辣椒类胡萝卜素生物合成的分子遗传学研究进展

辣椒(Capsicumspp.)属于茄科辣椒属,作为一种蔬菜和香料作物在世界各地得到广泛栽培。除作为烹饪食材和香料应用外,辣椒在制药和化妆品领域也有广泛的用途。类胡萝卜素是一类天然色素的总称,参与植物许多重要的代谢过程,如光合作用、光保护、光形态建成和生长发育等。类胡萝卜素具有多种生物活性,是辣椒果实主要的营养物质之一,培育类胡萝卜素含量更高的辣椒品种需要全面深入了解其生物合成及其调控的分子机制。分子生物学和生物技术的发展促进了类胡萝卜素生物合成基因的鉴定,为培育类胡萝卜素含量更高的辣椒新品种提供了机会。该文描述了类胡萝卜素的生理作用、类胡萝卜素与辣椒果实颜色、类胡萝卜素生物合成途径、辣椒类胡萝卜素生物合成途径的结构基因及调控因子、辣椒果实颜色的分子遗传学及与辣椒果实颜色有关的QTL位点等方面的研究进展。牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(GGPS)、八氢番茄红素合成酶(PSY)、八氢番茄红素脱氢酶(PDS)、ζ-胡萝卜素去饱和酶(ZDS)、番茄红素环化酶(LCY)、辣椒红素-辣椒玉红素合成酶(CCS)等是辣椒类胡萝卜素生物合成通路的端口酶和限速酶,其表达丰度和活性高低直接调控辣椒体内类胡萝卜素的含量。MYB306、DIVARICATA1、BBX20等转录因子参与辣椒类胡萝卜素生物合成的调控。类胡萝卜素生物合成和调控基因的多样性决定类胡萝卜素单体的数量和含量,影响辣椒果实呈现的颜色。基于目前研究进展,该文对未来辣椒类胡萝卜素代谢研究进行了展望,以期为今后培育富含类胡萝卜素的生物强化型辣椒新品种提供新思路。

包封类胡萝卜素运载体系研究进展

类胡萝卜素主要存在于深色的水果蔬菜中,具有抗炎和抗氧化等生物活性功能,可以增强人体免疫系统,帮助抵御各种病毒,包括SARS-CoV2和其它病毒。类胡萝卜素也是天然的抗氧化剂和着色剂,在保护人体健康和工业发展方面起着重要的作用。然而,类胡萝卜素稳定性差和生物利用度低等缺陷使其不能充分发挥生物活性,这限制了类胡萝卜素在食品领域的应用。针对这些问题,可以利用食品级包封材料对类胡萝卜素进行包封处理来解决。本文简述类胡萝卜素的代谢过程和影响其生物利用度的因素,重点介绍包封类胡萝卜素递送系统的研究现状,旨在为类胡萝卜素在食品中的应用提供参考。

在线固相萃取-液相法测定食品中胡萝卜素

目的:采用两泵一阀的在线固相萃取-高效液相色谱技术建立一种能够快速检测食品中胡萝卜素的方法,避免了胡萝卜素在复杂前处理过程中的损失。方法:在线固相萃取柱PLRP-S(2.1 mm×12.5 mm)液相分离色谱柱PAH(2.1 mm×100 mm,1.8μm);固相萃取泵流动相,水+甲醇,液相分离流动相,甲醇+二氯甲烷;检测波长450 nm。结果:该方法在0.10~2.00μg/mL保持良好的线性,方法的检出限和定量限均能够满足检测需求。α-胡萝卜素回收率为92.0%~105.4%,β-胡萝卜素回收率91.1%~107.2%。结论:该方法利用两泵一阀的在线固相萃取技术,能高效、快速检测食品中胡萝卜素,检测效率高,前处理提取效率好,方法能够满足检测需要。

饲料中添加β-胡萝卜素对肝胰腺白化症扣蟹生长性能的影响

开展了饲料中添加藻源天然β-胡萝卜素对肝胰腺白化症扣蟹的生长性能的影响试验。在基础饲料中添加不同水平的杜氏盐藻,配制成2组饲料,分别为Diet 2和Diet 3,对应β-胡萝卜素含量分别为100和200 mg/kg,不添加杜氏盐藻的饲料组为对照组Diet 1。结果表明,Diet 2和Diet 3组显著提高了肝胰腺白化扣蟹的质量增加率及成活率(P<0.05),显著增加了扣蟹肝胰腺指数、肝胰腺总脂含量(P<0.05),以及肝胰腺中总类胡萝卜素、虾青素和β-胡萝卜素含量。Diet 1、Diet 2和Diet3组扣蟹肝胰腺中粗蛋白及灰分含量差异较小;蟹肝胰腺红度值a*及黄度值b*均随着饲料中杜氏盐藻的增加而显著增加。指出,饲料中添加藻源β-胡萝卜素,在一定程度上改善了扣蟹的肝胰腺白化症状。

β-胡萝卜素高效降解菌株的筛选鉴定及产香研究

采用梯度稀释涂布法从常年落叶的土壤中筛选出3株具有降解β-胡萝卜素能力的菌株,通过分光光度法测定发酵液中β-胡萝卜素的降解率,进而对发酵液中的产物进行GC-MS分析,筛选出目标菌株TR-3,其降解β-胡萝卜素的能力在3株中最强,降解率达86.65%。革兰氏染色和光学显微镜观察结果表明,该菌株为革兰氏阴性杆菌;16S rDNA测序及聚类发育分析结果表明,菌株TR-3为肠杆菌属;气质联用(GC-MS)法分析发现,其对β-胡萝卜素降解产物中的成分主要为仲辛酮(37.69%)、苯乙醇(13.88%)、磷酸三丁脂(5.55%)、癸酸乙酯(5.54%)、β-紫罗兰酮(4.80%)及月桂酸乙酯(3.73%)等致香物质。

一株耐高温β-胡萝卜素降解菌的筛选及发酵工艺优化

以提升烟叶香韵为目的,对4株产香酵母菌进行发酵培养,通过产香感官评价、酶活分析、烟叶发酵成分分析(GC-MS法),筛选得到1株β-胡萝卜素降解产香酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)SC35。方法:①4株酵母菌发酵产香效果感官评价;②CS35菌株β-胡萝卜素降解效果分析、样品萃取及GC-MS靶向测试分析;③酶活测定、酶促反应体系研究;④菌株SC35发酵工艺优化及响应面优化。SC35在70℃高温环境下能有效加速β-胡萝卜素的降解,降解产物为1,3-环己二酮、氧化异佛尔酮、β-紫罗兰酮等,通过单因素试验和响应面法优化菌株SC35的最佳培养基配方中各组分添加量依次为葡萄糖2.01%,NaNO20.20%,K2HPO40.10%,MgSO40.05%,FeSO4·7H2O 0.001%,KCl 0.05%;最佳发酵条件为发酵温度27.65℃,发酵时间72 h,接种量0.99%,摇床转速140 r/min,装液量100 mL/250 mL,pH值5.5(自然)。采用优化后发酵工艺SC35粗酶液降解效率可达86%以上。

低共熔溶剂在类胡萝卜素提取上的应用研究进展

类胡萝卜素是一种脂溶性化合物,具有抗氧化、保护视力等作用,对人体健康具有诸多益处。低共熔溶剂(Deep eutectic solvent,DES)是一种新型绿色溶剂,相较于传统有机溶剂,具有制备简单、生物相容性高、生物降解性好、溶剂化效率高、热稳定性好、挥发性低等优点,可应用于食物中天然物质的绿色高效提取,目前在类胡萝卜素提取上的研究尚处于起步阶段。本文简述了DES的性质与分类,重点综述了DES在提取类胡萝卜素上的研究进展,介绍了类胡萝卜素与DES的分离方法,指出了DES在类胡萝卜素提取分离上存在的问题,展望了DES用于类胡萝卜素提取分离的应用前景,以期为类胡萝卜素新型绿色提取溶剂的开发和应用提供借鉴。

铁观音中降解β-胡萝卜素菌株的筛选及其陈香提升应用

陈香型铁观音具有独特陈香风味,但其自然陈化周期漫长,提高铁观音的陈香品质并缩短陈化周期具有重要的经济和文化价值。从铁观音中筛选获得3株具有β-胡萝卜素降解能力的菌株并鉴定为Aspergillus niger(HA)、Bacillus velezensis(Hb)、Saccharopolyspora gregorii(Hc),它们的降解率分别为94.54%、72.97%、61.26%。将菌株投入茶叶进行强化发酵,并测定发酵结束后茶叶的挥发性物质含量和感官品评得分。结果表明,HA和Hb发酵茶样含量提升幅度最大的是酮类化合物,分别提升了128.12%和109.38%;Hc发酵茶样醛类化合物提升幅度最大为61.11%,发酵茶样中的类胡萝卜素降解产物总量也分别提升了1.6、1.4、1.3倍。发酵茶样总体评价均高于对照,同时HA发酵茶样的甜香得分提高,Hb发酵茶样的果香得分提高,Hc发酵茶样的甜香和陈香得分提高。该研究筛选出一株降解β-胡萝卜素的Saccharopolyspora gregorii,成功在短期内实现了铁观音陈香品质的提升。

代谢工程改造酿酒酵母合成β-胡萝卜素

β-胡萝卜素广泛用于食品、饲料、医药和化妆品等领域,利用微生物细胞合成高附加值的天然β-胡萝卜素,具有重要的研究意义。如何调控代谢途径中相关基因的表达强度,是在酿酒酵母体内合成β-胡萝卜素的关键因素。该文利用来源于三孢布拉氏霉Blakeslea trispora的β-胡萝卜素合成酶转化出发菌株酿酒酵母LFD18,酿酒酵母能够从头合成β-胡萝卜素,并在细胞中积累。在研究过程中,平板上发现一株菌落颜色明显较周围菌落更深地突变株命名为ZS19 reddish,经实验验证突变株的β-胡萝卜素产量显著提高。针对上述两种不同颜色菌落,进行转录组分析,主要是发现一些与产物合成有关的基因,通过GO与PATHWAY分析发现与碳代谢和脂质体合成有关的6个上调基因,hxk1、dpp1、lpp1、fdh1、hmg2和gre2表达水平上调。通过定量PCR和单个基因过表达验证,最终通过同时过量表达hxk1、dpp1、lpp1和fdh1基因构建命名为ZS20菌株,β-胡萝卜素摇瓶发酵产量提高到194.3 mg/L,是ZS19 reddish菌株的1.3倍,是出发菌株ZS19的2.1倍,最终ZS20菌株经发酵罐发酵后β-胡萝卜素产量为314.3 mg/L,因此,通过进一步PATHWAY分析构建重组菌或许可以提高β-胡萝卜素的产量。

代谢工程改造酿酒酵母发酵生产β-胡萝卜素

β-胡萝卜素属于多烯烃类,是水果和蔬菜中含量最高的类胡萝卜素,能够预防并减轻心脏病,白内障和癌症等疾病,市场需求量较大,利用生物合成法生产β-胡萝卜素具有较好的应用前景。胞质乙酰辅酶A是β-胡萝卜素合成的重要前体,如何提高胞质乙酰辅酶A的含量是高效合成β-胡萝卜素的关键。该研究利用米曲霉(Aspergillus oryzae)来源的ATP-柠檬酸裂解酶基因(ATP-citrate lyase,ACL)转化出发菌株ZS20,同时过表达酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)自身CAB 1基因,从而增加胞质乙酰辅酶A含量,β-胡萝卜素产量显著提高,菌株L5的摇瓶发酵产量达到333.3 mg/L,是出发菌株的2.1倍。在此基础上,菌株L5回补缺陷的腺嘌呤、赖氨酸、亮氨酸和色氨酸合成关键基因得到菌株L11,β-胡萝卜素摇瓶发酵产量为378.1 mg/L。经发酵罐发酵优化后,产量提高到1152.7 mg/L。

基于提高类胡萝卜素稳定性的甜玉米营养糊配方优化

为研制类胡萝卜素稳定性良好的甜玉米营养糊,分别考察了多种食品辅料及添加剂包括蔗糖、麦芽糊精及β环糊精等糖类、大豆分离蛋白及乳清蛋白等蛋白质、大豆卵磷脂及共轭亚油酸甘油酯等脂类与茶多酚、维生素C等抗氧化剂对甜玉米营养糊冲调后主要类胡萝卜素玉米黄素、叶黄素保留率的影响,以干基甜玉米原粉100.00 g为基准,在单因素实验基础上结合响应面分析,优化得到最佳辅料质量分数为:蔗糖4.00%,羟丙基-β-环糊精0.04%,高DE麦芽糊精21.30%,大豆分离蛋白8.18%,共轭亚油酸甘油酯0.06%,茶多酚0.07%;此配方甜玉米营养糊热水冲调后玉米主要类胡萝卜素保留率为(87.66±1.83)%,比未添加配料的甜玉米全粉对照组提高了26.85%。

PpWRKY4通过影响PpCCD4表达调控桃果实类胡萝卜素积累

【目的】克隆桃PpWRKY4基因,探究其在桃果实类胡萝卜素代谢过程中的调控机制。【方法】以白肉桃中油桃14号果实为材料,分析了其果实中类胡萝卜素含量变化趋势,克隆桃中PpWRKY4基因,对其进行生物信息学和表达分析。通过亚细胞定位、酵母单杂交技术和双荧光素酶试验确定PpWRKY4对PpCCD4的调控机制。【结果】随着中油桃14号果实成熟,PpCCD4基因表达量逐渐升高,类胡萝卜素含量(w,后同)由1.97μg·g^(-1)降至0.68μg·g^(-1)。PpWRKY4基因CDS区共1764 bp,编码587个氨基酸,蛋白分子质量为64.06 ku,等电点为6.00;通过氨基酸序列比对,其包含两个WRKY保守基序,为Ⅰ类WRKY蛋白。PpWRKY4基因在桃果实发育前期高表达,后期表达量较低,与PpCCD4表达趋势相反。亚细胞定位结果表明PpWRKY4定位在细胞核。酵母单杂交技术和LUC试验表明PpWRKY4通过结合PpCCD4启动子抑制其表达。【结论】PpWRKY4通过负调控PpCCD4表达进而调控桃果实类胡萝卜素降解,研究结果为进一步解析桃果实类胡萝卜素积累分子机制提供理论基础。

高温胁迫对大白菜类胡萝卜素的影响

为探讨高温胁迫下大白菜叶片对逆境的响应机制,以叶片颜色和抗逆性存在差异的大白菜品种245、改良青杂3号和紫裔为试验材料,对其幼苗进行了昼/夜温度为40℃/30℃、相对湿度为60%左右的高温胁迫处理,分析了高温胁迫对大白菜幼苗生长及其生理特性的影响。结果表明:胁迫条件下,3个品种大白菜叶片的类胡萝卜素在高温处理下均呈现先下降后上升的变化趋势;随着胁迫时间的增加,品种245在高温处理后第6天类胡萝卜素含量最低(123.51μg/g),在处理后第10天达到顶峰(148.64μg/g)。改良青杂3号和紫裔呈现出不同程度的波动,其中改良青杂3号对热处理更加敏感,在第4天后达到最低值(97.54μg/g);紫裔品种在初始时类胡萝卜素含量差别变化不明显,在热处理后第8天达到最低值(124.50μg/g)。实时荧光定量PCR结果显示,大白菜高温相关基因BraA01g019700.3C和BraA04g000960.3C对热胁迫响应明显,大白菜类胡萝卜素相关基因BraA01g019700.3C、BraA07g002160.3C和BraA04g000960.3C的转录水平均呈先上升后下降的变化趋势;相关性分析结果显示,BraA05g001160.3C(P<0.01;r=0.000)和BraA01g019200.3C(P<0.05;r=0.040)的转录丰度与类胡萝卜素含量显著相关。

模型约束与机器学习下的植物类胡萝卜素和叶绿素含量反演方法

叶绿素和类胡萝卜素含量是评价植物健康状况的一个重要指标。PROSPECT模型与机器学习耦合反演植被生化特性已得到广泛应用。但由于叶片方向半球反射率因子(DHRF)光谱和二向反射率因子(BRF)光谱之间的差异,耦合模型的应用范围受到限制。为此,以北美地区植物叶片光谱数据库(EcoSIS)作为实验数据集,提出PROSPECT模型作为机器学习的附加约束形成混合数据集,对此混合数据集利用连续小波变换(CWT)产生的小波系数谱和一阶导(FD)产生谱,提出三种全光谱域和VNIR光谱子域下的植物叶片叶绿素、类胡萝卜素的光谱特征变量筛选策略,即是:竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)和主成分分析法(PCA)。由此,基于上述2×2×3=12种不同光谱处理方法、特征提取方法组合,分别建立了植物叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的人工神经网络(ANN)预测模型。进而开展了不同模型下的预测精度对比分析,结果表明:PROSPECT模型约束下的模拟数据一定程度增强了机器学习的训练集质量;经一阶导、小波变换处理的光谱能较好地减少DHRF模拟光谱和BRF实测光谱间的偏差,并在结合特征提取算法CARS后进一步提升了预测表现。在全光谱域下的FD+CARS组合对叶片叶绿素的反演效果最佳,测试集R2为0.8064,RMSE为2.9114;在VNIR光谱子域下的CWT+CARS组合对叶片类胡萝卜素最佳,测试集R2为0.7972,RMSE为0.4141。该方法可为研究人员从叶片BRF光谱及其他近端反射率图像更精确、高效地提取植物叶片生化特征提供参考。

富含高溶性β-胡萝卜素油脂体系氧化稳定性及降解动力学研究

为研究富含高溶性β-胡萝卜素的油脂体系(β-胡萝卜素总顺式质量分数约40%,其油脂基含量约10 mg/mL)的氧化稳定性及降解规律,在不同储藏温度(-18、4、20、37℃)下,以过氧化值为评价指标,首先通过建立降解动力学方程考察了富含高溶性β-胡萝卜素的不同油脂(大豆油、橄榄油、月见草油、鱼油)的氧化稳定性,同时进一步探讨了橄榄油中β-胡萝卜素及其异构体的储藏氧化降解规律。结果表明:高溶性β-胡萝卜素在不同油脂体系中的抗氧化效果依次为:橄榄油>大豆油>月见草油>鱼油;且在伴随储藏过程中,β-胡萝卜素的降解符合一级动力学模型规律,橄榄油中β-胡萝卜素异构体稳定性高低次序为:All-E>Total Z>13 Z,且随着β-胡萝卜素异构体的氧化降解导致的其总含量减少,橄榄油的过氧化值也不断增大,表明高溶性β-胡萝卜素抗油脂氧化的效能降低。

植物乳植杆菌类胡萝卜素生物合成关键基因LpispA的功能鉴定

类胡萝卜素具有抗氧化和抗肿瘤等多种重要生理活性。与化学合成法和植物提取法相比较,利用微生物法合成新型的、高价值的类胡萝卜素,具有食用安全和经济可行等优势。植物乳植杆菌作为天然C_(30)类胡萝卜素来源的几种细菌之一,其类胡萝卜素生物合成途径却尚未被阐明清楚。该论文基于转录组数据对一株海洋源植物乳植杆菌中的LpispA基因进行克隆、绘制系统进化树,并构建了类胡萝卜素合成功能互补的大肠杆菌表达系统pAC-BETA∆E-ispA,再采用紫外可见光谱法和反相高效液相色谱法验证产物成分。结果表明,植物乳植杆菌LpispA与桃色欧文氏菌的亲缘关系最近;构建的大肠杆菌工程菌株pAC-BETA∆E-ispA的β-胡萝卜素(C_(40))产量为0.05 mg/g DCW。因此,LpispA在大肠杆菌功能互补表达系统中成功表达了Geranylgeranyl Pyrophosphate(GGPP)合成酶的活性,也即说明LpispA在细菌类胡萝卜素合成途径中可作为类胡萝卜素合成多功能酶,共同参与C_(30)和C_(40)类胡萝卜素的合成。该研究为植物乳植杆菌类胡萝卜素生物合成机制研究和利用植物乳植杆菌作为类胡萝卜素补充剂的应用奠定了实验基础。

三角帆蚌谷胱甘肽硫转移酶基因克隆表达及其类胡萝卜素转运功能分析

为了阐明谷胱甘肽硫转移酶Pi类基因(HcGSTP1)在三角帆蚌类胡萝卜素转运中的作用,并探讨该基因表达与三角帆蚌壳色的相关性。本实验克隆并鉴定了三角帆蚌HcGSTP1基因,对其进行了序列特征和进化分析,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)和原位杂交(ISH)技术检测了HcGSTP1基因在三角帆蚌中的表达及定位情况,利用RNAi技术对其功能及作用机制进行了初步分析。结果显示,HcGSTP1基因的全长cDNA序列为1317 bp,其中开放阅读框(ORF)区为618 bp,编码205个氨基酸,包含一个GST-N-pi结构域和GST-C-Pi结构域。qRT-PCR结果显示,HcGSTP1基因在紫蚌肝胰腺和斧足中表达量极显著高于白蚌,且在紫蚌边缘膜和中央膜中表达量显著高于白蚌。原位杂交结果显示,HcGSTP1基因在外套膜的外褶、背膜区、腹膜区、部分中褶以及外褶与中褶连接处出现明显的阳性信号。RNAi技术结果显示,HcGSTP1基因在边缘膜中表达的干扰率达83.74%,同时发现边缘膜中总类胡萝卜素含量(TCC)降低了30.12%。上述实验结果初步证实HcGSTP1基因参与三角帆蚌类胡萝卜素的转运,进而可能会影响贝壳及珍珠呈色,为深入理解三角帆蚌类胡萝卜素转运及贝壳和珍珠颜色形成机制补充了分子依据。

2种大蕉发育过程类胡萝卜素代谢分析

为探究贵州本地2种不同颜色果肉大蕉类胡萝卜素代谢规律,利用高效液相色谱串联质谱法对橙黄肉大蕉与白肉大蕉果实中类胡萝卜素进行定性和定量检测,对类胡萝卜素成分和积累量的种内时序性差异和同时序的种间差异进行分析。结果表明,橙黄肉大蕉与白肉大蕉果肉分别检测到32种和28种类胡萝卜素。橙黄肉大蕉果实发育3个阶段类胡萝卜素积累量均显著高于白肉大蕉,在成熟期橙黄肉大蕉的类胡萝卜素含量是白肉大蕉的7.55倍;橙黄肉大蕉类胡萝卜素的合成主要发生在果实发育中后期,其含量先升高后降低,而白肉大蕉类胡萝卜含量持续降低。橙黄肉大蕉除幼果期叶黄素含量最高外,其他时期均为β-胡萝卜素含量最高,β-胡萝卜、α-胡萝卜素、叶黄素是其主要类胡萝卜素成分;叶黄素、β-胡萝卜素、紫黄质-肉豆蔻酸酯-发酸酯是白肉大蕉的主要类胡萝卜素成分。研究结果为揭示两类大蕉果实类胡萝卜素积累机制奠定基础。

植物类胡萝卜素的代谢调控及储存转运研究进展

类胡萝卜素是植物体内广泛存在的一类天然色素,一般由8个异戊二烯单元首尾相连而成的C40萜类化合物及其衍生物组成。在植物中,类胡萝卜素除了赋予植物器官呈色以外,在体内还执行着多项重要的生物学功能。近年来,虽然类胡萝卜素生物合成途径较为清晰,但是类胡萝卜素的代谢调控以及在体内的储存和转运机制还不明确。本文简要概述了类胡萝卜素的生物合成、代谢调控、储存定位和萜类物质转运蛋白等方面的研究进展,总结了介导类胡萝卜素转运的分子及鉴定转运体的方法,以期为研究类胡萝卜素的合成和转运提供参考。

类胡萝卜素类原料在缓解视觉疲劳保健食品中的应用研究进展

视觉疲劳是由多种原因引起的眼部不适感,并且涉及的人群较为广泛。研究显示,通过合理的膳食补充,可有效改善视觉疲劳引起的眼部不适感,甚至减少视觉疲劳的发生。目前,以叶黄素为代表的类胡萝卜素类原料在缓解视觉疲劳功效方面的机理研究还不够深入,缺少其在缓解视觉疲劳保健食品应用方面的综述。因此,本文阐述了类胡萝卜素类原料在机体内的消化、吸收及代谢的途径,并综述了类胡萝卜素类原料在缓解视觉疲劳方面的研究进展。同时,本文还统计分析了类胡萝卜素类原料在我国缓解视觉疲劳保健食品中的配伍应用情况,以期为缓解视觉疲劳保健食品的开发提供一定的参考依据和启发。