微波辅助提取结合基因组注释技术提升Planococcus plakortidis NIOT3菌株类胡萝卜素产量的研究

本研究针对天然色素市场需求增长及传统提取方法效率低下的问题，采用微波辅助提取(MAE)技术优化海洋细菌Planococcus plakortidis NIOT3的类胡萝卜素提取工艺。通过单因素和统计学方法优化暴露时间、碱浓度和固液比等参数，使总类胡萝卜素产量提升3.26倍达2835±152 μg/g DW，并通过LC-MS鉴定出C30和C40类胡萝卜素组分。研究为微生物源天然色素的高效绿色生产提供了新思路。

　　

在合成色素引发环境与健康担忧的背景下，天然色素因其着色性能和抗氧化、抗菌等生物活性备受青睐。然而植物提取受季节限制，传统微生物提取方法存在能耗高、效率低等问题。印度国家海洋技术研究所（National Institute of Ocean Technology, NIOT）的研究团队从阿拉伯海沉积物中分离出一株产橙色色素的海洋细菌Planococcus plakortidis NIOT3，通过创新性方法解决了类胡萝卜素工业化生产的关键瓶颈，相关成果发表于《Enzyme and Microbial Technology》。

研究采用微波辅助提取(MAE)结合响应面法优化工艺参数，运用全基因组测序解析生物合成途径，通过液相色谱-质谱联用(LC-MS)鉴定产物结构。样本来源于2022年阿拉伯海Sesostris bank 40米深沉积物，经Zobell Marine agar筛选获得目标菌株。

【主要研究结果】

1. 菌株分离与鉴定：从65株海洋细菌中筛选出产橙色色膜的革兰氏阳性球菌NIOT3，在富培养基中初始产量达320±24 μg/g DW。

2. MAE工艺优化：通过单因素和统计优化使总类胡萝卜素(TC)产量提升至2835±152 μg/g DW，关键参数为微波暴露时间、NaOH浓度(0.5-2M)和固液比(1:5-1:20)。

3. 基因组注释：发现包含5个基因的C30类胡萝卜素合成簇，编码关键酶如脱水酶(CRT)和糖基转移酶。

4. 产物鉴定：LC-MS检测到C30产物糖基化二阿朴胡萝卜素和甲基-5-葡萄糖基-5,6-二氢-阿朴-4,4'-番茄红素酸酯，以及微量C40类胡萝卜素玉米黄质(m/z 568.84)。

【结论与意义】
该研究首次实现P. plakortidis的MAE工艺优化，产量较传统方法提高3.26倍。基因组分析揭示其同时具备C30和C40合成通路的独特特征，为微生物细胞工厂构建提供新靶点。MAE技术具有溶剂用量少、重现性好等优势，对推动天然色素的绿色工业化生产具有重要示范意义。研究还拓展了对Planococcus属细菌次级代谢产物的认知，为海洋微生物资源开发提供新思路。