α-生育酚是维生素E中含量最丰富、活性最高的一种形式,多存在于植物油中,具有高效的抗氧化、抗衰老、促生育等多重生理功能。α-生育酚的耐热性非常好,作为营养补充剂、抗氧化剂在食品热加工中使用效果尤为突出、应用前景广泛。目前,α-生育酚主要来源于植物油萃取蒸馏或化学合成,存在提取难、得率低、纯度差、成本高、环境不友好等问题;而酶催化法则技术复杂、推广困难。因此,为获得操作简便、安全高效、成本低廉的微生物发酵富集α-生育酚的方法,本研究在前期科研基础上,拟采用紫红曲霉发酵杂粮及副产物,筛选促α-生育酚高产的优质基质;通过响应面设计优化发酵条件,实现α-生育酚高效富集;同时对发酵过程动态监测,拟构建紫红曲霉固态发酵促α-生育酚富集的发酵动力学模型;并从紫红曲霉转录组学分析,初探其高效富集的分子机理。主要研究结果如下:(1)杂粮基质筛选:薏米、苦荞、甜荞、藜麦4种杂粮均含有丰富的营养组分,薏米中的蛋白质、脂肪、总糖显著高于其他杂粮,以薏米作为发酵基质可为紫红曲霉生长提供充足的营养物质,且糊化后的薏米粒均匀分散无粘连,更利于紫红曲霉菌丝生长。4种杂粮均含α、γ、δ三种生育酚,其中α-生育酚含量最高;接种紫红曲霉固态发酵后,三种生育酚含量均显著增加,α-生育酚增幅最大(P<0.05);薏米基质α-生育酚增量达6.68倍,且发酵产物获得最高色价(1333.03 U/g),显著优于其他杂粮(P<0.05)。紫红曲霉在薏米基质上生长旺盛,色泽红艳,发酵结束后收获的薏米红曲粉感官评价最好,色价最高,生育酚高效富集突出,因此可作为最佳发酵基质,进行后继研究。(2)紫红曲霉固态发酵促α-生育酚富集工艺研究及发酵动力学模型构建:以紫红曲霉为菌种,薏米为发酵基质,α-生育酚含量为指标对紫红曲霉固态发酵薏米工艺参数进行优化。通过产物累积动态跟踪,得出α-生育酚最佳收获期为发酵第10天。响应面优化得到最佳发酵工艺参数为:料液比2:1,紫红曲霉接种量15%,发酵温度28℃,发酵时间10 d,可收获α-生育酚高达12.414 mg/m L,较优化前提高3.99倍,且红曲色价同步增加到1458.26 U/g,较优化前提高1.09倍。在优化工艺基础上,构建紫红曲霉固态发酵菌体生长动力学、α-生育酚生成动力学、底物总糖消耗动力学模型,并通过验证模型拟合效果良好。模型解析α-生育酚合成的发酵类型属于生长部分偶联型,产物生成和细胞生长呈正比但时间有延滞,这为发酵过程管理、代谢调控、目标物收集,实现连续发酵等提供了理论依据和参考。(3)基于转录组的α-生育酚高产富集机理初探:转录组测序后GO分类表明基因功能主要涉及细胞过程与代谢过程;其中又主要表现在结合与催化活性两个功能上;KEGG分类中代谢占比最大,代谢通路Unigene序列基因占比高,共包括31条代谢通路,主要涉及酶活性和碳水化合物代谢、维生素代谢、辅助因子与能量代谢等通路。综合差异基因GO与KEGG富集分析,α-生育酚的合成累积可能受到络氨酸、色氨酸、苯丙氨酸生物合成等代谢通路的影响,主要涉及的gene ID及上调倍数为:c4955-g1(1.156)、c5440-g7(1.1826)、c4553-g1(1.2051)。其中络氨酸合成过程中相关基因表达上调导致络氨酸的含量增加进一步促进了α-生育酚合成通路前体物质4-羟苯丙酮酸及尿黑酸的增加,此过程伴随着一系列氧化还原酶、磺基转移酶基因高表达,其共同促进代谢合成α-生育酚。