基于TDDFT方法及分子结构解析红曲色素的光降解机理
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:31601447
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:C2003.食品微生物学
- 结题年份:2019
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2019-12-31
- 项目参与者:刘春辉; 向天成; 王加华; 李培睿; 李青雨; 何琴; 李伟民; 徐九天; 李朝阳;
- 关键词:
项目摘要
The weak photostability has seriously restricted the wide utilization of monascus pigments in food industries, and their photodissociation mechanisms are unclear yet. Time-dependent density functional theory (TDDFT) will be performed to optimize the geometries of ground states, excited-states of the main components of monascus pigments obtained by separation and extraction. Comparing the bond length, bond energy and electrons distribution between carbon atoms in the optimum geometric configuration, the photodissociation location and difficulty degree of monascus pigment molecule are analyzed, and the possible photodissociation mechanism of monascus pigment is deduced. The chemical structure of monascus pigment before and after photodissociation are compared by accurate chemical structure analysis methods, and the photodissociation mechanism of monascus pigment is described in molecular structure level. Some chemical groups are selected to prevent monascus pigment photodissociation by time-dependent density functional theory (TDDFT). Photostable monascus pigments derivatives containing the chemical groups will be produced by Monascus cultivated in fermentation medium with addition of compounds containing these chemical groups. The study will provide theoretical and technical basis for the elucidation of photodissociation mechanism of monascus pigments, and for the fermentation of photostable monascus pigments derivatives.
红曲色素见光易分解的缺点严重制约了其在食品工业中的应用,关于红曲色素的光降解机理却不清楚。本项目采用含时密度泛函方法(TDDFT)对分离获得的红曲色素主要组分的基态、激发态的最佳几何构型进行优化,根据最佳几何构型下碳原子之间的键长、键能、电子重排情况等,解析红曲色素各组分分子中发生光分解的部位及难易程度,推断红曲色素的光降解机理;通过精准的化学结构分析方法对红曲色素各组分光降解前后的化学结构进行测定、比较分析,从分子结构水平解析红曲色素的光降解机理;采用TDDFT方法从化学结构理论计算的角度分析筛选出能够阻止红曲色素光褪色的化学基团,将含有这些基团的化合物加入发酵培养基中,通过发酵过程中红曲霉的色素合成途径将底物中的这些化学基团转移到色素分子结构中,发酵生产出光稳定性高的红曲色素。本课题的完成将为红曲色素光降解机理的阐述及光稳定性高的红曲色素的发酵生产提供理论和技术依据。
结项摘要
红曲色素作为应用广泛的天然食用色素,在食品、医药和化妆品领域都有重要的应用前景,见光易分解的缺点严重制约了其产业的发展。深度理解红曲色素的褪色机理和有效提高其光稳定性是该领域重要的研究方向。本项目围绕“红曲色素的光褪色机理及其防护”从理论计算推导到实验验证开展了系列研究工作。通过薄层层析色谱和柱层析色谱法分离获得了较纯的两种红曲黄色素和八种红曲红色素;采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)在B3LYP/6-31+ G(d)水平对六种红曲色素的前线占有轨道能EHOMO,最低空穴轨道能E LUMO、能差ELUMO−EHOMO,各色素分子基态及激发态共轭π键中主要cc键的键长计算,结果分析可知,红曲色素光稳定性顺序为:Ankaflavin > Monascin > Rubropunctatin > Monascorubrin > Rubropunctamine > Monascorubramine, 色素分子吸收光量子后被激发从基态转化为激发态,电子从c=c双键移向c-c单键,引起发色官团内π键共轭体系的C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8 和C17之间的电子云重排,使红曲色素的官能团破坏,以Rubropunctamin为例解析了红曲色素光降解过程的分子结构变化;根据DFT和TDDFT对红曲色素光分解机理计算分析结果可知,红曲色素光褪色过程中电子重排会产生带孤对电子的自由基。采用电子自旋共振波谱仪(ESR),以BMPO为自旋捕获剂,实验证实了红曲色素光降解过程中自由基的产生情况。通过探讨溶液中氧气含量、过氧化氢酶和SOD、羟基自由基等对红曲色素稳定性和自由基的影响,从分子水平解析了红曲色素的光褪色机理;外源有机N源能够明显提高红曲红色素的组成,使其色调呈现红色;蓝光照射能够降低红曲霉细胞壁中几丁质含量,提高细胞通透性,使红曲色素易于分泌到胞外,解除胞内色素合成的反馈抑制,提高色素产量,蓝光还对桔霉素具有光降解作用,为高色价低桔霉素的光控发酵法提供了依据;抗坏血酸、具有抗氧化功能纳米材料及红曲色素-壳聚糖纳米微球对红曲色素具有明显保护效果,为红曲色素的保护提供了新的途径。这些结果将为红曲色素光降解机理的阐明和从根本上提高红曲色素稳定性新方法的设计提供科学依据。
项目成果
期刊论文数量(4)
专著数量(1)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Ferroxidase-like and antibacterial activity of PtCu alloy nanoparticles
PtCu合金纳米颗粒的类铁氧化酶和抗菌活性
- DOI:10.1080/10590501.2019.1602991
- 发表时间:2019-04
- 期刊:JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCE AND HEALTH, PART C
- 影响因子:--
- 作者:Xiaowei Zhang;Xiumei Jiang;Timothy R. Croley;Mary D. Boudreau;Weiwei He;Junhui Cai;Peirui Li;Jun-Jie Yin
- 通讯作者:Jun-Jie Yin
Effects and Mechanism of Blue Light on Monascus in Liquid Fermentation.
蓝光对液体发酵红曲的影响及机制
- DOI:10.3390/molecules22030385
- 发表时间:2017-03-01
- 期刊:Molecules (Basel, Switzerland)
- 影响因子:--
- 作者:Zhang X;Liu W;Chen X;Cai J;Wang C;He W
- 通讯作者:He W
Density functional theory study on structure and stability of BeB n + clusters
BeB n 团簇结构与稳定性的密度泛函理论研究
- DOI:10.1002/rcm.7882
- 发表时间:2017
- 期刊:Rapid Commun Mass Spectrom
- 影响因子:--
- 作者:Chunhui Liu;Hongyan Si;Peilin Han;Mingsheng Tang
- 通讯作者:Mingsheng Tang
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其他文献
儿童复合蔬果超微营养粉速溶饮料配方的研究
- DOI:--
- 发表时间:2017
- 期刊:食品工业
- 影响因子:--
- 作者:陈玉婷;赵晓燕;张晓伟;刘红开;梁文静
- 通讯作者:梁文静
基于矩形覆盖的FPRM电路多级面积优化
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:宁波大学学报(理工版)
- 影响因子:--
- 作者:陈治文;张会红;汪鹏君;张跃军;张晓伟
- 通讯作者:张晓伟
苎麻根际加德拟鞘线虫的形态和分子鉴定
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:中国麻业科学
- 影响因子:--
- 作者:宋志强;杨喜爱;张晓伟;郭兵;肖爱平;肖清明;梅时勇
- 通讯作者:梅时勇
稀土精矿络合浸出过程对硅浸出影响的研究
- DOI:--
- 发表时间:2017
- 期刊:有色金属(冶炼部分)
- 影响因子:--
- 作者:张晓伟;李梅
- 通讯作者:李梅
机械振动辅助激光熔覆铁基涂层的微结构特征及结合界面处的元素扩散行为
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:光学学报
- 影响因子:--
- 作者:杨昕恬;刘洪喜;张晓伟;陶喜德;蒋业华
- 通讯作者:蒋业华
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