天然色素發(fā)酵工藝優(yōu)化[畢業(yè)設(shè)計(jì)+開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述]

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　天然色素發(fā)酵工藝優(yōu)化 </p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 生物工程 &l

2、t;/p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　天然色素發(fā)酵工藝優(yōu)化</p><p>　　摘要: 靈

3、菌紅素(prodigiosins，PG)是一些放線菌、沙雷氏菌及其它細(xì)菌產(chǎn)生的具有重要生物活性的次級代謝產(chǎn)物。本實(shí)驗(yàn)通過單因子和PLACKETT-BURMAN，爬坡響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對沙雷氏菌發(fā)酵工藝進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)通過提高蛋白胨濃度并降低氯化鈉的含量可以大幅提高靈菌紅素產(chǎn)量,并找到了一個(gè)優(yōu)于現(xiàn)有配方的培養(yǎng)基配比，使靈菌紅素產(chǎn)量提高了42.85%。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 靈菌紅素；沙雷氏菌；培養(yǎng)基優(yōu)化；<

4、;/p><p>　　Natural pigment fermentation process optimization</p><p>　　Abstract: Prodigiosins with important biological activity secondary metabolites are produced by a number of Actinomycetes, Serr

5、atia and other bacteria. Through the investigation of single-factor experiment and PLACKETT-BURMAN design, Conditions of fermentation of Prodigiosins were investigated. It was found that by increasing the concentration

6、 of peptone and decreasing the concentration of sodium chloride can heavily increase the production of Prodigiodins. And under the new formula, the yiel</p><p>　　Keywords: prodigiosins; Serratia; medium opti

7、mization; </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要: I</b></p><p>　　Abstract: .II</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1

8、靈菌紅素的基本性質(zhì)1</p><p>　　1.2 背景及意義1</p><p>　　2 方法與材料3</p><p>　　2.1 實(shí)驗(yàn)材料3</p><p>　　2.1.1 菌種3</p><p>　　2.1.2 主要儀器與試劑3</p><p>　　2.1.3 培養(yǎng)基

9、3</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)方法3</p><p>　　2.2.1 種子的培養(yǎng)和優(yōu)化3</p><p>　　2.2.2 種子的擴(kuò)大培養(yǎng)4</p><p>　　2.2.3 紅色素與菌體的提取4</p><p>　　2.2.4 靈菌紅素含量測定4</p><p>　　2.

10、2.5 靈菌紅素吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線測定4</p><p>　　2.2.7 PLACKETT-BURMAN實(shí)驗(yàn)5</p><p>　　3 結(jié)果與分析7</p><p>　　3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定7</p><p>　　3.2 單因素實(shí)驗(yàn)7</p><p>　　3.3 PLACKETT-BURMAN實(shí)驗(yàn)1

11、1</p><p>　　3.4 爬坡實(shí)驗(yàn)12</p><p>　　3.6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)14</p><p>　　4 結(jié)論...........................................................................................................................

12、...........................15</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 靈菌紅素的基本性質(zhì)</p><p>　

13、　靈菌紅素(prodigiosins,PG)是一類天然紅色素的總稱，通常都有3個(gè)吡咯環(huán)組成的甲氧基吡咯骨架結(jié)構(gòu)，1929年由Amak等研究Serratia生長時(shí)發(fā)現(xiàn)，包括prodigioSin，prodigio Sin 25-C，metacyc1oprodigiosin (MP)desmethoxyprodigiosi和uncedy1prodigiosin(UP)等。PG屬于脂溶性色素，易溶于甲醇和丙酮，不溶于水，在極性較強(qiáng)的酸性和堿性

14、水溶液中微溶，在極性較弱的有機(jī)溶劑如乙醚或石油醚中微溶或不溶；PG對溫度穩(wěn)定，但受pH的影響較大，酸性環(huán)境中能保持較長的時(shí)間，堿性條件下則損失較大[1]；A13+，Ca2+，K+，Ba2+等金屬離子對PG的穩(wěn)定性影響不大，Zn2+有使PG增色的作用，Mg2+和Mn2+對PG有一定的破壞作用，Plackett-Burman2+可以絡(luò)PG，使之成為沉淀[2]；白光和藍(lán)光使PG發(fā)生光解，在紅光和遠(yuǎn)紅光下PG則不會降解[3]。</p>

15、;<p>　　1.2 背景及意義</p><p>　　PG是由一些放線菌、沙雷氏菌及其它細(xì)菌產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物[4，5]，具有抗細(xì)菌、抗真菌、抗瘧疾、等活性[6]。PG的產(chǎn)生在菌體生長代謝過程中的作用目前尚有爭議，有學(xué)者認(rèn)為PG的產(chǎn)生有利于菌體的生存競爭，但也有學(xué)者認(rèn)為，PG在菌體生長代謝過程中不起作用，僅為大量初級代謝產(chǎn)物的溢流作用。</p><p>　　近年來靈菌紅素在

16、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。</p><p>　　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(xì)胞毒作用，只有當(dāng)濃度大于300nM時(shí)才具有明顯的淋巴細(xì)胞抑制作用。而后者在其有效濃度時(shí)毒性已非常高[7]。</p><p>　　① 它能在銅離子配合下破壞癌細(xì)胞的雙鏈DNA。而癌細(xì)胞相比非癌組織具有較高的

17、銅離子濃度（3.5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(xì)胞中型拓?fù)洚悩?gòu)酶I和Ⅱ的活性而進(jìn)一步達(dá)到破化DNA復(fù)制的目的。</p><p>　?、?PG可破化細(xì)胞內(nèi)的線粒體，高爾基體和溶酶體對細(xì)胞質(zhì)的pH梯度，降低細(xì)胞內(nèi)ATP水平。這是由于其可以在這些細(xì)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(yùn)[8]。</p><p>　　③ 靈菌紅素可以激活細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞凋亡

18、途徑[9]。一方面，靈菌紅素激活前半胱天冬酶8，繼而啟動了細(xì)胞內(nèi)半胱天冬酶依賴的細(xì)胞凋亡。另一方面，它也可以使線粒體釋放其細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）而觸發(fā)非半胱天冬酶依賴的細(xì)胞凋亡[10]。</p><p>　　其次，在環(huán)境治理上[11]，韓國科學(xué)家于1996年首次在海洋中發(fā)現(xiàn)一種微生物“哈赫拉”（Hahella）。基因組測序分析后發(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，1

19、h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(hù)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。</p><p>　　再次，作為食品添加劑[12]，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(xiǎn)，而天然色素具有較高的安全性 。可是，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(jìn)原有

20、的天然色素（如靈菌紅素）迫在眉睫。</p><p>　　最后，在紡織業(yè)方面[13]，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(kuò)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。</p><p><b>　　2 方法與材料</b></p><p><b>　　2.1

21、實(shí)驗(yàn)材料</b></p><p><b>　　2.1.1 菌種</b></p><p>　　黏質(zhì)沙雷氏菌( Serratia jx.1)</p><p>　　2.1.2 主要儀器與試劑</p><p>　　HD-930組合式全溫度震蕩培養(yǎng)箱 （大倉市博萊特實(shí)驗(yàn)儀器廠）；</p><p&

22、gt;　　VS-15000CFN II 型小型高速離心機(jī)（上海民儀電子有限公司）；</p><p>　　VS-1300型潔凈工作臺（蘇州時(shí)速為凈化設(shè)備有限公司）；</p><p>　　PHS-3C型精密pH計(jì)（上海安亨昌吉149號雷磁儀器廠）；</p><p>　　AL-204型電子天平（梅特勒-托利多儀器上海有限公司）；</p><p>　

23、　752s 紫外可見分光光度計(jì) (上海棱光技術(shù)有限公司)；</p><p>　　DSX-280A型不銹鋼手提式滅菌器（上海申安醫(yī)療器械廠）；</p><p>　　LRH-250A型生化培養(yǎng)箱(廣東省醫(yī)療器械廠）。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)所用丙酮、氯化鈉、硫酸鎂、甘油等均為分析純；PN5247蛋白胨、牛肉浸膏、酵母粉等均為生化試劑。</p><

24、p>　　2.1.3 培養(yǎng)基</p><p>　　種子培養(yǎng)基 (g/L)：牛肉膏3.0，蛋白胨10.0，NaCl 2.0，瓊脂15，pH 7.4-7.6。</p><p>　　擴(kuò)大培養(yǎng)基（g/L）：蛋白胨 13.0，甘油20.0 .。Nacl 2.0 搖瓶裝液量 20mL/250mL（V/V）pH自然。</p><p>　　發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L)：蛋白胨13.0

25、, 甘油20.0, MgSO4 1.2, NaCl 2.0, Gly 2.0，搖瓶裝液量50 mL/250mL(V/V)，接種量5％(V/V)，pH 5.7。</p><p><b>　　2.2 實(shí)驗(yàn)方法</b></p><p>　　2.2.1 種子的培養(yǎng)和優(yōu)化</p><p>　　種子培養(yǎng)基的配制：按照種子培養(yǎng)基的組成稱取牛肉膏3.0g，

26、蛋白胨10.0g，NaCl 2.0g，瓊脂15g，放到1000mL的燒杯中加水至1000mL，加熱攪拌溶解，用1mol/L的HCl和1mol/L的NaOH調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH，使其在7.4-7.6[14]。然后分裝在250mL的搖瓶中，用滅菌鍋在121℃下滅菌20min，最后再倒平板。待平板冷卻后在無菌條件下，用接種針挑取甘油管中的菌種劃平板，放在生化培養(yǎng)箱中，37℃培養(yǎng)12h，即得到活化的沙雷氏菌，將其放于冰箱內(nèi)保存?zhèn)溆谩?lt;/p&g

27、t;<p>　　2.2.2 種子的擴(kuò)大培養(yǎng)</p><p>　　分別稱?。╣/L）蛋白胨13.0、甘油20.0、NaCl 2.0加入燒杯中加水，攪拌，使燒杯中的物料都溶解并分裝于250mL的搖瓶中，每個(gè)搖瓶裝50mL的培養(yǎng)基，并用滅菌鍋在121℃下高溫蒸汽滅菌20min，待搖瓶內(nèi)的培養(yǎng)基冷卻后在無菌條件下接種，用接種針挑取平板上的單菌落于搖瓶中。接種完后，液體培養(yǎng)12h，培養(yǎng)溫度為27℃，轉(zhuǎn)速為1

28、70r/min。</p><p>　　2.2.3 紅色素與菌體的提取</p><p>　　轉(zhuǎn)接后放在搖床里培養(yǎng)48h后取出，搖勻，分別用移液槍移取2.00mL發(fā)酵液于2mL離心管中，4℃，12000r/min，離心6min，棄上清液，然后用移液槍移取1mL的丙酮于各個(gè)離心管中，用100μL槍頭攪拌使色素完全溶于丙酮中，再離心，溫度為4℃，12000r/min，離心6min。得到靈菌紅素丙

29、酮溶液。</p><p>　　2.2.4 靈菌紅素含量測定</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)利用靈菌紅素在535nm波長下具有最大吸收峰的特性，將提取的靈菌紅素丙酮溶液稀釋250倍后于535nm波長下測量吸光度并利用標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算出發(fā)酵液中靈菌紅素含量。</p><p>　　2.2.5 靈菌紅素吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線測定</p><p>　　稱取少量

30、靈菌紅素固體，用丙酮溶解后抽濾，去除不溶物后自然干燥至質(zhì)量不變，制得靈菌紅素粗品（下稱粗品）。用分析天平準(zhǔn)確稱量0.0200g粗品，定容至25ml制成0.8g/L母液，分別用移液槍吸取150ul，200ul，250ul，300ul，350ul母液于比色管中并用丙酮定容至10ml制成0.012g/L，0.016 g/L，0.020 g/L，0.024 g/L，0.028 g/L溶液，分別測量其吸光度值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)曲線，實(shí)驗(yàn)平行五次。<

31、/p><p>　　2.2.6 單因子實(shí)驗(yàn)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)選取Pro，Gly，Asp，His，Nacl，MgSO4，MnSO4,蛋白胨，甘油，甘露醇10個(gè)變量，分別進(jìn)行單因子實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)以擴(kuò)大培養(yǎng)基為基礎(chǔ)培養(yǎng)基，分別添加上述物質(zhì)，各制成不同濃度梯度的實(shí)驗(yàn)用培養(yǎng)基，濃度如表1所示。接種后置于28℃，170rpm搖床中培養(yǎng)48h，提取后測量吸光度并換算成濃度，比較各因子的顯著性，實(shí)驗(yàn)平行三次

32、。</p><p>　　表2-1 各單因素的濃度梯度</p><p>　　2.2.7 PLACKETT-BURMAN實(shí)驗(yàn)[15-18]</p><p>　　通過單因素實(shí)驗(yàn)后可以了解各個(gè)因素對靈菌紅素產(chǎn)量的影響，選取其中較重要的9個(gè)因素進(jìn)一步進(jìn)行PLACKETT-BURMAN實(shí)驗(yàn)，觀察各因素對發(fā)酵的綜合影響并選取最顯著的因素進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。PLACKETT-BURMA

33、N實(shí)驗(yàn)中各因素及水平見表2，PLACKETT-BURMAN實(shí)驗(yàn)具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2-2 PLACKETT-BURMAN實(shí)驗(yàn)涉及的因素和水平</p><p>　　表2-3 PLACKETT-BURMAN實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3 結(jié)果與分析</b></p><p>　　紅色素作為一類具有重要生物活性的微生物次級代謝產(chǎn)物，在醫(yī)藥、紡

34、織、食品等領(lǐng)域均具有巨大的應(yīng)用潛力，但現(xiàn)報(bào)道的紅色素的產(chǎn)量很低，影響了它進(jìn)一步的研究開發(fā)，本實(shí)驗(yàn)分別考察了不同的培養(yǎng)條件對紅色素的胞外積累量和對菌株生長的影響，以便確定最優(yōu)的發(fā)酵培養(yǎng)條件，獲得最高的紅色素的積累量，加快紅色素的工業(yè)化進(jìn)程。</p><p>　　3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)曲線如下圖1所示：</p><p>　　圖3-1 靈菌紅素

35、（丙酮）吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線</p><p>　　3.2 單因素實(shí)驗(yàn)</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)選擇了共計(jì)11個(gè)因子，研究各個(gè)因子對靈菌紅素產(chǎn)量的影響。各單因子數(shù)據(jù)如圖3-1～圖3-11所示。</p><p>　　圖3-2 蛋白胨對靈菌紅素產(chǎn)量影響</p><p>　　圖3-3 甘油對靈菌紅素產(chǎn)量影響</p><p>　　

36、圖3-4 天冬氨酸對靈菌紅素產(chǎn)量影響</p><p>　　圖3-5硫酸錳對靈菌紅素產(chǎn)量影響</p><p>　　圖3-6 硫酸鎂對靈菌紅素產(chǎn)量影響</p><p>　　圖3-7 氯化鈉對靈菌紅素產(chǎn)量影響</p><p>　　圖3-8 脯氨酸對靈菌紅素產(chǎn)量影響</p><p>　　圖3-9 甘露醇對靈菌紅素產(chǎn)量影響<

37、;/p><p>　　圖3-10 甘氨酸對靈菌紅素產(chǎn)量影響</p><p>　　圖3-11 組氨酸對靈菌紅素產(chǎn)量影響</p><p>　　從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，天冬氨酸和MnSO4相較于其他因子對靈菌紅素的合成影響較小，應(yīng)此選取 Pro，Gly，His，Nacl，MgSO4,蛋白胨，甘露醇，甘油，這八個(gè)因子進(jìn)行PLACKETT-BURMAN實(shí)驗(yàn)。

38、 </p><p>　　3.3 PLACKETT-BURMAN實(shí)驗(yàn)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過Design-Expert 7.0 計(jì)算得出，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3-1所示，處理結(jié)果如表3-2所示。模型顯著（p=0.038）具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。</p><p&g

39、t;　　表3-1 PLACKETT-BURMAN實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　表3-2 PLACKETT-BURMAN實(shí)驗(yàn)處理</p><p>　　由分析結(jié)果可知影響靈菌紅素產(chǎn)量主要因素為蛋白胨，甘露醇甘氨酸及NaCl的含量，因此進(jìn)行爬坡實(shí)驗(yàn)。</p><p><b>　　3.4 爬坡實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　表

40、3-3 爬坡實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及結(jié)果</p><p>　　由爬坡結(jié)果可知影響靈菌紅素產(chǎn)量蛋白胨，甘露醇，甘氨酸及NaCl的濃度梯度及最適濃度。</p><p>　　表3-4 響應(yīng)面濃度水平</p><p>　　3.5 Response Surface實(shí)驗(yàn)</p><p>　　表3-5 Response Surfac實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)（g/L）</

41、p><p>　　圖3-12 響應(yīng)面3D圖分析1</p><p>　　圖3-13 響應(yīng)面3D圖分析2</p><p>　　Final Equation in Terms of Actual Factors:</p><p>　　吸光度 = - 0.72675 - 0.019750*甘氨酸 + 0.03467*甘露醇 + 0.11088*蛋白胨

42、</p><p>　　+ 4.50000E-003*甘氨酸*甘露醇 - 3.25000E-003*甘氨酸 * 蛋白胨</p><p>　　- 1.00000E-003*甘露醇*蛋白胨 + 0.012500*甘氨酸2 </p><p>　　- 8.75000E-004*甘露醇2 - 2.32031E-003*蛋白胨2</p><p>　　利

43、用偏方求導(dǎo)計(jì)算得到（理論產(chǎn)量max：5g/L）的最優(yōu)組合為：</p><p>　　甘氨酸1.5g/L,甘露醇12g/L，蛋白胨20g/L，NaCl 2g/L，MgSO4 1.2g/L，脯氨酸10g/L</p><p><b>　　3.6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　表3-5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及結(jié)果</p><p&g

44、t;　　由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，驗(yàn)證結(jié)果與理論值相近，從而說明了前期實(shí)驗(yàn)的合理性。</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)主要從碳源、氮源、氨基酸、無機(jī)鹽離子幾個(gè)方面對產(chǎn)紅色素的沙雷氏菌的培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件進(jìn)行了研究，尋找出影響較大的因素進(jìn)行了進(jìn)一步的PLACKETT-BURMAN實(shí)驗(yàn)，找出了影響靈菌紅素產(chǎn)量的兩個(gè)主要因素：蛋白胨及NaCl，

45、并發(fā)現(xiàn)了PO43-對靈菌紅素合成的強(qiáng)烈抑制作用。并在PB實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了優(yōu)于現(xiàn)有發(fā)酵培養(yǎng)基的配方，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了靈菌紅素產(chǎn)量。具體配方如下（g/L）：蛋白胨20，甘露醇12，MgSO4 1.2，NaCl 2.0，Gly 1.5，搖瓶裝液量50 mL/250mL(V/V)，接種量5％(V/V)，pH 5.7，培養(yǎng)溫度28℃，搖床轉(zhuǎn)速170r/min，培養(yǎng)72h，比優(yōu)化前紅色素的產(chǎn)量提高42.85%。</p><p

46、><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]劉同軍,楊海龍,唐華.靈菌紅素的研究進(jìn)展[J].食品與藥物.2007,9(08)47-50.</p><p>　　[2]袁保紅,杜青平,蔡創(chuàng)華,等.海洋細(xì)菌Pseudomonas sp.色素的提取及穩(wěn)定性的研究.海洋通報(bào)[J],2005,6(24):92-96.</p><p>　

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59、代謝產(chǎn)物，具有免疫抑制、抗腫瘤、抗細(xì)菌、抗真菌和抗瘧疾等多種生物活性；還介紹了靈菌紅素在醫(yī)學(xué)、環(huán)境、紡織等方面的應(yīng)用以及其發(fā)展和現(xiàn)狀。</p><p>　　關(guān)鍵詞：靈菌紅素 天然色素 抗腫瘤</p><p>　　靈菌紅素（prodigiosins）是一類天然紅色素的總稱，通常都有3個(gè)吡咯環(huán)組成的甲氧基吡咯骨架結(jié)構(gòu)，包括prodigiosin,prodigiosin25-C,metacycl

60、oprodigiosi（nMP）desmethoxyprodigiosin和uncedylprodigiosin（UP）等，是由一些放線菌、沙雷氏菌及其它細(xì)菌產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物[1,2]，具有多種如抗腫瘤、抗細(xì)菌，抗瘧疾，抗真菌和抗原生動物等活性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

61、破壞作用。[3]</p><p>　　現(xiàn)階段，主要是通過微生物發(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。[4]人們的研究主要集中在沙雷氏菌屬其抗腫瘤方面；此外，由于其無毒抗菌性能，可以作為一種綠色的飼料添加劑或食品添加劑，且由于其是一種天然色素，可以作為紡織工業(yè)中的染料；甚至韓國方面還將它應(yīng)用于赤

62、潮的治理工作。</p><p>　　1 靈菌紅素活性研究</p><p><b>　　1.1 抗腫瘤作用</b></p><p>　　Montaner等[5。6]的研究表明，靈菌紅素能誘導(dǎo)人結(jié)腸腺癌細(xì)胞株DLD-1 和SW-620 及人胃癌細(xì)胞株HGT-1凋亡，對轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞株 SW-620 更為有效，其誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡呈劑量依賴性，主要表

63、現(xiàn)為細(xì)胞收縮、染色質(zhì)縮合、肌動蛋白微絲結(jié)構(gòu)重組等。</p><p>　　Montaner等認(rèn)為，靈菌紅素色素通過誘導(dǎo)p38-MAP 激酶（p38-MAPK）的磷酸化而促使細(xì)胞凋亡。</p><p>　　Songia[7] 等則認(rèn)為，靈菌紅素通過抑制視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤易感基因（retinblastoma，Rb）的磷酸化作用與抑制細(xì)胞周期蛋白酶2和4（Cdk-2，Cdk-4）阻滯人淋巴細(xì)胞的增殖。

64、</p><p>　　Yamamoto等[8]將靈菌紅素的抗腫瘤作用歸因于能促使H+和Cl-的同向跨膜轉(zhuǎn)移，引起空泡型H+-ATP酶（V-ATPase）解離，使胞液酸化引起凋亡。</p><p>　　Castillo-Avila等[9]研究了靈菌紅素對結(jié)腸癌細(xì)胞溶酶體內(nèi)pH值及細(xì)胞繁殖周期的影響，結(jié)果表明，靈菌紅素 促使溶酶體內(nèi)pH 升高，結(jié)腸癌細(xì)胞株 HT29 的繁殖被阻滯在 G1期，支

65、持了Yamamoto 等胞液酸化從而引起凋亡的觀點(diǎn)。但此觀點(diǎn)備受爭論，其焦點(diǎn)是胞液酸化在細(xì)胞凋亡中能起到多大作用。</p><p>　　Melvin 等[10。11]認(rèn)為，靈菌紅素對腫瘤細(xì)胞的殺滅作用與其核酸酶特性相關(guān)。由于靈菌紅素富含電子而被氧化并還原 Cu 2+，引發(fā)銅離子誘導(dǎo)的雙鏈DNA 裂解，表現(xiàn)出細(xì)胞毒活性</p><p>　　Subramanian 等[12]從微球菌（Micr

66、ococcus　sp.）分離出靈菌紅素結(jié)構(gòu)類似物具有核酸酶特性及抗腫瘤活性，實(shí)驗(yàn)表明，此化合物能有效地與 DNA 結(jié)合，促進(jìn)銅離子介導(dǎo)的 DNA裂解及膜脂質(zhì)過氧化，對鼠源淋巴瘤細(xì)胞株EL4和人源慢性骨髓瘤細(xì)胞株 K562 有顯著細(xì)胞毒活性，抑制瘤細(xì)胞的增殖。</p><p>　　Zhang 等[13]研究了靈菌紅素對胰腺惡性腫瘤細(xì)胞株8898 的抑制作用，①M(fèi)TT法得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：靈菌紅素在較低的濃度下即可對

67、8898胰腺癌細(xì)胞的增殖產(chǎn)生明顯抑制，②與非腫瘤細(xì)胞的Swiss-3T3細(xì)胞的平行實(shí)驗(yàn)表明：靈菌紅素對腫瘤細(xì)胞具有一定的特異性抗細(xì)胞增殖的作用，而非腫瘤細(xì)胞對于靈菌紅素的作用敏感性較低。</p><p>　　1.2 免疫抑制劑活性[14]</p><p>　　鏈霉菌屬和沙雷氏菌生產(chǎn)出紅色物質(zhì)包括靈菌紅素metacycloprodigiocin，prodigiosene，methoxypro

68、digiosin和靈菌紅素25 - C。具有抗瘧疾的抗菌活性，尤其是靈菌紅素25 - C顯示了抑制免疫的作用。靈菌紅素對T淋巴細(xì)胞的免疫反應(yīng)有抑制效果，靈菌紅素在其有效濃度范圍沒有顯示毒性。因此，靈菌紅素可以用來作為免疫抑制或在各個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，包括免疫疾病的治療需要，器官或組織移植和免疫細(xì)胞為基礎(chǔ)的疾病研究</p><p><b>　　1.3 抗菌作用</b></p>&l

69、t;p>　　靈菌紅素具有抗細(xì)菌（antibacterial）、抗真菌（antifungal）的生物活性。Cang等[15]以沙雷菌發(fā)酵生產(chǎn)的 靈菌紅素 做抗菌實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，對芽孢桿菌具有顯著地殺滅作用。靈菌紅素 結(jié)構(gòu)類似物具有顯著的抗 Tri-chophyton　spp.等真菌的活性，在臨床測試中表現(xiàn)出對Coccidmycosis引起的一種地方性真菌傳染病有良好的治愈作用。</p><p><b&g

70、t;　　1.4 抗瘧疾活性</b></p><p>　　Isaka等[16]從Streptomyces　spectabilis　BCC　4785的發(fā)酵產(chǎn)物中分離得到的 MP 有顯著的抗瘧疾活性。體外實(shí)驗(yàn)表明，其抑制Plasmodium　falciparum　K1的IC50為0.005　0±0.001μg/mL。盡管多種靈菌紅素類似物在動物模型中表現(xiàn)出了抗瘧疾活性</p><

71、;p>　　此外，靈菌紅素能保護(hù)海洋細(xì)菌免遭太陽輻射損害或原生動物侵蝕，具有抗Dinoflagellates的活性，靈菌紅素對引起查格斯疾病的錐蟲（一種寄生蟲）有很大的殺傷作用，其殺錐蟲活性（IC50=5μmol）是經(jīng)典殺錐蟲藥 Nifurtimox 活性（IC50=150μmol）的 30倍。靈菌紅素可作為生物農(nóng)藥用于防治Botrytis　cinerea等引起的櫻草屬植物病害。</p><p>　　靈菌紅素

72、具有強(qiáng)烈的細(xì)胞溶解酶活性，能殺滅引起赤潮的浮游藻類[17]，將其撒在赤潮中，1/10的濃度1h就能殺滅導(dǎo)致赤潮的大部分浮游生物。靈菌紅素有望通過毒性實(shí)驗(yàn)和環(huán)境影響檢測，成為治理赤潮的產(chǎn)品。</p><p>　　2 靈菌紅素的生產(chǎn)現(xiàn)狀</p><p>　　1996 年D’Alessio　等[18]提出了新的制備靈菌紅素類似物的方案，先將 C 環(huán)和 B 環(huán)相連然后再和 A 環(huán)結(jié)合（以往模擬生物

73、合成路線是先將 B 環(huán)和 A 環(huán)相連）即得 靈菌紅素 前體物質(zhì)，步驟簡單，合成效率明顯提高，但不能用來合成天然的十二烷基靈菌紅素。</p><p>　　陶金莉等通過紫外線－氯化鋰復(fù)合處理靈菌紅素生產(chǎn)菌沙雷氏菌 (Serratia sp1) W 0206 ，用高濃度葡萄糖為碳源的選擇性平板定向篩選抗葡萄糖分解代謝物阻遏的高產(chǎn)株 ， 篩得高產(chǎn)突變株 B220 ，相對于原始菌株 ，B220 搖瓶發(fā)酵靈菌紅素產(chǎn)量提高了3

74、倍 ，5 L 反應(yīng)器上的產(chǎn)量提高了63 %[19]。</p><p>　　Tao 等[20]紫外誘變獲得了一株沙雷菌株 B6，以葡萄糖為初始碳源，流加甘油為 靈菌紅素 合成誘導(dǎo)物，所開發(fā)的流加發(fā)酵工藝不僅可防止菌體過早自溶，而且可部分消除 靈菌紅素 產(chǎn)物的抑制作用，將 靈菌紅素 的合成能力提高了7.8倍，達(dá)583mg/L。</p><p>　　Wei 等[22]以改進(jìn)的LB培養(yǎng)基，提高胰蛋

75、白胨和酵母膏的濃度并去除了 NaCl發(fā)酵沙雷菌生產(chǎn)靈菌紅素，約比LB增產(chǎn)3倍，達(dá)152mg/L；在培養(yǎng)基中添加 2%－6% 的植物油，如豆油、棕櫚油、葵花子油等可促進(jìn)靈菌紅素的合成，最高達(dá)790　mg/L，表明靈菌紅素合成與胞外生物表面活性劑的存在有關(guān)。在YE培養(yǎng)基中添加含吡咯環(huán)的脯氨酸、組氨酸和天冬氨酸可顯著促進(jìn) UP 的合成。當(dāng)添加 10g/L 的脯氨酸時(shí)，產(chǎn)量可達(dá) 2.5g/L。Cang 等從土壤中分離獲得一株沙雷菌 S389，以

76、乙醇為唯一碳源，靈菌紅素 產(chǎn)量最高可達(dá)2.95g/L。</p><p>　　Giri等[23]在黏質(zhì)沙雷菌的培養(yǎng)基中分別添加花生籽粉、芝麻粉、咖啡粉，均能顯著增加靈菌紅素產(chǎn)量，其中以添加花生籽粉最為顯著，達(dá)到38.75g/L。</p><p>　　袁保紅[24]將從廣東大亞灣海水中分離的紅色海桿菌（Rhodomarinobacter　sp.）的發(fā)酵條件進(jìn)行了優(yōu)化。李厚金[33]對從大亞灣海

77、水中分離的pseudomonas.sp 的 GYP 液體培養(yǎng)基中選用自來水，20%，50%，80%，100% 海水作介質(zhì)對照研究 NaCl 在 靈菌紅素 產(chǎn)生中的作用。結(jié)果表明，鹽度越高細(xì)菌菌體生長和色素產(chǎn)生的速度越快。</p><p>　　Nakashima等[25]研究用細(xì)菌γ-proteobacterium生產(chǎn)靈菌紅素時(shí)發(fā)現(xiàn)γ-proteobacterium同樣具有quorumsensing（QS）系統(tǒng)，N

78、-acyl　homoserine　lactones（N - A H L ）是此系統(tǒng)的一種關(guān)鍵性物質(zhì)，在發(fā)酵中通過控制 N-AHL 的濃度可提高 靈菌紅素 的產(chǎn)量。</p><p>　　20 世紀(jì)80 年代以來，人們開始從基因水平研究 靈菌紅素 的生物合成途徑及其調(diào)節(jié)，1983年Feitelson等[26]克隆了天藍(lán)色鏈霉菌與靈菌紅素合成相關(guān)的基因簇，Thomason等[27]則首次將分離得到的Serratia靈菌

79、紅素生物合成基因轉(zhuǎn)入歐文氏菌（Erwinla　carotovora）質(zhì)粒，成功表達(dá)并得到了靈菌紅素。</p><p>　　3靈菌紅素的應(yīng)用前景</p><p>　　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(xì)胞毒作用，只有當(dāng)濃度大于300nM時(shí)才具有明顯的淋巴細(xì)胞抑制作用。而后者在其有效濃度時(shí)毒性已非常高。[28]</

80、p><p>　?、?它能在銅離子配合下破壞癌細(xì)胞的雙鏈DNA。而癌細(xì)胞相比非癌組織具有較高的銅離子濃度（3.5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(xì)胞中型拓?fù)洚悩?gòu)酶I和Ⅱ的活性而進(jìn)一步達(dá)到破化DNA復(fù)制的目的。</p><p>　?、?PG可破化細(xì)胞內(nèi)的線粒體，高爾基體和溶酶體對細(xì)胞質(zhì)的pH梯度，降低細(xì)胞內(nèi)ATP水平。這是由于其可以在這些細(xì)胞器的膜上起到離子孔的作用，而

81、抵消氫氯離子的同向轉(zhuǎn)運(yùn)。</p><p>　?、?靈菌紅素可以激活細(xì)胞內(nèi)細(xì)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(xì)胞內(nèi)半胱天冬酶依賴的細(xì)胞凋亡。另一方面，它也可以使線粒體釋放其細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）而觸發(fā)非半胱天冬酶依賴的細(xì)胞凋亡。</p><p>　　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)一種微生物“哈赫拉”（Hahella）?；蚪M測序分析

82、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(hù)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。[29]</p><p>　　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(xiǎn)，而天然色素具有

83、較高的安全性 。可是，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(jìn)原有的天然色素（如靈菌紅素）迫在眉睫。</p><p>　　最后，在紡織業(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(kuò)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。[30]</p><p>　　綜合上述，不難看出靈菌紅素在抗腫瘤，抗菌方面

84、具有一定的療效，隨著生物操作技術(shù)的發(fā)展和對靈菌紅素的深入研究，其在抗腫瘤方面顯示的其巨大的藥用潛力被不斷發(fā)掘。但對其未來具體在醫(yī)藥或者其他領(lǐng)域的應(yīng)用還有待深入研究拓展。還需要更加深入了解靈菌紅素的產(chǎn)生和作用機(jī)制，解決未來需要的大量生產(chǎn)制備具體應(yīng)用等等問題。相信不久以后靈菌紅素必定可以在造福人類。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]

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