生物表面活性剂的发酵制备及性质表征

论文摘要

表面活性剂是一类在工业和日常生活中被广泛使用的,能显著降低溶液表面张力,具有两亲性的化合物。与化学合成表面活性剂相比,微生物分泌的生物表面活性剂具有毒性低和极端条件下表面活性依然良好等优点,在石油开采和环境保护等方面有很大地应用潜力,近年来备受人们关注。本论文以橄榄油为唯一碳源,从受石油污染的土壤中筛选到一种生物表面活性剂产生菌。通过16S rDNA测序与进化树分析鉴定该菌为Pseudomonas aeruginosa属细菌,命名为Pseudomonas aeruginosa m408 （Genbank登录号为HQ222816）使用氯仿/甲醇（v/v=2：1）混合液对Pseudomonas aeruginosa m408所产的生物表面活性剂进行提取,提取后的生物表面活性剂经薄层色谱分析发现为糖脂。该糖脂在薄层色谱展开液中可被分为Rf值不同的糖脂F1和糖脂F2。糖脂水解后的薄层色谱分析和气相色谱分析证明该糖脂中所含糖的类型为L-鼠李糖,Pseudomonas aeruginosa m408所产生物表面活性剂为鼠李糖脂。采用摇瓶培养优化Pseudomonas aeruginosa m408产鼠李糖脂的最佳培养基组成和培养条件。实验发现,当发酵条件为：橄榄油（40g/L）, NaNO3（5g/L）, KH2PO4（3.4g/L）, K2HPO4·3H2O（4.4g/L）, MgSO4·7H2O（1g/L）, NaCl（1.1g/L）,培养基初始pH为7.0,28℃、200rpm培养96h时鼠李糖脂的产量最高,可达12.6g/L。使用柱层析对最佳发酵条件下鼠李糖脂提取物进行精制时,先使用氯仿/甲醇（v/v=180：25）混合液洗脱可得到低极性的鼠李糖脂F2,鼠李糖脂F2洗脱后换用甲醇洗脱可进一步得到高极性的鼠李糖脂F1。鼠李糖脂的脂肪酸组分分析和串联质谱分析发现鼠李糖脂F1由Rha-Rha-C10-C10, Rha-Rha-C10-C12, Rha-Rha-C12-C10组成；鼠李糖脂F2由Rha-C10-C10组成。研究鼠李糖脂F1和鼠李糖脂F2的理化性质发现：鼠李糖脂F1的临界胶束浓度（CMC）为120mg/L,鼠李糖脂F2的CMC为60mg/L；温度和NaCl浓度对两者表面活性的影响均不大；pH值在5-11范围内,鼠李糖脂F1和F2溶液的表面张力随着pH值的升高而升高,pH值低于5时两者的表面张力随pH值变化较小。浓度为100mg/L时鼠李糖脂F2乳化能力优于鼠李糖脂F1。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 表面活性剂
• 1.2 生物表面活性剂
• 1.2.1 生物表面活性剂定义
• 1.2.2 生物表面活性剂的分类
• 1.2.4 生物表面活性剂相比化学合成表面活性剂的优点
• 1.3 生物表面活性剂的应用研究
• 1.3.1 生物表面活性剂在石油开采中的应用
• 1.3.2 生物表面活性剂在环境保护中的应用
• 1.3.3 生物表面活性剂在其他方面的应用
• 1.4 生物表面活性剂研究概况和进展
• 1.4.1 生物表面活性剂产生菌的筛选
• 1.4.2 生物表面活性剂发酵条件的研究
• 1.4.3 生物表面活性剂的提取
• 1.4.4 生物表面活性剂的结构鉴定
• 1.4.5 生物表面活性剂产生菌的菌种改良
• 1.4.6 生物表面活性剂的酶法合成
• 1.5 本论文研究的目的,意义
• 1.6 本课题的研究内容
• 2 生物表面活性剂产生菌的筛选及生物表面活性剂类型鉴定
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料和方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 实验仪器
• 2.2.4 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 菌种筛选结果
• 2.3.2 细菌16S rDNA的扩增及序列测定结果
• 2.3.3 菌种m408的鉴定
• 2.3.4 生物表面活性剂薄层色谱分析
• 2.3.5 糖脂的酸水解结果
• 2.3.6 糖脂中糖组分气相分析
• 2.4 本章小结
• 3 Pseudomonas aeruginosa m408产鼠李糖脂发酵条件优化
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料和方法
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 碳源种类对鼠李糖脂产量的影响
• 3.3.2 氮源种类对鼠李糖脂产量的影响
• 3.3.3 碳氮比对鼠李糖脂产量的影响
• 3.3.4 碳源含量对鼠李糖脂产量的影响
• 3.3.5 培养基初始pH值对鼠李糖脂产量的影响
• 3.3.6 培养温度对鼠李糖脂产量的影响
• 3.3.7 摇床转数对鼠李糖脂产量的影响
• 3.3.8 鼠李糖脂发酵动态曲线
• 3.4 本章小结
• 4 Pseudomonas aeruginosa m408所产鼠李糖脂的结构表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料和方法
• 4.2.1 实验材料和试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 鼠李糖脂柱层析
• 4.3.3 鼠李糖脂中脂肪酸种类鉴定
• 4.3.4 鼠李糖脂电喷雾串联质谱（ESI-MS/MS）分析
• 4.4 本章小结
• 5 Pseudomonas aeruginosa m408所产鼠李糖脂的理化性质表征
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料和方法
• 5.2.1 鼠李糖脂
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 鼠李糖脂F1和鼠李糖脂F2的CMC
• 5.3.2 温度对鼠李糖脂F1和鼠李糖脂F2表面张力的影响
• 5.3.3 pH值对鼠李糖脂F1和鼠李糖脂F2表面张力的影响
• 5.3.4 NaCl浓度对鼠李糖脂F1和鼠李糖脂F2表面张力的影响
• 5.3.5 鼠李糖脂F1和鼠李糖脂F2乳化性能测定
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 附录A Pseudomonas aeruginosa m408 16S rDNA
• 附录B Pseudomonas aeruginosa m408 序列图谱
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢