[00147192]航天育种红曲霉生产功能性红曲粉的研究

1、课题来源与背景 1.1 课题来源 本项目是甘肃省科学技术厅2013年下达的甘肃省科技支撑计划项目,项目编号：1304FKCE106,资助经费7万元。 1.2 课题背景 红曲霉可发酵生产多种对人体有益的功能性成分,如红曲色素、他汀类、麦角甾醇、酶类活性物质等。其中最主要的生物活性代谢产物是3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）还原酶抑制剂洛伐他汀,以及可用于食品添加剂的红曲色素。本研究以红曲霉为研究对象,通过从中国农业微生物菌种保藏管理中心（ACCC）及自然界中筛选洛伐他汀和红曲色素合成能力强的菌株,并通过航空诱变增强菌株的合成能力,通过建立高产菌株的高通量筛选方法,对诱变菌株进行筛选,再通过对培养条件及发酵条件的优化,最终获得了利用航天诱变红曲霉生产功能性红曲粉和红曲色素的发酵工艺及红曲色素的提取工艺。 2、研究目的与意义 红曲霉所产生的次级代谢产物如红曲色素、洛伐他汀、抗生素等可用于医药、保健品和食品中,具有良好的调节人体胆固醇水平和降血脂作用。因此,红曲霉是一种安全且具有广泛应用前景的生物医药、保健品和食品添加剂生产菌株。为提高红曲霉洛伐他汀和红曲色素的生产水平,多种诱变选育技术已应用到红曲霉菌株诱变研究中,但限于现有诱变方法仅能对菌株染色体的单碱基或少量碱基的突变,所以菌株的性状改变较小,较难获得高产的突变株。而利用航天诱变技术对红曲霉进行育种的研究尚处于起步阶段。 本项目的实施可以为航天诱变红曲霉的研究提供基础性资料和参考,通过对“神舟八号”航天器搭载返回的红曲霉菌种进行分离、鉴定、筛选、评价,为功能性红曲粉的生产提供安全、稳定的生产菌株。再通过对培养条件及发酵条件的优化,最终获得了利用航天诱变红曲霉生产功能性红曲粉的工艺和生产红曲色素的发酵条件及提取工艺,为航天诱变红曲霉的产业化开发利用提供技术支撑。 3、主要论点与论据 1)对航天诱变的红曲菌进行了形态鉴定和分析。 2)开发了一种针对洛伐他汀航天诱变高产菌株的高通量筛选策略。 3)筛选得到一株高产洛伐他汀且低产桔霉素的红曲菌Monascus anka Mon 20-2（保藏号CCTCC M2015356）。优化得到红曲菌Mon 20-2的最佳洛伐他汀发酵条件为5%大米粉,2%氯化铵,装液量30ml、pH5.0,27 ℃,180 rpm。在该条件下发酵13天后,发酵液中洛伐他汀产量可达到2952.0 mg/L。 4)生产出的功能红曲粉委托“国家轻工业食品质量监督检测南京站”进行了检测,检测结果表明红曲粉中洛伐他汀含量为2.31% （国标QB/T 2847-2007 功能性红曲米（粉）规定为≥0.4%）;桔霉素含量为4.19 ug/kg （国标QB/T 2847-2007规定为≤50ug/kg）;水分含量5.05% （国标QB/T 2847-2007规定为≤10%）。 5)筛选得到一株红曲色素高产航天诱变菌株红曲菌Monascus anka Mon B11-1（保藏号CCTCC M2015357）。优化得到红曲菌Mon B11-1的最佳红曲色素发酵条件为7%大米粉,1.5%氯化铵,PH为7,装液量为30ml,接种量5%（m/v）,30℃、180 rpm摇床培养,在该条件下发酵五天后,发酵液中红曲色素的色价达到254.64U/ml,色调为1.58。 6)优化得到最佳的红曲色素提取工艺,其中最佳色价提取条件为：乙醇浓度为90%,浸提时间为10h,浸提温度为50℃,pH自然;最佳色调提取条件为：乙醇浓度为90%,浸提温度为30℃,浸提时间为10h,pH自然。采用优化的红曲色素提取工艺条件进行色素提取,所得的红曲色素的平均色价为660.47 U/g,远超过GB15961-2005要求的90 U/g,且色调稳定,试验所得结果变异系数均小于0.2%,说明该提取工艺较稳定,可用于工业生产。 4、创见与创新 本项目以红曲霉为研究对象,通过菌种航天诱变选育,发酵条件的优化等方面的研究,为航天诱变红曲霉的产业化开发利用提供技术支撑,并在以下几个方面实现了创新： （1）创新性的对红曲霉进行航天诱变,并对其诱变后形态进行鉴定和分析。 （2）开发了一种针对洛伐他汀航天诱变高产菌株的高通量筛选策略,解决了传统筛选方法的通量限制,提高了检测灵敏度和准确度。 （3）通过发酵条件的优化试验,总结出利用航天诱变红曲霉Mon 20-2生产洛伐他汀的发酵条件,发酵液中洛伐他汀产量达到2952.0 mg/L。生产出的功能性红曲粉中洛伐他汀含量达到2.31%。 （4）筛选得到1株高色价的色素高产航天诱变菌株Mon-B11-1,优化得到该菌株发酵生产高色价色素的培养条件和红曲色素提取工艺条件,生产出平均色价为660.47 U/g的红曲色素,色调稳定在1.7以上。