基本信息
- 項目名稱：
- 天然蛋白交聯劑京尼平的制備及初步應用研究
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 京尼平是茜草科植物黃梔子經生物轉化而得到的一種天然生物交聯劑。本項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，并研究其在生產梔子藍色素以及用于制備固定化酶中的應用。
- 詳細介紹：
- 京尼平（Genipin）是一種新型天然蛋白交聯劑，是由茜草科植物梔子果實中的京尼平苷（亦稱梔子苷）經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交聯結構[1]。近年來在生物材料[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]和微生物轉化法[8]。與酶直接水解法相比，微生物轉化法成本低，易于實現工業(yè)化生產，但由于發(fā)酵液中存在的氨基酸可以與京尼平發(fā)生反應而顯藍色，導致收率降低，而且排出廢液會使水體富營養(yǎng)化，對環(huán)境污染大，固定化酶法轉化率高，且可反復使用。本實驗利用黑曲霉（Aspergillus niger）發(fā)酵產β-葡萄糖苷酶，再用明膠、戊二醛交聯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酶活性回收率的影響，以及固定化酶的酶學性質，并研究了用固定化酶反應器梔子苷水解的最佳條件，結果梔子苷轉化率可達95%以上，再將得到的京尼平轉化液經大孔吸附樹脂吸附分離，然后用乙醇、丙酮重結晶，最后得到的京尼平純度達到98%以上，為高端梔子藍色素的生產創(chuàng)造了條件。 梔子藍色素（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代生物技術水解為京尼平，再將京尼平與氨基酸反應制得的一種安全無毒的食用天然色素，它耐熱、耐光、耐酸堿，pH適應范圍廣，易溶解于水和低醇，可替代化學合成藍色素單獨使用，也可以與紅、黃類色素調配成綠、紫、棕等色調混合使用，在國外被廣泛應用于食品、藥品及化妝品等產品的著色。我國于1990年在制定新增食品添加劑時將其列入，用于蛋白質、糖和淀粉等食品的著色。有關梔子藍色素的研究主要采用微生物發(fā)酵技術，如傅向陽等用桿菌發(fā)酵梔子黃廢液生產梔子藍色素[9]，肖亞中等用紅曲霉發(fā)酵生產梔子藍色素[10]，李世杰等用菌絲真菌發(fā)酵生產梔子藍色素[11]，但有關用京尼平直接與氨基酸反應制備研究梔子藍色素，并研究其穩(wěn)定的研究較少見報道，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)酵液過濾，噴霧干燥后得到梔子藍色素產品。本實驗比較了20種氨基酸與京尼平反應所得梔子藍色素的色價高低，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的細化過程。以及對反應所得的梔子藍色素的穩(wěn)定性進行了研究。 固定化酶具有能夠重復使用、固定化后和反應物是分開的、穩(wěn)定性較高等優(yōu)點，制備較高酶活的固定化酶意義重大，本次實驗初步的研究了京尼平與戊二醛對照作為交聯劑制備固定化β-葡萄糖苷酶的基本性質，為今后京尼平用于廣泛的應用于固定化酶制備提供參考。
作品圖片
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劑—京尼平的工藝，優(yōu)化京尼平的生產工藝，并初步研究其應用。 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梔子藍色素中的應用。
科學性、先進性及獨特之處
- 科學性：京尼平是β-葡萄糖苷酶水解梔子苷后生成的產物，由于京尼平分子中隱含有獨特的戊二醛結構，可以與伯氨基化合物發(fā)生交聯反應。 先進性及獨特之處：利用固定化酶水解法制備京尼平，不僅減少雜質的引入，而且減輕環(huán)境的污染。直接利用京尼平制備梔子藍色素可以得到雜質少，色價高的藍色素。
應用價值和現實意義
- 京尼平是一種天然蛋白交聯劑，近年來在生物材料、藥物合成以及天然色素制備等方面受到極大的關注。由于京尼平的制備技術不成熟，其應用受到一定的限制。探索出一條工藝簡單的京尼平制備方法迫在眉睫。梔子藍色素是一種安全的天然色素，在國外被廣泛應用于食品、藥品及化妝品等產品的著色，具有很高的應用價值。
學術論文摘要
- 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，同時還建立了京尼平的高效液相色譜檢測法，并初步研究了京尼平在制備高色價梔子藍色素和固定化酶方面的應用。實驗表明β-葡萄糖苷酶經質量分數為0.15 %戊二醛在20℃交聯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4hr，將轉化液用HPD700吸附洗脫，經旋轉蒸發(fā)，乙醇的重結晶，經HPLC法檢測所得京尼平純度高于98%。通過研究20種氨基酸與京尼平的呈色反應及部分反應產物的穩(wěn)定性，反應得到梔子藍色素，測定其色價，然后研究固體狀態(tài)的梔子藍色素的光照穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。20種氨基酸與京尼平反應后生成的梔子藍色素最大吸收波長大都在590～600nm之間，其中賴氨酸色價E1%1cm最高達180。賴氨酸、精氨酸和甘氨酸與京尼平反應生成的梔子藍色素色價高，穩(wěn)定性好，有較好的應用價值。京尼平作為固定化酶交聯劑，與戊二醛相比，酶活的損失少，回收率高。
獲獎情況
- 1、《高色價梔子藍色素的制備及其穩(wěn)定性研究》被食品類核心期刊“現代食品科技”雜志錄用，第一作者為本作品申報成員徐尤智； 2、《京尼平的分離純化及高效液相色譜法測定》被中文核心期刊“食品科技”雜志錄用，本作品申報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測定京尼平和梔子苷》被中文核心期刊“時珍國醫(yī)國藥”雜志錄用，本作品申報成員賀玉蘭和陳賀分別為第四和第五作者。
鑒定結果
- 1.實驗制得的京尼平純度達98%以上。 2.與項目有關的論文已發(fā)表兩篇。 3.實驗所制得的梔子藍色素色價達到60以上。
參考文獻
- [1] Sung HW, Chang Y, Chiu CT , et al. Mechanical properties of a porcine aortic valve fixed with a naturally occurring crosslinking agent. Biomaterials, 1999, 20: 1759-1772 [2]孫秀娟,范代娣,朱晨輝,等.類人膠原蛋白-透明質酸血管支架的性能及生物相容性.生物工程學報,2009, 25(4): 591-598 [3]Yung Chih Kuo,Chun Fu Yeh, Jen Tsung Yang.Differentiation of bone marrow stromal cells in poly(lactide-co-glycolide)/chitosan scaffolds.Biomaterials,2009,30:6604-6613 [4]丁克毅.鋁-京尼平結合同步鞣染工藝及革的性能.中國皮革,2007,36(13):13-16 [5] Sang-Won Lee, Jong-Min Lim, Seong-Hee Bhoo. Colorimetric determination of amino acids using genipin from Gardenia jasminoides [J]. Analytica Chemica Acta, 2003, 480：267-274 [6]傅向陽，李世杰，方尚玲.桿菌發(fā)酵梔子黃廢液產梔子藍色素的搖瓶發(fā)酵優(yōu)化[J].中國食品添加劑，2002，（2）：33~36 [7]肖亞中，王怡平，王金木，等.梔子藍色素生產工藝研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2002，（7）：37~41 [8]李世杰，方尚玲，傅向陽.液態(tài)發(fā)酵產梔子藍色素的工藝條件研究[J].食品科學，2001，（8）：46~ [9]梁華正,樂長高，廖曉峰.京尼平甙水解物與谷氨酸鈉反應生成梔子藍色素的研究[J].食品工業(yè)科技,2004,25(7):110
同類課題研究水平概述
- 1．京尼平的制備方面 從當前國內外研究京尼平制備所發(fā)表的專利、文獻和資料中看出，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生的酶液水解梔子苷，但在使用微生物發(fā)酵液轉化過程中會帶入大量的雜質，這給京尼平的純化帶來的較大的困難。所以許多國內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，只有日本等少數幾個國家達到95%以上。 而在研究京尼平的應用方面要求其純度必須達到98%，所以國內一直難以實現京尼平的工業(yè)化生產，直接導致國內大部分致力于京尼平應用方面研究的科研工作者都要從國外購得京尼平。而高價格的京尼平就直接限制了國內在京尼平應用方面的研究的發(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用方面的科研人員所期望的。 2．京尼平的應用方面 京尼平憑借著其天然、低毒、獨特的生物活性及交聯性質，已經被大多數學者所了解。所以在當前國內外對京尼平的應用研究也越來越多，特別是在用于制造梔子藍色素方面的前景讓人看好。傳統的梔子藍色素制作方法是通過將梔子苷酶解后投入氨基酸反應生成藍色素再提純，產品所含雜質較多，而且現在國內外生產的梔子藍色素存在色價低，純度不高等問題。另外在梔子藍色素的制備和純化方面，存在反應條件優(yōu)化困難，純化困難等問題，但是直接將純度較高的京尼平與氨基酸反應制取的梔子藍色素質量很好，容易提純，且色價較高。隨著固定化酶在生物轉化中的廣泛應用，提高固定化酶的酶活和使用周期具有現實意義，傳統交聯劑在交聯酶液時對酶活的影響大，而京尼平是天然的生物交聯劑，所以將京尼平作為固定化酶交聯劑有很高的研究價值。
