副干酪乳杆菌絮凝沉淀甘薯淀粉机理及其活性成分分离纯化与性质研究

论文摘要

絮凝作用是用以沉淀分离混合乳液中淀粉、蛋白质以及污水治理中提取分离有机物的主要方法。微生物絮凝剂是一类具有絮凝性的微生物或其分泌的代谢产物,与传统化学絮凝剂铝盐、铁盐和聚丙烯酞胺相比,它具有高效、无毒、无二次污染的优点,是化学絮凝剂理想的替代产品。酸浆法生产淀粉中用到的酸浆其实就是一种微生物絮凝剂。酸浆是地瓜（或绿豆）淀粉乳经自然发酵而成的,味道微酸,颜色呈乳白色。在地瓜（或绿豆）淀粉的生产过程中加入酸浆,淀粉颗粒就会迅速聚集变大,形成团块,加速淀粉与其他杂质的分离（张莉力,2010）。本课题主要针对从酸浆中筛选出来的副干酪乳杆菌（Lactobacillus paracasei简称L1菌株）,在地瓜淀粉颗粒絮凝过程中应用的必要性和优越性,对其絮凝特性和作用机理进行深入研究,揭示其对淀粉高效絮凝活性的原因,为提高地瓜淀粉质量及产量,改变地瓜淀粉传统的生产工艺提供理论依据。具体研究内容结果如下：1.研究了L1菌株在不同碳源、氮源、初始pH值、培养温度、通气量、培养周期等培养条件下对絮凝活性的影响。葡萄糖、蔗糖、麦芽糖及乳糖均可作为该菌株的良好碳源,其适宜氮源为酵母粉或牛肉膏,同时在单因素实验基础上设计正交试验,确定L1菌株合成絮凝剂的优化培养条件为：培养液初始pH值7、初始温度为25℃、培养时间72h。2.通过对絮凝率的检测,得知发酵原液、上清液以及沉淀物悬浊液的絮凝率分别为72.30%、23.41%、72.37%。沉淀物悬浊液的絮凝率很高,而上清液絮凝的效果较差,表明絮凝活性物质主要存在于菌体中,而不是菌体细胞的胞外代谢产物。进一步通过絮凝活性物质的热稳定性和酶稳定性测定表明,该絮凝活性物质絮凝作用主要来自菌体表面蛋白质,而非糖类。3.Zeta（ξ）电位测定结果表明：在絮凝过程中,Zeta（ξ）电位随pH的变化而变化,pH值为4.0时,淀粉乳ζ电位最低（绝对值）,此时,淀粉颗粒脱稳,沉降效果较好。随着pH值的升高,ζ电位（绝对值）逐渐增大。pH值为5.0～6.0时,体系ζ电位（绝对值）较高,相应分散稳定性好,絮凝沉降效果差。Na+的加入导致电中和作用压缩双电层,使菌体对淀粉颗粒的吸附凝聚量增加,从而起到助凝剂的作用。4.经发酵液处理前后,地瓜淀粉溶液中颗粒粒径分布发生明显变化,处理后的地瓜浆液中的淀粉颗粒粒径变小。说明经发酵液处理,淀粉颗粒被菌体吸附,使得粒径变小,颗粒密度增大,同时淀粉颗粒间产生“架桥”现象,形成较大的絮凝体并由重力作用在浆液中迅速下沉。该结果直观上显示了发酵液的作用机理为菌体与淀粉颗粒间的吸附和“架桥”作用。5.菌体与淀粉颗粒之间结合键的检测结果表明加入EDTA和HCl的絮凝沉淀中絮块大量分解,加入尿素的絮凝沉淀无明显的解絮现象。由此现象可知,絮凝沉淀对EDTA和HCl敏感,而对尿素不敏感,因为EDTA和HCl能与淀粉颗粒结合,破坏离子键,从而发生解絮现象,而尿素和淀粉颗粒之间可形成氢键。因此可以推测絮凝剂与地瓜淀粉之间的结合可能是靠离子键结合的。6.将提取的细胞壁进行絮凝沉降实验,经观察具备较好的絮凝沉降效果,进一步提取菌体细胞壁表面蛋白,经双缩脲反应呈紫色,鉴定为蛋白质,然而进行絮凝沉降实验不具备絮凝效果。经分析有可能L1菌株表面蛋白与细胞壁中某些物质成分相连接共同构成絮凝或絮凝活性物质,而单独分离出蛋白质不具备絮凝活性。但是究竟是哪种物质,以及与表面蛋白是如何连接的都有待于进一步研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1. 引言
• 2. 微生物絮凝剂的种类
• 3. 微生物絮凝剂的物质成分及结构
• 3.1 微生物絮凝剂的物质成分
• 3.2 微生物絮凝剂的结构
• 4. 微生物絮凝剂絮凝性能及絮凝作用机理
• 4.1 吸附架桥学说
• 4.2 电性中和机理
• 4.3 化学反应机理
• 4.4 Grabtree的PHB酯合学说
• 4.5 病毒假说
• 4.6 卷扫作用
• 4.7 菌体外纤维素纤丝说
• 5 微生物絮凝剂的研究现状及发展趋势
• 5.1 微生物絮凝剂的研究现状
• 5.2 微生物絮凝剂的优势
• 5.3 微生物絮凝剂的发展趋势
• 6. 本课题研究内容和研究意义
• 6.1 本文研究的目的和意义
• 6.2 主要研究内容
• 6.3 本课题研究的创新性
• 第二章 副干酪乳杆菌培养条件的优化研究
• 1. 引言
• 2. 材料与方法
• 2.1 菌株来源及特征
• 2.2 菌株的培养
• 2.3 主要试剂
• 2.4 主要仪器设备
• 2.5 实验方法
• 3. 结果与分析
• 3.1 碳源对副干酪乳杆菌絮凝活性的影响
• 3.2 氮源对副干酪乳杆菌絮凝活性的影响
• 3.3 培养初始pH值对副干酪乳杆菌絮凝活性的影响
• 3.4 培养温度对副干酪乳杆菌絮凝活性的影响
• 3.5 通气量对副干酪乳杆菌絮凝活性的影响
• 3.6 培养周期对副干酪乳杆菌絮凝活性的影响
• 3.7 正交试验优化副干酪乳杆菌培养条件
• 4. 本章小结
• 第三章 副干酪乳杆菌絮凝机理研究
• 1. 引言
• 2. 材料与方法
• 2.1 地瓜浆液体培养基
• 2.2 主要试剂
• 2.3 主要仪器设备
• 2.4 实验方法
• 3. 结果与分析
• 3.1 L1菌株絮凝活性物质的分布
• 3.2 絮凝过程Zeta电位的测定
• 3.3 絮凝前后淀粉颗粒形态结构变化
• 3.4 菌体与淀粉颗粒之间结合键的检测
• 3.5 絮凝活性物质成分测定
• 4. 本章小结
• 第四章 絮凝因子分离纯化及其性质测定
• 1. 引言
• 2. 材料与方法
• 2.1 地瓜浆液体培养基
• 2.2 主要试剂及材料
• 2.3 主要仪器与设备
• 2.4 实验方法
• 3. 结论
• 3.1 细胞壁的絮凝活性
• 3.2 表面蛋白的提取及絮凝活性测定
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位论文期间发表文章