Talaromyces purpureogenus产胞外红色色素的化学发光与荧光特性解析及其在生物传感中的应用潜力

本研究针对天然色素在智能包装应用中存在的稳定性差、信号生成能力不足等问题，聚焦Talaromyces purpureogenus产胞外红色色素的发光特性。研究人员通过系统探究H2 O2 浓度、pH值及孵育时间对色素化学发光（RLU）和荧光（RFU）的影响，发现碱性条件下荧光强度可提升16倍，并鉴定出色素组分atrorosin R的结构特征。该研究为开发基于真菌色素的生物传感器提供了新思路，论文发表于《Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology》。

　　

在合成色素面临环境与健康争议的背景下，微生物源天然色素因其可持续性和安全性成为研究热点。然而，现有天然色素在智能包装应用中存在致命缺陷——环境因素易导致信号衰减和稳定性丧失。如何突破传统色素的颜色信号局限，开发更稳定的检测方式？这一挑战激发了科学家对真菌色素发光特性的探索。

日本的研究团队选择了一株能高产水溶性红色色素的真菌Talaromyces purpureogenus作为研究对象。该菌株不仅能避免传统Monascus色素需有机溶剂提取的缺点，其胞外分泌特性更大幅降低了生产成本。研究人员创新性地聚焦色素的化学发光和荧光特性，试图开辟超越传统颜色变化的信号生成新途径。

研究采用多维度技术手段：通过化学发光分析系统检测色素与H₂
O₂
反应的动态光信号；利用三维荧光光谱扫描解析pH对荧光特性的影响；结合HR-ESI-MS和2D NMR技术鉴定色素组分结构。

化学发光研究揭示三大关键发现：

1. 浓度效应：500 μg/mL色素浓度时发光最强，高浓度会因羟基淬灭效应导致信号衰减。
2. pH依赖性：碱性环境（pH 9）使发光强度激增至42,000 RLU，是中性条件的42倍。
3. 信号放大：添加经典发光底物luminol可使信号瞬时增强8.3倍，为传感器开发提供可能。

荧光特性研究更发现惊人现象：

• pH 12条件下孵育72小时，荧光强度暴增16倍（RFU 6054 vs 376）。
• 建立了荧光增长的预测模型（R²

0.90），为精准控制信号输出奠定基础。

• 鉴定出色素主要组分atrorosin R的平面结构，其含有的异色烯/异喹啉环可能是发光活性中心。

在讨论环节，研究者提出创新性解释：色素的吡喃喹诺酮双环核心结构在碱性条件下可能发生氧化，产生高能中间体并释放光子。这与真菌生物发光中3-羟基hispidin的发光机制存在相似性。特别值得注意的是，atrorosin R中精氨酸侧链的发现，为理解色素分子结构与功能关系提供了新视角。

这项研究的意义远超预期：不仅首次系统揭示了T. purpureogenus色素的发光特性，更突破了传统色素仅依赖颜色变化的检测局限。通过开发pH和H₂
O₂
双重响应的信号系统，为食品新鲜度监测、环境污染物检测等领域的生物传感器设计提供了全新思路。未来，通过定向改造色素的发光基团或可开发出更灵敏、更稳定的"发光标签"，推动智能包装技术进入新纪元。