京尼平是茜草科植物黄栀子经生物转化而得到的一种天然生物交联剂。本项目利用固定化酶水解栀子苷制备京尼平,研究分离纯化工艺,摸索出稳定制备高纯度京尼平的条件,并研究其在生产栀子蓝色素以及用于制备固定化酶中的应用。
京尼平(Genipin)是一种新型天然蛋白交联剂,是由茜草科植物栀子果实中的京尼平苷(亦称栀子苷)经β-葡萄糖苷酶水解而制得。京尼平能自发与含氨基的化合物形成环状的分子间和分子内交联结构[1]。近年来在生物材料[2,3]、药物合成[4]、药物控释[5]以及皮革鞣制[6]等方面受到极大的关注。京尼平的制备方法主要有2种,即酶直接水解法[7]和微生物转化法[8]。与酶直接水解法相比,微生物转化法成本低,易于实现工业化生产,但由于发酵液中存在的氨基酸可以与京尼平发生反应而显蓝色,导致收率降低,而且排出废液会使水体富营养化,对环境污染大,固定化酶法转化率高,且可反复使用。本实验利用黑曲霉(Aspergillus niger)发酵产β-葡萄糖苷酶,再用明胶、戊二醛交联海藻酸钠包埋法共固定化菌丝和β-葡萄糖苷酶,研究了固定化条件对酶活性回收率的影响,以及固定化酶的酶学性质,并研究了用固定化酶反应器栀子苷水解的最佳条件,结果栀子苷转化率可达95%以上,再将得到的京尼平转化液经大孔吸附树脂吸附分离,然后用乙醇、丙酮重结晶,最后得到的京尼平纯度达到98%以上,为高端栀子蓝色素的生产创造了条件。
栀子蓝色素(Gardenia blue pigment)是以茜草科植物栀子为原料,将其中的栀子苷采用现代生物技术水解为京尼平,再将京尼平与氨基酸反应制得的一种安全无毒的食用天然色素,它耐热、耐光、耐酸碱,pH适应范围广,易溶解于水和低醇,可替代化学合成蓝色素单独使用,也可以与红、黄类色素调配成绿、紫、棕等色调混合使用,在国外被广泛应用于食品、药品及化妆品等产品的着色。我国于1990年在制定新增食品添加剂时将其列入,用于蛋白质、糖和淀粉等食品的着色。有关栀子蓝色素的研究主要采用微生物发酵技术,如傅向阳等用杆菌发酵栀子黄废液生产栀子蓝色素[9],肖亚中等用红曲霉发酵生产栀子蓝色素[10],李世杰等用菌丝真菌发酵生产栀子蓝色素[11],但有关用京尼平直接与氨基酸反应制备研究栀子蓝色素,并研究其稳定的研究较少见报道,一般都只注重研究发酵液的配方,发酵工艺,左后将发酵液过滤,喷雾干燥后得到栀子蓝色素产品。本实验比较了20种氨基酸与京尼平反应所得栀子蓝色素的色价高低,选用了高纯度的京尼平与赖氨基酸,并用分光光度法探讨了赖氨酸与京尼平反应的细化过程。以及对反应所得的栀子蓝色素的稳定性进行了研究。
固定化酶具有能够重复使用、固定化后和反应物是分开的、稳定性较高等优点,制备较高酶活的固定化酶意义重大,本次实验初步的研究了京尼平与戊二醛对照作为交联剂制备固定化β-葡萄糖苷酶的基本性质,为今后京尼平用于广泛的应用于固定化酶制备提供参考。
第十二届“挑战杯”省赛作品 省赛三等奖
1、《高色价栀子蓝色素的制备及其稳定性研究》被食品类核心期刊“现代食品科技”杂志录用,第一作者为本作品申报成员徐尤智;
2、《京尼平的分离纯化及高效液相色谱法测定》被中文核心期刊“食品科技”杂志录用,本作品申报成员贺玉兰和徐尤智分别为第二和第三作者;
3、《高效液相色谱法同时测定京尼平和栀子苷》被中文核心期刊“时珍国医国药”杂志录用,本作品申报成员贺玉兰和陈贺分别为第四和第五作者。