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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 天然蛋白交聯(lián)劑京尼平的制備及初步應(yīng)用研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 京尼平是茜草科植物黃梔子經(jīng)生物轉(zhuǎn)化而得到的一種天然生物交聯(lián)劑。本項(xiàng)目利用固定化酶水解梔子苷制備京尼平，研究分離純化工藝，摸索出穩(wěn)定制備高純度京尼平的條件，并研究其在生產(chǎn)梔子藍(lán)色素以及用于制備固定化酶中的應(yīng)用。
- 詳細(xì)介紹：
- 京尼平（Genipin）是一種新型天然蛋白交聯(lián)劑，是由茜草科植物梔子果實(shí)中的京尼平苷（亦稱梔子苷）經(jīng)β-葡萄糖苷酶水解而制得。京尼平能自發(fā)與含氨基的化合物形成環(huán)狀的分子間和分子內(nèi)交聯(lián)結(jié)構(gòu)[1]。近年來(lái)在生物材料[2,3]、藥物合成[4]、藥物控釋[5]以及皮革鞣制[6]等方面受到極大的關(guān)注。京尼平的制備方法主要有2種，即酶直接水解法[7]和微生物轉(zhuǎn)化法[8]。與酶直接水解法相比，微生物轉(zhuǎn)化法成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但由于發(fā)酵液中存在的氨基酸可以與京尼平發(fā)生反應(yīng)而顯藍(lán)色，導(dǎo)致收率降低，而且排出廢液會(huì)使水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)環(huán)境污染大，固定化酶法轉(zhuǎn)化率高，且可反復(fù)使用。本實(shí)驗(yàn)利用黑曲霉（Aspergillus niger）發(fā)酵產(chǎn)β-葡萄糖苷酶，再用明膠、戊二醛交聯(lián)海藻酸鈉包埋法共固定化菌絲和β-葡萄糖苷酶，研究了固定化條件對(duì)酶活性回收率的影響，以及固定化酶的酶學(xué)性質(zhì)，并研究了用固定化酶反應(yīng)器梔子苷水解的最佳條件，結(jié)果梔子苷轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%以上，再將得到的京尼平轉(zhuǎn)化液經(jīng)大孔吸附樹(shù)脂吸附分離，然后用乙醇、丙酮重結(jié)晶，最后得到的京尼平純度達(dá)到98%以上，為高端梔子藍(lán)色素的生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。 梔子藍(lán)色素（Gardenia blue pigment）是以茜草科植物梔子為原料，將其中的梔子苷采用現(xiàn)代生物技術(shù)水解為京尼平，再將京尼平與氨基酸反應(yīng)制得的一種安全無(wú)毒的食用天然色素，它耐熱、耐光、耐酸堿，pH適應(yīng)范圍廣，易溶解于水和低醇，可替代化學(xué)合成藍(lán)色素單獨(dú)使用，也可以與紅、黃類色素調(diào)配成綠、紫、棕等色調(diào)混合使用，在國(guó)外被廣泛應(yīng)用于食品、藥品及化妝品等產(chǎn)品的著色。我國(guó)于1990年在制定新增食品添加劑時(shí)將其列入，用于蛋白質(zhì)、糖和淀粉等食品的著色。有關(guān)梔子藍(lán)色素的研究主要采用微生物發(fā)酵技術(shù)，如傅向陽(yáng)等用桿菌發(fā)酵梔子黃廢液生產(chǎn)梔子藍(lán)色素[9]，肖亞中等用紅曲霉發(fā)酵生產(chǎn)梔子藍(lán)色素[10]，李世杰等用菌絲真菌發(fā)酵生產(chǎn)梔子藍(lán)色素[11]，但有關(guān)用京尼平直接與氨基酸反應(yīng)制備研究梔子藍(lán)色素，并研究其穩(wěn)定的研究較少見(jiàn)報(bào)道，一般都只注重研究發(fā)酵液的配方，發(fā)酵工藝，左后將發(fā)酵液過(guò)濾，噴霧干燥后得到梔子藍(lán)色素產(chǎn)品。本實(shí)驗(yàn)比較了20種氨基酸與京尼平反應(yīng)所得梔子藍(lán)色素的色價(jià)高低，選用了高純度的京尼平與賴氨基酸，并用分光光度法探討了賴氨酸與京尼平反應(yīng)的細(xì)化過(guò)程。以及對(duì)反應(yīng)所得的梔子藍(lán)色素的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。 固定化酶具有能夠重復(fù)使用、固定化后和反應(yīng)物是分開(kāi)的、穩(wěn)定性較高等優(yōu)點(diǎn)，制備較高酶活的固定化酶意義重大，本次實(shí)驗(yàn)初步的研究了京尼平與戊二醛對(duì)照作為交聯(lián)劑制備固定化β-葡萄糖苷酶的基本性質(zhì)，為今后京尼平用于廣泛的應(yīng)用于固定化酶制備提供參考。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：研究固定化酶水解法制備新型蛋白交聯(lián)劑—京尼平的工藝，優(yōu)化京尼平的生產(chǎn)工藝，并初步研究其應(yīng)用。 基本思路：利用固定化酶水解梔子苷制備京尼平，研究京尼平的分離純化工藝，摸索出穩(wěn)定制備高純京尼平的條件，并初步研究其在生產(chǎn)梔子藍(lán)色素中的應(yīng)用。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 科學(xué)性：京尼平是β-葡萄糖苷酶水解梔子苷后生成的產(chǎn)物，由于京尼平分子中隱含有獨(dú)特的戊二醛結(jié)構(gòu)，可以與伯氨基化合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。 先進(jìn)性及獨(dú)特之處：利用固定化酶水解法制備京尼平，不僅減少雜質(zhì)的引入，而且減輕環(huán)境的污染。直接利用京尼平制備梔子藍(lán)色素可以得到雜質(zhì)少，色價(jià)高的藍(lán)色素。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 京尼平是一種天然蛋白交聯(lián)劑，近年來(lái)在生物材料、藥物合成以及天然色素制備等方面受到極大的關(guān)注。由于京尼平的制備技術(shù)不成熟，其應(yīng)用受到一定的限制。探索出一條工藝簡(jiǎn)單的京尼平制備方法迫在眉睫。梔子藍(lán)色素是一種安全的天然色素，在國(guó)外被廣泛應(yīng)用于食品、藥品及化妝品等產(chǎn)品的著色，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 研究了采用共固定化β-葡萄糖苷酶水解梔子苷制備京尼平的方法，以及京尼平的分離純化方法，同時(shí)還建立了京尼平的高效液相色譜檢測(cè)法，并初步研究了京尼平在制備高色價(jià)梔子藍(lán)色素和固定化酶方面的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)表明β-葡萄糖苷酶經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15 %戊二醛在20℃交聯(lián)2 hr，再用海藻酸鈉包埋制備成固定化酶與1%高純度梔子苷在50℃、pH5.0反應(yīng)4hr，將轉(zhuǎn)化液用HPD700吸附洗脫，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，乙醇的重結(jié)晶，經(jīng)HPLC法檢測(cè)所得京尼平純度高于98%。通過(guò)研究20種氨基酸與京尼平的呈色反應(yīng)及部分反應(yīng)產(chǎn)物的穩(wěn)定性，反應(yīng)得到梔子藍(lán)色素，測(cè)定其色價(jià)，然后研究固體狀態(tài)的梔子藍(lán)色素的光照穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。20種氨基酸與京尼平反應(yīng)后生成的梔子藍(lán)色素最大吸收波長(zhǎng)大都在590～600nm之間，其中賴氨酸色價(jià)E1%1cm最高達(dá)180。賴氨酸、精氨酸和甘氨酸與京尼平反應(yīng)生成的梔子藍(lán)色素色價(jià)高，穩(wěn)定性好，有較好的應(yīng)用價(jià)值。京尼平作為固定化酶交聯(lián)劑，與戊二醛相比，酶活的損失少，回收率高。
獲獎(jiǎng)情況
- 1、《高色價(jià)梔子藍(lán)色素的制備及其穩(wěn)定性研究》被食品類核心期刊“現(xiàn)代食品科技”雜志錄用，第一作者為本作品申報(bào)成員徐尤智； 2、《京尼平的分離純化及高效液相色譜法測(cè)定》被中文核心期刊“食品科技”雜志錄用，本作品申報(bào)成員賀玉蘭和徐尤智分別為第二和第三作者； 3、《高效液相色譜法同時(shí)測(cè)定京尼平和梔子苷》被中文核心期刊“時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥”雜志錄用，本作品申報(bào)成員賀玉蘭和陳賀分別為第四和第五作者。
鑒定結(jié)果
- 1.實(shí)驗(yàn)制得的京尼平純度達(dá)98%以上。 2.與項(xiàng)目有關(guān)的論文已發(fā)表兩篇。 3.實(shí)驗(yàn)所制得的梔子藍(lán)色素色價(jià)達(dá)到60以上。
參考文獻(xiàn)
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同類課題研究水平概述
- 1．京尼平的制備方面 從當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究京尼平制備所發(fā)表的專利、文獻(xiàn)和資料中看出，大部分都是用微生物發(fā)酵液液水解梔子苷的方法制得，在上述的方法中主要是利用微生物所產(chǎn)生的酶液水解梔子苷，但在使用微生物發(fā)酵液轉(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)帶入大量的雜質(zhì)，這給京尼平的純化帶來(lái)的較大的困難。所以許多國(guó)內(nèi)外致力于京尼平純化方面的科研人員所做的純度始終在80%左右，只有日本等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家達(dá)到95%以上。 而在研究京尼平的應(yīng)用方面要求其純度必須達(dá)到98%，所以國(guó)內(nèi)一直難以實(shí)現(xiàn)京尼平的工業(yè)化生產(chǎn)，直接導(dǎo)致國(guó)內(nèi)大部分致力于京尼平應(yīng)用方面研究的科研工作者都要從國(guó)外購(gòu)得京尼平。而高價(jià)格的京尼平就直接限制了國(guó)內(nèi)在京尼平應(yīng)用方面的研究的發(fā)展。所以制備出高純度的京尼平一直是許多從事京尼平應(yīng)用方面的科研人員所期望的。 2．京尼平的應(yīng)用方面 京尼平憑借著其天然、低毒、獨(dú)特的生物活性及交聯(lián)性質(zhì)，已經(jīng)被大多數(shù)學(xué)者所了解。所以在當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)京尼平的應(yīng)用研究也越來(lái)越多，特別是在用于制造梔子藍(lán)色素方面的前景讓人看好。傳統(tǒng)的梔子藍(lán)色素制作方法是通過(guò)將梔子苷酶解后投入氨基酸反應(yīng)生成藍(lán)色素再提純，產(chǎn)品所含雜質(zhì)較多，而且現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的梔子藍(lán)色素存在色價(jià)低，純度不高等問(wèn)題。另外在梔子藍(lán)色素的制備和純化方面，存在反應(yīng)條件優(yōu)化困難，純化困難等問(wèn)題，但是直接將純度較高的京尼平與氨基酸反應(yīng)制取的梔子藍(lán)色素質(zhì)量很好，容易提純，且色價(jià)較高。隨著固定化酶在生物轉(zhuǎn)化中的廣泛應(yīng)用，提高固定化酶的酶活和使用周期具有現(xiàn)實(shí)意義，傳統(tǒng)交聯(lián)劑在交聯(lián)酶液時(shí)對(duì)酶活的影響大，而京尼平是天然的生物交聯(lián)劑，所以將京尼平作為固定化酶交聯(lián)劑有很高的研究?jī)r(jià)值。
