主页 > 设计制造 >叶黄素与藻类生产叶黄素之探讨 (II) >

叶黄素与藻类生产叶黄素之探讨 (II)

连结:叶黄素与藻类生产叶黄素之探讨 (I)

微藻基本介绍

微藻是一种可以进行光合作用的微细藻类,其分类十分广泛,不论在海水或淡水环境皆可看到微藻的存在。微藻也是目前已知地球上最古老的生物之一。

微藻生物体分类十分广泛,包含原核生物与真核生物,其中又可细分成蓝绿藻门 (cyanobacteria)、红藻门 (rhodophyta)、绿藻门 (chlorophyta)、涡鞭藻门 (dinophyta)、隐藻门 (cryptophyta)…等,其中红藻门与绿藻门之叶绿体係由2层叶绿体膜所环绕,涡鞭藻门、隐藻门则分别在内质网(endoplasmic reticulum)中另含有一、二层膜,相较于许多陆生大型植物,微藻具有生长速度快的优点,由于微藻的高生长速率,它可以有效地藉由光合作用(如图三所示)来吸收自然界的二氧化碳,也因此,近年来被广泛运用于固定二氧化碳的研究领域中。

叶黄素与藻类生产叶黄素之探讨 (II)

图三$$~~~$$光合作用图 (詹明章绘製)

除了固定二氧化碳的功能外,微藻内亦富含了许多具高经济价值的成分,例如:碳水化合物、油脂、蛋白质或色素等。不同种类的微藻体内所含成分的比例不一,已有许多不同领域的学者专家们根据筛选出来的不同微藻性质进行最适化的后端产物累积策略与纯化研究。

利用微藻作为叶黄素生产料源

除了减低二氧化碳的功能之外,微藻体内亦富含了许多高价值成分,特别是近年来,利用微藻生产叶黄素的研究逐渐受到重视(叶黄素的基本介绍已于「叶黄素(lutein)与藻类生产叶黄素之探讨(I)」中说明)。

相较于过去常用来生产叶黄素的金盏花(marigold),微藻具有下列优点:

(1)直接利用微藻的生物体进行叶黄素萃取,免除了以往金盏花萃取叶黄素的分离成本

(2)微藻具有相当高的生长速度,可以在短时间内得到大量的藻体

(3)微藻体内具有高含量的叶黄素(微藻体内约有3-7 mg/1g的叶黄素含量),因此结合上述第2点,相较于金盏花或其他陆生植物,微藻具有相对高的叶黄素生产率(lutein productivity)。

对于微藻或是陆地植物来说,体内的叶黄素是经由一连串的生合成反应所製造出来,该生合成反应称为胡萝蔔素合成作用(carotenogenesis),其路径(pathway)如图四。

叶黄素与藻类生产叶黄素之探讨 (II)

图四$$~~~$$胡萝蔔素合成作用(carotenogenesis) (詹明章绘製)

如图四所示,叶黄素的生合成反应属于胡萝蔔素合成作用的一部分,其中的番茄红素(lycopene)经由环化反应(cyclization)衍生出两条合成途径,第一条途径产生 $$\alpha$$-胡萝蔔素,是叶黄素的前驱物,$$\alpha$$-胡萝蔔素经由羟基化反应(hydroxylation)而产生叶黄素。第二条途径产生 $$\beta$$-胡萝蔔素,再进一步经由灰色区域显示的反应过程而产生虾红素(astaxanthin)。另外,蓝色部分是硅藻体内额外的生合成反应途径。

叶黄素在微藻中之功用

叶黄素属于光合色素中的辅助色素,在光合作用中扮演着十分重要的角色。

叶黄素在微藻中主要提供两个功能:第一,叶黄素位于光系统II(photosystem II)中的光能捕获複合体(light-harvesting complex)上,藉由吸收可见光波段的光能并传送至叶绿素以完成光合作用;第二个作用是消除来自光合作用中产生的光氧化物质,以减低对微藻生物体的危害,目前对于叶黄素如何消除光氧化物质有几个可能性,其中之一是叶黄素会与玉米黄素共同对抗脂质过氧化作用以保护类囊体膜;另一个可能性是当微藻暴露在高能光照下时,叶黄素会去激化三重态叶绿素与单重态氧,以保护光能捕获複合体,这样的去激化过程称为非光化学淬灭作用(non-photochemical quenching, NPQ)。


参考文献

设计制造 876℃ 56评论

连结:叶黄素与藻类生产叶黄素之探讨 (I)

微藻基本介绍

微藻是一种可以进行光合作用的微细藻类,其分类十分广泛,不论在海水或淡水环境皆可看到微藻的存在。微藻也是目前已知地球上最古老的生物之一。

微藻生物体分类十分广泛,包含原核生物与真核生物,其中又可细分成蓝绿藻门 (cyanobacteria)、红藻门 (rhodophyta)、绿藻门 (chlorophyta)、涡鞭藻门 (dinophyta)、隐藻门 (cryptophyta)…等,其中红藻门与绿藻门之叶绿体係由2层叶绿体膜所环绕,涡鞭藻门、隐藻门则分别在内质网(endoplasmic reticulum)中另含有一、二层膜,相较于许多陆生大型植物,微藻具有生长速度快的优点,由于微藻的高生长速率,它可以有效地藉由光合作用(如图三所示)来吸收自然界的二氧化碳,也因此,近年来被广泛运用于固定二氧化碳的研究领域中。

叶黄素与藻类生产叶黄素之探讨 (II)

图三$$~~~$$光合作用图 (詹明章绘製)

除了固定二氧化碳的功能外,微藻内亦富含了许多具高经济价值的成分,例如:碳水化合物、油脂、蛋白质或色素等。不同种类的微藻体内所含成分的比例不一,已有许多不同领域的学者专家们根据筛选出来的不同微藻性质进行最适化的后端产物累积策略与纯化研究。

利用微藻作为叶黄素生产料源

除了减低二氧化碳的功能之外,微藻体内亦富含了许多高价值成分,特别是近年来,利用微藻生产叶黄素的研究逐渐受到重视(叶黄素的基本介绍已于「叶黄素(lutein)与藻类生产叶黄素之探讨(I)」中说明)。

相较于过去常用来生产叶黄素的金盏花(marigold),微藻具有下列优点:

(1)直接利用微藻的生物体进行叶黄素萃取,免除了以往金盏花萃取叶黄素的分离成本

(2)微藻具有相当高的生长速度,可以在短时间内得到大量的藻体

(3)微藻体内具有高含量的叶黄素(微藻体内约有3-7 mg/1g的叶黄素含量),因此结合上述第2点,相较于金盏花或其他陆生植物,微藻具有相对高的叶黄素生产率(lutein productivity)。

对于微藻或是陆地植物来说,体内的叶黄素是经由一连串的生合成反应所製造出来,该生合成反应称为胡萝蔔素合成作用(carotenogenesis),其路径(pathway)如图四。

叶黄素与藻类生产叶黄素之探讨 (II)

图四$$~~~$$胡萝蔔素合成作用(carotenogenesis) (詹明章绘製)

如图四所示,叶黄素的生合成反应属于胡萝蔔素合成作用的一部分,其中的番茄红素(lycopene)经由环化反应(cyclization)衍生出两条合成途径,第一条途径产生 $$\alpha$$-胡萝蔔素,是叶黄素的前驱物,$$\alpha$$-胡萝蔔素经由羟基化反应(hydroxylation)而产生叶黄素。第二条途径产生 $$\beta$$-胡萝蔔素,再进一步经由灰色区域显示的反应过程而产生虾红素(astaxanthin)。另外,蓝色部分是硅藻体内额外的生合成反应途径。

叶黄素在微藻中之功用

叶黄素属于光合色素中的辅助色素,在光合作用中扮演着十分重要的角色。

叶黄素在微藻中主要提供两个功能:第一,叶黄素位于光系统II(photosystem II)中的光能捕获複合体(light-harvesting complex)上,藉由吸收可见光波段的光能并传送至叶绿素以完成光合作用;第二个作用是消除来自光合作用中产生的光氧化物质,以减低对微藻生物体的危害,目前对于叶黄素如何消除光氧化物质有几个可能性,其中之一是叶黄素会与玉米黄素共同对抗脂质过氧化作用以保护类囊体膜;另一个可能性是当微藻暴露在高能光照下时,叶黄素会去激化三重态叶绿素与单重态氧,以保护光能捕获複合体,这样的去激化过程称为非光化学淬灭作用(non-photochemical quenching, NPQ)。


参考文献

热门产品