【摘 要】
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红曲菌是一种丝状真菌,可产红曲色素、莫纳可林K、γ-氨基丁酸等诸多具有重要经济价值的次级代谢物。红曲色素作为一种天然色素被广泛地应用于食品工业中,莫纳可林K具有降血脂的功能而被广泛地应用于药品和保健品的生产中。然而,红曲菌在生长过程中会生产一种被称为桔霉素的真菌毒素,桔霉素的发现使人们对红曲及其相关产品的安全性产生了担忧。我国是红曲的生产和消费大国,探究低产或不产桔霉的生产工艺对红曲产品的工业生产
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红曲菌是一种丝状真菌,可产红曲色素、莫纳可林K、γ-氨基丁酸等诸多具有重要经济价值的次级代谢物。红曲色素作为一种天然色素被广泛地应用于食品工业中,莫纳可林K具有降血脂的功能而被广泛地应用于药品和保健品的生产中。然而,红曲菌在生长过程中会生产一种被称为桔霉素的真菌毒素,桔霉素的发现使人们对红曲及其相关产品的安全性产生了担忧。我国是红曲的生产和消费大国,探究低产或不产桔霉的生产工艺对红曲产品的工业生产具重要的意义。黄酮类化合物是植物生长过程中重要的次生代谢产物,具有许多优良的生物活性,而不同种类的黄酮由于存在结构差异从而具有不同的生物化学性质。紫色红曲菌5046是一种产桔霉素较低的红曲菌种,探究黄酮类化合物对紫色红曲菌5046在液态摇瓶发酵和固态发酵条件下产色素和桔霉素的影响,再使用基于转录组学的方法探究黄酮类化合物产生作用可能的机理,对于全面地探究降低红曲菌产桔霉素的相关研究具有重要的意义。由此,本研究尝试探寻黄酮类化合物对紫色红曲菌产色素和桔霉素的影响及其可能的机理。结合工程实际,设计可年产300吨红曲色素的发酵工厂。主要研究内容如下:（1）探究了黄酮类物质对紫色红曲菌5046液态摇瓶发酵产色素、桔霉素等次级代谢产物的影响。研究发现紫色红曲菌5046液态摇瓶发酵最适合的碳源为大米,当米粉含量为20 g/L,发酵8 d即可得到较高产量的红曲色素。通过检测添加七种黄酮后培养基中发酵液色素和桔霉素的产量,发现添加2.0 g/L槲皮素可以使红曲菌的桔霉素产量降低91.17%,而红曲色素产量则有不同程度的升高。对槲皮素添加量进行优化后发现添加0.5 g/L槲皮素即可使紫色红曲菌5046桔霉素的产量降低出现大幅的的降低,但受限于槲皮素的溶解度,槲皮素添加量超过2.0 g/L后其作用效果不再出现明显变化。此外,实验过程中发现一种相对分子量约为390的未知物质,普通高效液相色谱检测时可能会被误认为莫纳可林K,但通过高效液相色谱-串联质谱法对该物质进行鉴定发现其不是莫纳可林K,具体是何物质有待后续研究探索。（2）探究了槲皮素对紫色红曲菌5046在转录组水平的影响。进行有参转录组测序时使用紫色红曲菌Monascus purpureus YY-1的基因组作为参照基因组,结果表明本研究使用的紫色红曲菌基因匹配度为93%,表明参照基因组选择较好。对有关数据进行分析后发现同组样品间相关系数均在0.8以上,说明样品间相关系数强。测序共发现365个差异表达基因,其中显著上调的有207个,显著下调的有158个。但在这些差异表达基因中未发现参与桔霉素生物合成的相关基因。富集分析发现这些差异表达基因主要富集于红曲菌糖代谢有关通路,而糖代谢是红曲菌的重要生理代谢过程,推测槲皮素可能通过影响红曲菌糖代谢的某些进程进而影响了红曲菌次级代谢产物的生物合成。（3）探究了黄酮类物质对紫色红曲菌5046固态发酵产色素和桔霉素的影响。首先筛选出了紫色红曲菌5046色素产量较高的培养基。随后对该培养基的碳源等条件进行优化,确定了最佳的配方:2%葡萄糖,0.5%麦芽糖,1%胰蛋白胨,0.5%酵母浸粉,2%琼脂。紫色红曲菌5046在该培养基中生长9 d即可产生较多的红曲色素。随后探究了四种黄酮对紫色红曲菌5046在固态发酵条件下的影响,发现槲皮素的作用效果最佳,后对其添加量进行优化后发现添加2.0 g/L槲皮素后可降低使紫色红曲菌的桔霉素产量下降79.26%。（4）结合生产实际,设计了年产300吨红曲色素的红曲发酵工厂。确定了工厂的选址,并绘制出了工厂的平面设计图、生产车间平面设计图和设计流程图。对工厂进行经济性测算发现,工厂年运营成本为合计1525.93万元,工厂生产的300吨红曲色素全部销售后可得到销售资金3600万元,扣除生产成本以及相关税收后年净利润达1555.56万元。
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