR数据库分析发现添加硝酸盐后,与红曲色素合成相关的转录因子ctnG、ctnF的转录水平显著上调,还调控了红曲色素合成前体物质的丙酮酸脱羧酶基因的转录水平,上调了合成PKS-NRPS合成酶的基因簇的表达水平,该基因簇可能是红曲霉中合成黄色素的关键调控基因。另外硝酸盐的添加还影响了涉及细胞形态和粘附性的α-1,3-葡聚糖和糖基磷脂酰肌醇（GPI）的表达,下调了与细胞减数分裂和循环相关基因的表达水平,进而可能影响了红曲霉细胞形态。蛋白组学分析发现NA vs CK、NH vs CK组间的差异表达蛋白数分别为102、72。GO功能数据库分析发现硝酸盐（NaNO3和NH4NO3）显著影响了红曲霉中的氧化还原反应过程。差异表达蛋白主要涉及到碳、氮代谢,能量的转运和生产。研究发现酰基转移酶是红曲霉合成红曲色素路径中的关键蛋白,上调了乙醛酸盐和二羧酸盐代谢路径中的相关蛋白表达水平,推测该代谢路径为高产水溶性红曲黄色素提供亲水基团等关键前体物质。最后开发了一种天然水溶性红曲黄色素在纺织染色领域应用的工艺。将水溶性红曲黄色素作为染料染色蚕丝,并优化染浴比、染料浓度、染色温度和时间等染色工艺,提高上染率。使用金属盐和生物型媒染剂进一步优化染色工艺,提高了黄色素染色蚕丝的上染率并改进染色性能。红曲黄色素具有抗菌活性,染色蚕丝后使其具有抗菌的生物活性,单宁酸媒染的蚕丝具有更强的抗菌性能,因此利用水溶性红曲黄色素开发了一种环保节能且具有生物活性的染色工艺。