植物油对被孢霉菌发酵生产花生四烯酸的影响
2021-12-07
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维普资讯 http://www.cqvip.com 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2007,Vo1.23,No.11 植物油对被孢霉菌发酵生产花生四烯酸的影响 林炜铁,朱敏 (华南理工大学生物科学与工程学院,广东广州510006) 摘要:研究了四种植物油(豆油、棕桐油、花生油、芝麻油)对被孢霉菌发酵生产花生四烯酸(Arachidonic acid,AA)的影响。 结果表明:(1)四种植物油显著促进了菌体油脂的积累;(2)被孢霉生长在以植物油为唯一碳源的培养基上时,菌体油脂中的AA含 量比以葡萄糖为碳源时显著下降;生长在以植物油和葡萄糖为混合碳源的培养基上时,与以葡萄糖为碳源相比油脂中的AA含量仍然 下降,但比生长在以植物油为唯一碳源时AA含量有所提高。说明这四种植物油对花生四烯酸的合成有抑制作用。(3)菌体油脂成分 与培养基中植物油的油脂成分有一定的相似性。 关键词:被孢霉;花生四烯酸合成;植物油 中图分类号:TQ645.7;文献标识码:A;文章篇号:1673.9078(2007)I1.o0l5.04 Effect of Vegetable oils Addition 0n Arachidonic Acid Production by Mortieralla sp. LIN Wei.tie.ZHU Min (School ofBioscience and Bioengineering,South China University ofTechnology,Guangzhou 5 10006,China) Abstract:The Effects of addition of four kinds of vegetable oils(soybean oil,palm oil,peanut oil and sesame oil)on arachidonic acid production by Mortierella sp.were studied.The results indicated that vegetable oils markedly enhanced the mycelial lipid accumulation.When Mortierella sp.was cultured in medium with vegetable oils aS single carbon source,arachidonic acid content in lipids of the fungi greatly decreased compared with that using glucose as single carbon source.For that cultured in medium wih vegettable oil and glucose as carbon sources,the arachidonic acid content was also lower han tthat using glucose S siangle carbon source,but higher than that using vegetable oils as carbon source.These pheromones indicated that vegetable oils inhibited the biosynthesis ofarachidonic acid.In addition,the composition ofthe mycelia lipid was similr ato the vegetable oil added in the medium. Key words:Mortierella sp.;arachidonic acid synthesis;vegetable oil 花生四烯酸是属于n.6系列的一种多不饱和脂肪 酸,与人体健康有着密切的关系,是人体前列腺素和 为提高产量的一个方法,因此外源植物油转化为目的 产物引起了人们的浓厚兴趣。本文研究了四种植物油 对被孢霉中花生四烯酸合成的影响。 1材料与方法 1.1材料 白三烯等合成的重要前体物质,在降血脂血糖、抗炎 症、抗脂质氧化、促进胎儿发育等方面具有独特的生 物活性[1J'从而受到医药、生物、化妆品等领域的重 视。花生四烯酸的天然来源有限,主要来源于动物肾 上腺、肝、沙丁鱼等,其产量难以满足社会需要。国 外利用微生物技术发酵生产花生四烯酸已有了很大的 菌株:被孢霉(Mortierella sp.)MIO,华南理工大 学发酵工程博士点实验室保存。植物油(见表1)。 表1植物油的脂肪酸成分/% Tab.1 Fatty acid composition ofvegetable oils 发展[2J.国内很多学者也进行了这方面的研究,鲍时 翔等『3]首次采用被孢霉发酵产生花生四烯酸,黄惠琴 等[4】、周蓬蓬等『5】对被孢霉菌产生花生四烯酸的工艺激 发酵条件进行了研究和优化。 根据文献 艮道,植物油对被孢霉积累油脂,尤 其是含多不饱和脂肪酸的油脂是有促进作用的,并作 收稿Et期:2007_o7—20 作者简介:林炜铁,副教授 注:因采用非极性固定相,未能使18:l、18:2峰分开。 15 维普资讯 http://www.cqvip.com 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2007,Vo1.23,No.11 lI2培养 孢霉菌缺少合成花生 烯酸的辅酶因子,或者是植物 油抑制了花生四烯酸合成所需的酶。 表2植物油为唯一碳源时对菌体生长和从形成的影响 Tab.2Effectofoilsas sole carbon sourcesOO growthandAA formation 斜面培养基:蔡氏培养基。 l-3摇瓶培养基 葡萄糖5%,酵母膏0.5%,NaNO 0-3%,K,HPO4 0.1%,MgSO4・7H20 0.05%,KC1 0.05%,FeSO4・7H20 0.0l%,pH 6.0。 . 菌体得率菌体中油油脂得率油脂中AA AA得率 1.4 菌体培养与收集 1.4.1菌种活化 将保存菌种转接到斜面培养基上,28。C培养 l0~l4d。 1.4-2摇瓶培养 250 mL二一角瓶中装50 mL培养基,孢子斜丽用加l 滴吐温80的50 mL无菌水洗脱,接入摇瓶,140 r/min, 28 lJC条件下培养5 d。 1.4-3菌体收集 对发酵液进行抽滤,蔺 先以蒸馏水冲洗,然后 叶温80(0.5%)洗涤,冉用乙醇(95%)洗涤,最 后用蒸馏水冲洗,80℃烘干。 1.5分析方法 l,5.1油脂抽提:见文献【7J'略有修改。 1.5-2发酵液残糖测定:采用费林试剂法 1.5-3油脂成分分析 采用KOH.CH3OH酯交换法}9]处理样品,用惠普 5890SERIES II气相色谱仪分析菌体油脂及植物油成 分。 检测器:FID;笆谱柱:毛细管柱30 m ̄0.25 mm, HP 5%PHMEsiloxane;载气:N2,410 mL/min;H2, 50 mL/min:柱前压:1 5 psi;柱温:240℃;进样器温 度:280。C;检测器温度:290。C;采用分流进样。 2结果与讨论 2.1 以植物油为唯 碳源时对菌体, 长和AA形成的 影响 以4%植物油为唯 碳源培养被孢霉的结果见表 2。从表2知,被孢霉能生长在以植物油为唯一碳源的 培养基中,说明被孢霉有分解植物油的酶系,为菌体 长提供能源。菌体得率不如以葡萄糖为碳源高,可 见植物油不是被孢霉生长的最佳碳源,或者是凶为植 物油J二生长时溶氧受到限制。油脂含量有很大提高, 说明植物油对汕脂积累有利。这些植物油中都 含有 花牛四烯酸,但利用这些植物油可产含花生四烯酸的 油脂,但油脂中的花生四烯酸含量与生长在葡萄糖上 相比显著下降,花生 q烯酸得率降低。比较葡萄糖和 脂肪酸的代谢方式的差异,可能是植物油中生长的被 16 ・ ) 脂含量/0 /(g・ )含量(%)/(g・L ) 2.2混合碳源对菌体生长和AA形成的影响 当以2%植物油和3%葡萄糖为混合碳源培养被 孢霉的结果见表3。从表3可以看出,被孢霉在有葡 萄糖存在时能很好地利朋多种植物油, 以葡萄糖为 唯一碳源相比,菌体得率和油脂得率有显著提高,植 物油能明显促进菌体 长及油脂积累。花牛四烯酸含 量仍显著下降,但花生四烯酸得率F降不多。与以植 物油为唯一碳源相比,在混合碳源中生长的被孢霉菌, 菌体得率、油脂得率、花生四烯酸含量及得率都有明 显增加,说明葡萄糖的代谢能产生脱饱和酶及延长酶 的辅因子,使花生四烯酸的合成增加,而其含量仍然 降低,说明植物油抑制了酶本身。 表3植物油和葡萄糖为混合碳源时对菌体生长和从形成的 影响 Tab.3 Effect of oils and glucose as mixed carbon source on growth and AA formation .一 菌体得菌体中油油脂得率油脂中AA AA得率 率 g‘L )脂含量 /(鐾‘L。。) 含 ̄/ ̄/o /(g・L ) 从以上的实验结果可以看出,这四种植物油对被 孢霉菌的生长和油脂积累有促进作用,在葡萄糖和植 物油为碳源的培养基上,菌体得率和油脂得率高于以 葡萄糖为唯一碳源时。 根据这几种碳源 生长时菌体油脂的脂肪酸成 分来看,各种碳源上生长的被孢霉所含有的脂肪酸组 成是一致的,但含量有明显变化,说明碳源的不同并 不能改变菌本身合成脂肪酸的能力,但对菌体中脂肪 酸的合成有调节作用。从图1可以看出培养基中的植 维普资讯 http://www.cqvip.com
现代食品科技 Modern Food Science and Technology \删姐 2007,Vo1.23,No.11 物油的脂肪酸成分与菌体油脂的脂肪酸成分有一定的 相似性。植物油中富含的成分相应导致菌体油脂中该 成分含量的增高。造成这种情况,有可能是植物油被 水解后的脂肪酸进入细胞,即菌体对培养基中的脂肪 酸根据浓度差进行选择性吸收。也不排除植物油直接 进入细胞的可能性。 关f植物油对被孢霉生长、油脂积累及花生四烯 酸合成的影响,本实验结果在促进油脂积累方面与文 献是一致的,而对花生四烯酸的合成有抑制作用则与 文献有抵触。以植物油为唯一碳源时花生四烯酸含量 最低,以植物油和葡萄糖为混合碳源时的花生四烯酸 含量居中,以葡萄糖为唯一碳源的花生四烯酸含量最 高,说明植物油对花生四烯酸的产生是有抑制作用的。 这几种植物油对花生四烯酸积累的影响,以芝麻油的 抑制作用最强,芝麻油中含有特殊成分脂麻素, Kawashima[1 ̄]报导脂麻素对使二高一Y一亚麻酸到花生 四烯酸的△ 脱饱和酶具有非竞争性抑制作用,从而导 \_軎如 致了花生四烯酸含量的降低。Ken ckI∞∞{乏∞∞∞∞加m o l J曾报道多种 ∞的{油包括芝麻油、亚麻籽油、红花油、油精以及被孢霉 油抑制四种丝状真菌多不饱和脂肪酸的合成。植物油 的抑制作用可能与菌种及培养条件的差异有关。 a:棕榈油成分 b:以棕榈油为碳渊的菌体油脂成分 c:以棕榈油和葡萄糖为混合碳源的菌体油脂成分 d:以葡萄糖为碳源的菌体油脂成分 1 2 3 4 5 A a:豆油成分 b:以豆油为碳源的菌体油脂成分 c:以 油和葡萄糖为混合碳源的茼体油脂成分 d:以葡萄糖为碳源的菌体油脂成分 因a 囹b ■c l 口d I1 . . .—广n。e..1 ln 1 2 3 4 5 B a:花牛油成分 ∞如∞ ∞加m o b:以花生油为碳源的菌体油脂成分 c:以花生油和葡萄糖为混合碳源的菌体油脂成分 d:以葡萄糖为碳源的简体油脂成分 习 因a 譬 墓一 囹b 臻 瓣 ■c 蠢 : 一 口d 疆 嚣 ∞ Il 厂] 鹭 I.———n. _.一l 1 2 3 4 5 C a:芝麻油成分 b:以芝麻油为碳源的菌体油脂成分 c:以芝麻油和葡萄糖为混合碳源的菌体油脂成分 d:以葡萄糖为碳源的蒲体油脂成分 因a 囹b \.喜钿 ■c ] 口d 乏∞如∞∞加m o I l『]. I1 .———』].F lr] D 图1植物油及菌体油脂的脂肪酸成分 Fig.1 Fatty acids composition ofvegetable oils and mycelial ifpids 其中:1:棕榈酸;2:硬脂酸;3:油酸+亚油酸;4:GLA;5: 花生四烯 参考文献 [1] 杨朝霞,张丽,李朝阳.花生阴烯酸的营养保健功能[J].食 品与药物,2005,7(1):69—71 [2] Seiki Takeno,Eiji Sakuradani,Akiko Tomi,et a1.Trans— formation of Oil—Producing Fungus,Mortierella alpina l S-4,Using Zeocin,and Application to Arachidonic Acid Production[J].Joumal of Bioscience and Bioengineering, 2005,100(6):617-622 [3] 鲍时翔,朱法科,林炜铁,等.被孢霉菌发酵产生花生四烯 酸的研究[J].微生物学报,1997,37(5):374—377 [4] 黄惠琴,朱法科,林炜铁等.被孢霉发酵牛产花生四烯酸 艺的研究[J].华南热带农业大学学报,1999,5(2):1-4 [5] 剧莲蓬,余龙江,吴元喜等.高L 被孢霉产花生网烯酸发 酵条件的研究[J]._丁、 微生物,2003,33(2):41—45 [6] Shinmen, ,Shimizu,S.,Akimoto,K.,et a1.Production of arachidonic acid by Mortierella fungi[J].Applied 17 维普资讯 http://www.cqvip.com 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2007,Vo1.23,No.II (上接第3页) 细胞周期蚩白与细胞凋亡有着密切的天系。细胞 周期是个复杂的过程,它必须依靠各种相关的蛋白来 调控细胞的增殖、分化与凋亡。其v0Cyclin Dl和P2l 就是细胞周期蛋白巾比较重要的两种。CyclinD1是细 胞周期的启动因子,是细胞周期中G 期进入S期的一一 个重要调控冈子,存G ,s期转换中发挥重要作用,若 此基因失控,则导致细胞异常增殖。Cyclin D1作为原 癌基因与其他癌基因协同促进癌细胞的分化。研究中 发现Cyclin D1在许多癌症的转化和发展中都出现高 表达的现象。P21属于细胞周期调控因子,对细胞增 长起负调控作用,它是一种富含精氨酸的蛋白质。P21 蛋白具有抑制CDKs的活性,抑制细胞从Gl期进入S 期,抑制细胞DNA合成、协调细胞周期与DNA修复等 作用。 为了进~’步研究CA诱导H22细胞凋亡的机制,本 实验采用了免疫荧光的方法检测了P21 ̄MCyclin D1的 表达情况。结果发现,随着用药时间的延长,CyclinD1 表达均逐渐降低,而P2 1的表达均逐渐升高。从而表 明CA有可能通过卜调CyclinD1和上调P21的表达水平 使肿瘤细胞受到破坏,进而诱导H22细胞的凋亡。P2l  ̄tlCyclin D1介导的对细胞周期的调节是引起H22细胞 凋亡的重要途径之~一。 总之,CA叮以有效抑制H22细胞的生长,诱导 H22细胞凋亡,具有显著的抗肿瘤效应。 参考文献 [1】 刘安 ,尤玲玲,张围蓉,等.软骨多糖对小鼠肉瘤细胞s180 抑制作用的实验研究.中国肿瘤,2006,1 1(1 5):772—774 [2] 朱彩 ,张声华.枸杞多糖对肝癌H22荷瘤鼠的抑瘤和免疫 18 增强作用.营养学报.2006,28(2):182—183 [3] 董兰凤,刘京生,茁智慧,等.附子多糖对H22和S180荷瘤小 鼠的抗肿瘤作用研究,中国中医基础医学杂志.2003,9(9): 14—17 [4] 叶菲,曹瑞敏.黄磨多糖对小鼠H22腹水肝癌细胞周期的影 响.实用肿瘤学杂志,1995,9(4):3—4 [5] 宋萍,=F学美,谢爽,等.鲜擘虎冻干粉抑制H22肿瘤血管生 成机理的实验研究.中国中两医结合杂志,2006,26(1):58— 62 [6] 孙 书,毕力夫,苏秀兰.多糖及多糖类药物研究概况.内蒙 古医学院学报.2006。28(1):75—78 [7] 王文亮.细胞凋亡研究进展.心脏杂志,2005,1 7(6):603—606 [8] 郭冰芳,张晓东,王文亮.细胞凋亡与肿瘤的关系.肿瘤.1 995, 15(2)增 ̄lJ:241—241 [9] 李晓军,梁力建,吴宝安.普伐他汀对肝癌HepG2细胞增殖 的抑制作用.中华实验外科杂志.2006,23(4):554—556 [10]扶 抑瘤颗粒对小鼠肝癌细胞H22 的影响.中围巾医 药科技.2006,12(3):146—147 [I1]JooM,KangYK,KimMR,LeeHK,Jang JJ.CyclinD1 ove— rexpressionin hepatoceUularcarcinoma.Liver,2001.121:89— 95 [1 2]Li QV,Ou—Yang GL,Peng XX,Hong SG.Effects oftachyple— sin on the regulaion Ofcell cycle in human hepatocarcinoma SM M C一772 1 cells.WOrld,Gastroenterol,2003:9:454—458 [1 3]Thompson CB.Apoptosis in thepathogenes is and treatment disease.Science,1 995;267:1 456 [1 4】Nicbolson DW.From bench to clinic with apoptosis based therapeutic agents.Nature,2000,407:8 1 0