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Penicillium.sp.HSD07B红色素的纯种发酵及相关研究

作　者: 任志芳
导　师: 刘国生; 王海磊
学　校: 河南师范大学
专　业: 微生物学
关键词: 红色素纯种发酵界面培养葡萄糖饥饿连续培养
分类号: TQ920.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

色素是食品、饲料、化妆品和医药工业广泛应用的着色剂，分为天然色素和合成色素两大类。合成色素大多存在安全方面的问题，而天然色素却不断体现出诸多优点。动植物色素易受地域季节的影响，因而利用微生物资源生产天然色素成为色素行业的主流。在先前工作中，我们报道了青霉Penicillium sp. HSD07B和一株酵母菌Candidatropicalis在混合培养时能够产生红色素，而P. sp. HSD07B在纯培养液体发酵条件下几乎不产生红色素。由于混合培养相对来说生产成本高，过程比较繁琐，因而，研究新的发酵方式，利用P. sp. HSD07B产生大量的红色素，是目前急需解决的一个关键工作。本论文的研究结果如下：第一，青霉纯种培养方法的建立和条件的优化。通过对P. sp. HSD07B产红色素培养方法的探索，确定了P. sp. HSD07B的纯培养方法—自形成界面培养法，达到了简化工艺，减少色素组分的目的，为下一步工作提供了便利。通过对其发酵条件的优化，使红色素产量达到最大（3g/L）。最佳发酵条件是：PDA培养基，温度30℃，培养基初始pH6.0，葡萄糖含量为15g/L。第二，青霉生长动力学研究及连续培养方法的建立。根据界面模拟培养结果，P. sp.HSD07B在界面上的生长可分为快速期、减速期、衰退期3个阶段，各阶段的动力学模型分别为：（1）快速期：X_T=0.01t^1.6323（0<t<t₁）；（2）减速期： X_T=0.037t^1/2+0.0514（t₁<t<t₂0≤s≤1）；（3）衰退期：利用该模型可以对菌株P. sp.HSD07B界面发酵过程中的生物量进行预估，有利于过程控制。连续培养方法的建立，克服了序批式培养繁琐复杂的缺点，缩短了生产周期，提高了生产效率，为将来的工业化生产打下基础。第三，红色素产生机制的研究。为进一步证明先前提出“葡萄糖饥饿”这一诱导机制，我们设置了葡萄糖补加实验和饥饿实验，并测定了发酵液各层次以及界面处（色素产生部位）的葡萄糖浓度，结果显示：葡萄糖浓度的高低直接影响到色素产量的大小。在发酵液中，上下层的葡萄糖含量存在较大浓度差，越接近界面处葡萄糖含量越低。由菌丝形成的界面膜也存在浓度梯度，产红层为0.1g/L，白色菌丝层为0.02g/L，这显然属于葡萄糖的低浓度范围，与先前的推论保持了一致。第四，色素的理化性质及组分分析。紫外－可见分光光度计全波段扫描提取得到的色素，确定色素最大吸收峰为500nm。吸光度（A）与色素浓度（C）关系曲线C（mg/mL）=2.3048A-0.0125（R²=0.9978）。经分析，该红色素为无毒水溶性色素，稳定性强，具有一定抗氧化力，表现出较大的开发和利用价值。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-9
目录  9-13
第一章前言  13-27
  1.1 色素的研究概况  13-14
  1.2 微生物色素研究进展  14-24
    1.2.1 微生物资源及开发  14-16
    1.2.2 培养工艺  16-18
    1.2.3 微生物色素的提取和纯化  18-22
    1.2.4 微生物色素的生物合成与调控  22-23
    1.2.5 微生物色素开发中存在的问题及前景展望  23-24
  1.3 丝状真菌色素研究现状  24-26
  1.4 本文的研究背景和研究内容  26-27
第二章 P. sp. HSD07B纯培养产红色素方法的建立及发酵条件的优化  27-37
  2.1 引言  27
  2.2 材料  27-28
    2.2.1 菌种  27-28
    2.2.2 仪器  28
    2.2.3 培养基  28
  2.3 实验方法  28-30
    2.3.1 色素浓度的测定  28-29
    2.3.2 培养方法的建立  29
    2.3.3 不同培养基对色素产量的影响  29
    2.3.4 温度对色素产量的影响  29-30
    2.3.5 pH对色素产量的影响  30
    2.3.6 葡萄糖浓度对色素产量的影响  30
    2.3.7 培养过程色素产量与pH的变化  30
  2.4 结果与讨论  30-35
    2.4.1 色素浓度的测定  30-31
    2.4.2 培养方法的建立  31-32
    2.4.3 在不同培养基中培养产色素情况  32-33
    2.4.4 温度对色素产量的影响  33
    2.4.5 培养基初始pH对菌株产色素的影响  33-34
    2.4.6 葡萄糖含量对色素产量的影响  34
    2.4.7 培养过程色素产量与pH的变化  34-35
  2.5 小结  35-37
第三章青霉P.sp.HSD07B生长动力学模型的建立和连续发酵培养  37-45
  3.1 引言  37
  3.2 材料  37-38
    3.2.1 仪器  37
    3.2.2 培养基  37
    3.2.3 界面膜  37
    3.2.4 连续发酵装置  37-38
  3.3 方法  38-39
    3.3.1 界面培养原理  38
    3.3.2 菌体量测定方法  38
    3.3.3 界面培养方法  38-39
    3.3.4 连续培养原理  39
    3.3.5 连续培养方法  39
  3.4 结果与讨论  39-43
    3.4.1 P.sp.HSD07B的生长曲线  39-40
    3.4.2 P.sp.HSD07B动力学模型的建立  40-41
    3.4.3 P.sp.HSD07B动力学模型参数  41-42
    3.4.4 连续培养  42-43
  3.5 小结  43-45
第四章色素的产生机制研究  45-53
  4.1 引言  45
  4.2 材料  45-46
    4.2.1 仪器  45
    4.2.2 试剂  45-46
  4.3 方法  46-49
    4.3.1 还原糖测定方法：3,5－二硝基水杨酸比色法  46-48
    4.3.2 葡萄糖补加实验  48
    4.3.3 葡萄糖饥饿实验  48
    4.3.4 发酵液中不同层次还原糖测定  48
    4.3.5 界面膜中还原糖含量测定  48
    4.3.6 纯培养方法的改进  48-49
  4.4 结果与讨论  49-51
    4.4.1 葡萄糖补加实验  49
    4.4.2 葡萄糖饥饿实验  49
    4.4.3 发酵液中不同层次还原糖测定  49-50
    4.4.4 界面膜中还原糖含量测定  50-51
    4.4.5 纯培养方法的改进  51
  4.5 小结  51-53
第五章色素的提取、性质及成分分析  53-61
  5.1 引言  53
  5.2 仪器与材料  53
    5.2.1 仪器  53
    5.2.2 培养基  53
  5.3 方法  53-56
    5.3.1 色素的分离提取  53-54
    5.3.2 色素的基本性质  54-55
    5.3.3 色素的成分比较  55-56
  5.4 结果与分析  56-59
    5.4.1 色素的基本性质  56-58
    5.4.2 色素的成分比较  58-59
  5.5 小结  59-61
参考文献  61-69
致谢  69-71
攻读学位期间发表的学术论文目录  71-72

Penicillium.sp.HSD07B红色素的纯种发酵及相关研究

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