科研立项项目申报书---β-胡萝卜素提取

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1、编编 号号XXXXXXXX 大学生科研项目申报书大学生科研项目申报书项项目名称：目名称： -胡萝卜素的提取胡萝卜素的提取 申申 请请 者：者： XXX 申申报时间报时间： ： 2009 年年 8 月月 10 日日 项项目目类别类别： ： A类类( ) B类类（ （ ） ）共青共青团苏团苏州科技学院委州科技学院委员员会会申请简况表申请简况表说明：1、必须由申报者本人按要求填写。2、院（系）推荐意见签章视为对申报者情况的确认。项目名称-胡萝卜素的提取所属科类理科姓 名xxx性 别女出生年月1989 年07 月院 （ 系 ）化学与生物工程学院专 业生物技术年 级二年级申请人联系电话姓 名性 别年 龄

2、学 历所在单位备注本科在读苏州科技大学有 无 合 作 者（ ） 无合作者院系认证是否为我校正式注册在校的学生（专科生、本科生）。( )是 ( )否本课题是否为学生课外学术科技作品。( )是 ( )否其它：签 章：年 月 日项目主要内容目前，全球 -胡萝卜素的生产量约为 600t/a，年需求量 为 12001500 t，且每年以 7%9%的速度增长。美国的需求量 近些年以 10%15%的速度递增。且在欧美和日本等国已形成市 场。2000 年中国 -胡萝卜素的生产量为 10 t，其中 40%用于 出口。2001 年我国 -胡萝卜素的生产能力为 22 t，国内 - 胡萝卜素的总消费量的的 70%用于

3、食品工业，其次用于保健品 和医药行业1。因 -胡萝卜素可用作食品添加剂，饲料添加 剂和化妆品助剂，且 -胡萝卜素在防治癌症和心血管疾病方 面有特殊的作用，所以，-胡萝卜素越来越引起人们的关注 和兴趣。目前，市场上有多种 -胡萝卜素的生产方法： 化学合成法：化学合成法是指采用有机化工原料，通过化 学合成反应，人工合成 -胡萝卜素的一种方法。 提取法：即从胡萝卜、枸杞、马铃薯、玉米等天然植物原 料中直接提取 -胡萝卜素的一种方法。 生物合成法：生物合成法是指利用微生物培养技术，通过 微生物的培养，利用微生物在其体内合成 -胡萝卜素，然后 自微生物体内分离得到 -胡萝卜素的一种方法。利用三孢布 拉氏

4、霉菌生产 -胡萝卜素就是生物合成法的一种。 研究表明，采用三孢布拉氏霉菌发酵生产胡萝卜素不仅因 其胡萝卜素合成水平极大高于多种生物体，而且 -胡萝卜素 含量在 85%以上，其结构与标准的 -胡萝卜素相同；而且具 有生产原料易获得，不受自然条件限制，周期短和适用于工业 化生产等优点。可以确认三孢布拉氏霉菌是目前应用于工业生 产胡萝卜素最重要的菌株。 下面就目前状况对其理化性状，生理功能以及利用三孢布 拉氏霉菌生产 -胡萝卜素的方法做一介绍。 1 1 -胡萝卜素的理化性状胡萝卜素的理化性状-胡萝卜素，分子式为 C40H56，分子量为 536.88。深红紫至暗红色有光泽的斜面 6 面体或板状微结晶的

5、晶体或结晶性粉末。有轻微异臭或异味。稀溶液呈橙黄色至黄色，浓度增大时带橙色因溶液的极性可稍带红色。遇氧、热、光不稳定，在弱碱下较稳定。不溶于水、丙二醇、甘油、酸和碱；溶于二硫化碳、项目主要内容2 2苯、氯仿、己烷及植物油；几乎不溶于甲醇和乙醇。在人 体和动物的肠黏膜及肝脏中，1 分子的 -胡萝卜素在 15=15 碳原子位置，通过加氧酶的催化作用下，分裂为 2 分子的视黄 醛，经过还原过程，形成 2 分子的视黄醛，经过还原过程，形 成 2 分子的视黄醇（VA）。 3 3-胡萝卜素的生物提取技术胡萝卜素的生物提取技术 3.1 材料与方法 3.1.1 菌种与培养基 3.1.1.1 菌种：三孢布拉氏霉

6、菌 JM9203（正株） 、 JM9204（负株） 。 3.1.1.2 培养基： PDA.斜面培养基：15%新鲜去皮马铃薯；2%葡萄糖；2%琼 脂，PH 自然。分装试管后，0.1Mpa 灭菌 20min，斜面表面水干 后使用。 液体种子培养基：淀粉 4%；葡萄糖 2%；玉米浆 5%；KH2PO40.1%；MgSO40.01%；VB11mg/100ml；消前 PH6.7，装 量为 40ml/250ml 三角瓶，0.1Mpa 灭菌 20 分钟。 摇瓶发酵培养基：淀粉 4%；黄豆饼粉 4%；玉米浆 3%；KH2PO40.1%；MgSO40.01%；盐酸硫胺素 10mg/L；灭菌前调 PH7.7，装量

7、为 50ml/500ml 三角瓶，0.1Mpa 灭菌 40 分钟。 补料：在发酵 48h 左右添加 0.1%-紫罗兰酮及适量无菌 水。 3.1.2 方法 3.1.2.1 碳、氮源实验：在种子培养基或摇瓶发酵培养基 中改变碳、氮用量比。装量为 40ml/250ml 三角瓶，每组设三 个重复，0.1Mpa 灭菌 40 分钟。 “+、-”菌株按 5：5 的比例总 量 10%接种，于 28C、200rpm 振荡培养。培养 48h，无菌操作 补加 0.1%-紫罗兰酮。培养至 120h 终止。 3.1.2.2 培养基正交实验：在单因素试验后，确定了培养 基中的四种因素及三个水平按 L9排列组合。装量为 5

8、0ml/500ml 三角瓶，三个重复。 3.1.2.3-胡萝卜素的测定方法：离心收集发酵液中的菌丝体， 5055C 真空干燥、研磨。有机溶剂提取菌体中的色素14。采 用紫外分光光度计测定最高吸收峰的吸光值，参照方法15测定并计算 -胡萝卜素的含量。 3.1.2.4 菌种试验：除种子培养基碳源试验外，菌种不同 性别发酵试验以及种龄试验均按常规方法进行。 3.1.2.5 生物量测定：准确量取发酵液，用双层纱布过滤， 自来水反复冲洗、拧干、撕成碎片置于平面皿内，5055C 抽 真空干燥，用 1/100g 精确度天平称量。 试验结果表明，以 4%为碳源较为适宜，生物量和 -胡萝 卜素的生产水平都较高。

9、虽然在 4%淀粉的基础上再添加 1%葡 萄糖总色素水平有所提高，但是 -胡萝卜素未增加，因而无 实际意义。而且用葡萄糖为种子培养基的碳源培养基质粘性差， 不利于菌丝体伸张，易形成较大的团块，这样可能造成种子菌 体被接入发酵培养基后营养物质的利用不充分。 3.2.1.2 培养基中的氮源对 -胡萝卜素的影响 由于试验所采用的氮源均为农、副产品，其营养成分与含 量差异较大，因而不同的氮源物质对 -胡萝卜素合成水平有 很大的影响。以棉籽仁和黄豆饼粉为主要氮源所组成培养基较 为适宜，而玉米浆与棉籽仁或黄豆饼粉混合使用更有利于提高 生物量和 -胡萝卜素的生产水平。 3.2.1.3 培养基正交试验 在碳、氮

10、物质因素试验后，拟定淀粉、黄豆饼粉、玉米浆 以及植物油为影响三孢布拉氏霉菌合成 -胡萝卜素水平的主 要因素设计正交实验。实验表明，培养基组合 3 无论其生物量 还是胡萝卜素水平均高于其它组合，因其碳、氮以及植物油配 较佳所致。影响胡萝卜素合成水平的主要因素依次为植物油、 淀粉，影响影响较小的应为黄豆饼粉。 3.2.2 菌种试验结果 3.2.2.1 菌株的性别：三孢布拉氏霉菌有雄性（+）和雌性 （-）菌株，在相同条件下，单独发酵“+”和“-”株，其类 胡萝卜素合成水平分别为 36.6mg 和 263.7mg/L 发酵液，而当 “+” “-”菌株混合发酵时，其胡萝卜素合成水平达 1113mg/L

11、发酵液，这是因“+”和“-”株混合培养有利于产生 促进胡萝卜素的三孢酸所起的作用。 3.2.2.2 菌种培养时间：分别采用培养 24、32、40、44 和 48h 的液体菌种发酵试验结果表明，培养 3248h 的菌种均可用项目主要内容于发酵，但培养 4044h 的菌种更有利于胡萝卜素的合成。在实验室条件下，通过对三孢布拉氏霉菌合成 -胡萝卜 素、菌种培养基摇瓶发酵比较实验，以生物量（每升发酵液中 菌丝体干重） 、类胡萝卜素和 -胡萝卜素合成水平为结果标准， 筛选出适用于发酵三孢布拉氏霉菌培养基的碳、氮源物质和配 比。同时对植物油的选择与用量、中间添加 -紫罗兰酮也进 行了实验，证明这些物质均不

12、同程度的影响着三孢布拉氏霉菌 合成 -胡萝卜素水平，为深入研究三孢布拉氏霉菌的发酵与 -胡萝卜素产品研制奠定了基础16。 经湖北省卫生防疫站食品卫生检测所检测，急性毒性试验 所得结果送检样品属实无毒级；小鼠精子畸变试验，实验组与 阴性对照结果无显著差异，表明该受试物的精子畸变实验为阴 性；小鼠骨髓嗜多染色红细胞微核试验，实验组与对照组的结 果无显著差异，表明该受试物的微核实验为阴性。因此证明， 利用三孢布拉氏霉菌发酵生产出来的 -胡萝卜素无污染、无 毒害，可用于大规模的工业生产17。 结束语结束语 -胡萝卜素易于氧化，所以不管采用何种设备方法，都必 须防止生产过程中 -胡萝卜素不必要的损失。针

13、对目前 - 胡萝卜素供不应求的状况，探索出一种成本低、产率高、无污 染、无毒害、适于大规模工业生产的制备 -胡萝卜素的方法 非常必要。-胡萝卜素在医药、食品、及保健领域有着很好的应用市场，特别是近年来，随着癌症发病率的升高，-胡萝卜素因其有着特异的功效，所以近年来一直是市场上供不应求的紧俏商品。所以深入对其的认识，大力开发 -胡萝卜素的产业，将推动食品、医药、饲料、化妆品行业的发展，具有很好的市场前景。项目的价值和意义-胡萝卜素是维生素 A 的重要来源 由上述的 -胡萝卜素的理化性状可知，1 分子的 -胡萝 卜素在体内酶的作用下可转变为 2 分子的维生素 A，且在食物 中含量最丰富，因而被认定

14、是人体内维生素 A 的主要来源。通 过实验发现2，缺乏维生素 A 的大鼠补饲 -胡萝卜素后能显 著提高体内维生素 A 的水平，从而证实了 -胡萝卜素能在体 内酶的作用下转化为维生素 A，发挥维生素 A 的作用，所以又 称维生素 A 源原。该转化酶在体内维 A 缺乏时将 -胡萝卜素 转化为维 A，当体内维 A 增加到需求量时，酶即停止转化，从 而通过酶的自动控制来维持体内维 A 的的需要。全世界，特别 是发展中国家人体所需的维 A60%70%来源于 -胡萝卜素。 维 A 是合成糖蛋白的载体，糖蛋白是细胞的重要结构物质， 尤其是上皮细胞，如果缺少糖蛋白将对眼，呼吸道，皮肤，消 化道，泌尿道及生殖器

15、官产生影响。免疫球蛋白也是一种糖蛋 白，维 A 缺乏将会影响抗体的形成。因此，维 A 对保证正常的 生长和发育及抗感染具有重要的作用。 但是，人体摄入大量的维 A，会引起急性及慢性中毒主要 是骨痛，皮肤黏膜改变，颅内压升高等。而 -胡萝卜素本身 无毒性，当摄入大量的 -胡萝卜素时体内产生积蓄，但不会 引起中毒3。因此，无论是治疗维 A 缺乏症还是防止癌症，使 用 -胡萝卜素都更好，更安全。 2.2-胡萝卜素是具有抗氧化作用 人体在正常的生理代谢过程中会产生少量的含氧自由基， 而体内的防御机制（抗氧化酶或抗氧化剂）会及时将其清除， 以维持氧自由基的代谢平衡。因此一般不会对细胞，组织产生 损伤。但随着年龄的增长或在某些病理状态下，体内抗氧化酶 的作用下降，过多的氧自由基不能被及时清除而堆积在细胞内， 导致它们迅速与机体内的一些生物大分子，如蛋白质、核酸氨 基酸、脂类等发生反应，生成氧化物或过氧化物。这些物质会 对细胞产生毒性，使细胞膜、组织、酶以及基因受损，从而引 起机体多种疾病的发生和衰老。 -胡萝卜素的抗氧化作用是基于它分子中的多个共轭多 烯双键的特殊结构，这种结构使它能与含氧自由基发生不可逆 反应，生成非常稳定的以碳为中心的自由基 -car，这个碳项目的价值和意义核自由基可以迅速可逆的与氧反应生成一种新的带链的过氧化 自由基 -car-OO。但这个可逆反应的速率受氧分压