铜绿假单胞菌1.10452生产鼠李糖脂及其高效纯化与抗菌活性研究

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鼠李糖脂是由微生物发酵生产得到的一种具有乳化、起泡、润湿、分散疏水性物质等功能的生物表面活性剂,具有良好的生物相容性、生物降解性及低毒性,在不同温度、p H值和盐度范围内显示出稳定的活性,广泛应用于生物修复、农业、医疗、日化、食品等领域,是合成表面活性剂的理想替代品。鼠李糖脂是由多种同系物组成的混合物,发酵菌株、培养基组成及发酵条件会影响鼠李糖脂组成及性质,鼠李糖脂的分离纯化存在纯度低、成本高等问题,目前关于鼠李糖脂的抗菌机制研究相对较少。因此,本研究以铜绿假单胞菌1.10452为发酵菌株,以玉米油为碳源进行鼠李糖脂的发酵生产,利用萃取法与反萃取法相结合从发酵液中分离纯化得到鼠李糖脂,并研究该鼠李糖脂的理化性质及抗菌活性,以期为鼠李糖脂的工业化应用提供理论支撑。首先,对发酵培养基进行优化,通过单因素实验得到最佳玉米油添加量为60 g/L、硝酸钠添加量为6.8 g/L、磷源添加量为8 g/L、硫酸镁添加量为0.4 g/L,最佳发酵时间为96 h,最佳接种量为5%。基于单因素实验的实验结果,选取5个因素进行PlackettBurman(PB)实验,得出影响鼠李糖脂产量的3个主要因素为碳源、氮源添加量及接种量,根据PB实验的结果设计最陡爬坡实验,得到响应面优化实验的中心点,以鼠李糖脂产量为响应值,碳源添加量、氮源添加量及接种量为自变量,通过响应面优化实验对鼠李糖脂的发酵培养基组成进行优化,得到最佳工艺参数为:碳源添加量65.45 g/L、氮源添加量6.47 g/L、接种量4.12%,在此条件下,鼠李糖脂的产量为25.23 g/L。利用萃取法和反萃取法对发酵液中的鼠李糖脂进行分离纯化,以分离纯化得到的鼠李糖脂为研究对象,采用液相色谱-质谱(LC-MS)/MS联用仪对鼠李糖脂的成分进行分析,并考察其临界胶束浓度(CMC)、乳化性、起泡性及稳定性。该鼠李糖脂主要由双鼠李糖脂构成,其CMC为80 mg/L,对大豆油、液体石蜡、正己烷的乳化指数分别为63.75%、65.69%、52.54%,在纯水和硬水中具有良好的起泡性和稳泡性,能耐受极端p H、温度及盐度,该鼠李糖脂作为表面活性剂在环境、日化、食品等领域具有广阔的应用前景。以鼠李糖脂为研究对象,通过抑菌圈实验及最低抑菌浓度(MIC)实验,考察鼠李糖脂对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及白色念珠菌的抑菌活性,并通过研究供试菌细胞膜完整性的变化、细胞膜通透性的变化以及活性氧(ROS)的变化,探讨了鼠李糖脂的抑菌机制。结果表明,鼠李糖脂对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及白色念珠菌有显著的抑菌活性,10 mg/m L的鼠李糖脂对三种供试菌的抑菌圈直径分别为17.52 mm、18.23 mm、15.73 mm,MIC分别为0.313 mg/m L、0.157 mg/m L、0.313 mg/m L。鼠李糖脂的抑菌机制为:一方面,鼠李糖脂改变了供试菌细胞膜的通透性,造成了核酸和蛋白质等大分子的泄露、结晶紫透过率增加;另一方面,鼠李糖脂诱发了菌体内活性氧(ROS)的产生,加速供试菌凋亡。
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