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乳酸菌生物表面活性劑的制備、表征及性質(zhì)研究

來源:董昱君 瀏覽 1274 次 發(fā)布時間:2023-02-21

【摘要】:生物表面活性劑是由微生物產(chǎn)生的同時具有親水基和疏水基的兩性化合物。與傳統(tǒng)的化學(xué)合成表面活性劑相比,除同樣具有降低表面張力、穩(wěn)定乳化液和增加泡沫等功能外,還具有結(jié)構(gòu)多樣化、選擇性廣、專一性強(qiáng)、生物相容性好、無毒或低毒、綠色環(huán)保、生產(chǎn)工藝簡單等優(yōu)點,成為研究熱點。


本研究以課題組保藏的69株乳酸菌為篩選源,利用排油圈法和環(huán)法測表面張力,篩選產(chǎn)表面活性劑強(qiáng)的菌株并進(jìn)行菌種鑒定;采用單因素及響應(yīng)面法優(yōu)化其轉(zhuǎn)化工藝條件,獲得該菌株發(fā)酵產(chǎn)生物表面活性物質(zhì)的最佳條件;將表面活性劑經(jīng)高效液相分離純化,采用質(zhì)譜(MS)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)對其結(jié)構(gòu)表征,并對乳化性和病原菌(白色念珠菌、大腸桿菌、糞腸球菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌)的抗菌性進(jìn)行測定,比較了提取表面活性劑后的菌泥與未提取的菌泥的發(fā)酵性能。


得到如下結(jié)論:


1、69株乳酸菌產(chǎn)表面活性物質(zhì)的能力因菌而異,細(xì)胞外表面活性劑產(chǎn)量集中在0~300 mg/L,細(xì)胞表面活性劑產(chǎn)量集中在100~400 mg/L,根據(jù)兩種活性物質(zhì)產(chǎn)量、生長情況及產(chǎn)氣現(xiàn)象篩選出菌株69、B25、B82、S73、S75和S79,經(jīng)環(huán)法測定表面張力復(fù)篩得到菌株S73(細(xì)胞外表面張力:48.23 mN/m,細(xì)胞表面張力:46.93 mN/m)。16S rDNA菌種鑒定為嗜熱鏈球菌。


2、單因素、Plackett-Burman、響應(yīng)面及中心組合試驗優(yōu)化得到嗜熱鏈球菌S73產(chǎn)表面活性物質(zhì)的最佳培養(yǎng)基為:酵母浸粉0.50 g/L,葡萄糖10.20 g/L,牛肉浸粉8.00 g/L,磷酸氫二鈉2.20 g/L,蘇氨酸0.04 g/L,天冬氨酸0.04 g/L,絲氨酸0.02 g/L?;谧罴雅囵B(yǎng)基驗證結(jié)果為:細(xì)胞外表面張力為45.74 mN/m,細(xì)胞表面張力43.05 mN/m,較優(yōu)化前分別降低了13.98%、32.62%。


3、單因素、Plackett-Burman及響應(yīng)面試驗優(yōu)化得到嗜熱鏈球菌S73產(chǎn)表面活性物質(zhì)的最佳發(fā)酵條件為:培養(yǎng)基pH7.7,接種量4.00%,于37℃下培養(yǎng)39 h。此條件下測得細(xì)胞外表面張力43.48 mN/m,細(xì)胞表面張力40.72 mN/m。較基礎(chǔ)培養(yǎng)基(葡萄糖、蛋白胨)細(xì)胞外表面張力降低了18.24%,細(xì)胞表面張力降低了36.27%。


4、通過薄層層析、顯色反應(yīng)、高效液相色譜質(zhì)譜、傅里葉紅外光譜和X射線光電子能譜圖(XPS)判斷細(xì)胞外表面活性劑中含有42%雙鼠李糖脂和脂肽,細(xì)胞表面活性劑主要由脂肽類表面活性劑組成。乳化試驗結(jié)果表明,兩種表面活性劑對食用油有較強(qiáng)的乳化作用,其CMC值均為600 mg/L。


5、抑菌試驗表明,濃度為2.5 g/L的細(xì)胞外和細(xì)胞表面活性劑對白色念珠菌、大腸桿菌、糞腸球菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌等革蘭氏陽性菌和陰性菌均有抑菌作用,隨著濃度增加,抑菌能力增強(qiáng),抑菌效果各異。在10 g/L濃度作用下細(xì)胞外表面活性劑對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長抑制率達(dá)到94%、95%,細(xì)胞表面活性劑對金黃色葡萄球菌生長抑制率達(dá)到84%。


6、嗜熱鏈球菌S73菌體提取細(xì)胞表面活性劑后,其菌體表面結(jié)構(gòu)無明顯差異,發(fā)酵性能也無明顯變化,可回收制備凍干菌粉用于制備酸奶直投式發(fā)酵劑。本研究獲得了表面活性劑的生產(chǎn)菌株—嗜熱鏈球菌S73,優(yōu)化了產(chǎn)表面活性物質(zhì)的培養(yǎng)基及發(fā)酵條件,有效提高了表面活性劑的產(chǎn)量,并對細(xì)胞外及細(xì)胞表面獲得的不同表面活性劑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,為其開發(fā)乳化性和抗菌性生物表面活性劑及在食品中的應(yīng)用提供參考。

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