光合细菌中番茄红素的研究
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光合细菌中番茄红素的研究
摘要:番茄红素是一种具有多种生理功能的类胡萝卜素,通常从番茄的果实中提取,价格昂贵一些光合细菌也可以产番茄红素,从而使得利用微生物发酵法生产低成本番茄红素成为可能.本文通过正交实验等方法研究了1株紫色非硫细菌7一1的生长及产番茄红素的最佳培养条件.在以0.4%的乳酸钠为碳源,0.05%的谷氛跳胺为氮源,M才+10pPm,并添加0.1%的酵母粉作为生长因子的改良RcvBN培养基中,7一1菌发酵液在72h内菌浓度可达5.08xl01“个/礼,紫外吸收光语表明细胞内番茄红素的含量明显提高,高效液相色谱法测定出细胞内番茄红素的含量为398.7nl创1009菌体干重.
关键词:番茄红素;光合细菌;培养条件;高效液相色谱
番茄红素(LycoPene)的分子式为c,飞,分子量
536.88,其结构如图1所示,是由11个共扼双键和2
个非共扼碳一碳组成的直链型碳氢化合物[‘〕,是1种
非常重要的类胡萝卜素,是许多类胡萝卜素生物合
成的中间体.因其末端未成件芷香酮环,所以不能分
解成维生素A,不是维生素A源,所以其作用一直未
引起人们重视川.
但在最近几年的研究发现,番茄红素有比其他
类胡萝卜素更优越的功能,如其抗氧化性能在类胡
萝卜素中最强,清除单线态氧的能力是目前常用抗
氧化剂维生素E的100倍、俘一胡萝卜素的2倍多图,
是少数与减少疾病危害有关的类胡萝卜素中最主要
收稿日期:2(X又‘01一肠
基金项目:山东大学微生物技术重点实验室开放基金资助
作者简介:钱卫(l灾刃一),男,学士,工程师,主要从事生物工程的研究和应用.
,通讯作者112山东大学学报(理学版)第39卷
1实验材料与方法
图1番茄红素结构图
Fig.1StnlctoofLycopene
的一种.另外,番茄红素在诱导细胞一细胞通讯和肿
瘤细胞增殖的调控方面发挥了一定的作用闭.番茄
红素的防癌作用已经被公认,特别是对于预防前列
腺癌、胃癌、皮肤癌、宫颈癌等,有明显效果〔,一’].近
来,有许多流行病学家也报道了番茄红素在预防心
血管疾病方面的作用[s].离体细胞培养实验表明,番
茄红素可以调节胆固醇的代谢,将人的巨噬细胞系
与番茄红素一起培养,发现番茄红素可以抑制胆固
醇的合成,增大巨噬细胞低密度脂蛋白(LDL)受体,
从而有效防止心血管疾病.总的来说,番茄红素的生
理功能包括:(1)抗氧化作用,其在类胡萝卜素中抗
氧化作用最强;(2)具有抗癌、防癌作用,体内番茄红
素含量低与某些癌症和肝硬化的发生有相关性;(3)
具有活化免疫细胞的功能;(4)可防止心血管疾病的
发生;(5)能够清除香烟和汽车废气中的有毒物
质川;另外,番茄红素还与人的寿命有关.所以,番茄
红素是目前国际上功能性食品成分研究中的一个热
点.
番茄红素广泛存在于番茄、灯笼大红辣椒、蔷薇
果、西瓜、柿子、南瓜的果肉、葡萄袖的果实以及红色细菌等中.其中含量最高的是番茄的果实,每1009
果实含番茄红素3一14mg,番茄皮中含有较多的番
茄红素(一般每1009左右含20mg)[0〕,我国新疆番茄
酱每1009中番茄红素可达40mg以上[s].所以,目
前番茄红素主要是从番茄中提取,需要大量的番茄
来保证工业生产的连续性和低成本,而且番茄不便
运输,其生产受气候条件影响也较大.若能利用光合
细菌来生产番茄红素,既可以克服气候和产地限制,
又可采取改变培养基、提高菌浓度、筛选高产菌株等
方法降低成本.因此,利用光合细菌生产番茄红素是
一种非常有前途的生产方式.
目前分析番茄红素的方法有柱层析法、纸层析
法、薄层层析法、紫外分光光度法、溶剂法和微波法、TLC法、超临界流体色谱分析法、高效液相色谱(HpLC)法等[‘”一‘2〕.本文采取的是紫外分光光度法和高效液相色谱法.以往未见有对光合细菌产番茄
红素及其高效液相分析的报道,本文即从这方面着
手研究,为将来应用于工业生产打下基础.
1.1菌种来源
兼性厌氧光合细菌猫。面6配化r阴haero瀚7一1, 由本实验室分离保存.
1.2试剂与仪器
1.2.1试剂
番茄红素标准品为Siglla公司产品.乙睛,二氯
甲烷,甲醇为色谱纯试剂,其他为国产分析纯试剂.
1.2.2仪器、设备
高效液相色谱仪(Shin班dZu忧一10AvP),uv240
紫外分光光度计,超声波细胞破碎仪(S川105vC- 500),HeraeuS离心机.
1.3培养基
RevBN培养基[‘,〕:RevBN改良培养基(即9号
培养基)
1.4菌体培养
1·4.1菌种活化
将冰箱(一20℃)保存的菌种在RCvBN半固体
培养基中穿刺接种,于so℃2(XX)h光照温箱中培养
48h,再转接至RcvBN液体培养基,在30℃温箱中
培养48h(巧oo一2(XX)h),即为液体种子.穿刺培养
物作为菌种封口保存于冰箱中.
1
·
4
.
2菌液培养
按10%接种量将活化后的液体种子接种于新
鲜的BCVBN液体培养基中,静置于30℃温箱中
(1500~2仪X)h光照强度),微好氧培养48h,为正交实
验备用.发酵实验中,培养方法相同,按10%接种量
逐级放大.
1.5正交实验
将RcvBN液体培养基中的碳源、氮源、生长因
子和硫酸镁去掉,换成各试验所需的各因素及水平.
培养基主要成分的优化组1见表1、表2,组2见表
3、表4.
1.6色素分析
1.6.1光合色素光吸收图谱测定
发酵液13仪幻r/而n离心收集菌体,菌体用蒸馏
水洗涤两次,得到的深红色菌体重悬于丙酮中,用超
声波细胞破碎仪破碎(2田瓦,破碎55,间隔55,工
作20次),然后13(X刃r/面n离心巧而n,弃沉淀,得
红色透明的色素溶液,以丙酮为对照,用UV24()紫第3期钱卫,等:光合细菌中番茄红素的研究113
外分光光度计进行350一以刃nm波长范围的光吸收
扫描,得该菌丙酮提取液的吸收光谱图.
表l正交表(肠(罗))
Tal〕.1lbbleof4facto玲即d31evels
试验号
表2培养基成分各因素及水平
1’a]〕.2Fac10玲出ldlevelsofnM,五山11
似四),检测波长454nln,洗脱剂:v叭姚:v叭oH:
V叭cN:V、。=32:38:29:1,流速为0.5心而n,温度
为室温.
1
.
6.2.2标准曲线的绘制
精确称取smg番茄红素标准品,用二氯甲烷溶
解后,定容至25mL,使其质量浓度为0.2nlg/mL,然
后用二氯甲烷依次稀释成系列质量浓度:0.1、0.05、
0.025、0.0125、0.仪万25呵mL,分别进样20拼L,以峰
面积为纵坐标,质量浓度(mg/mL)为横坐标绘制标