脂肽类生物表面活性剂的发酵优化及其性质和应用研究

论文摘要

生物表面活性剂主要是由微生物产生的天然表面活性化合物,可被分为六大类:糖脂类、脂肽类、磷脂类、脂多糖类、脂肪酸、中性脂以及多糖蛋白复合物等。和化学合成表面活性剂一样,具有降低表面张力、稳定乳化液等功能。除此之外,由于其具有生物可降解性;低毒或无毒,可用于医药、化妆品和食品领域;在极端温度、pH、盐浓度下的耐受性和选择性;具有更高的起泡性等;结构功能多样性,在特殊领域具有一定的更好的可适用性。由于这些显著特点,生物表面活性剂的研究日益增多,应用也迅速扩展至环保、石油开采、制药、食品、土壤修复等领域。本研究以中国科学院南海海洋研究所提供的一株生物表面活性剂产生菌为研究对象,分别从菌株鉴定、发酵条件和产物特性等方面进行了研究,主要结论如下:1.经菌落、菌体形态和16S rDNA序列分析,鉴定为芽孢杆菌属,命名为Bacillus SCUT09。该菌株以葡萄糖为碳源时培养基表面张力可降至46.2 mN/m,对煤油的乳化能力达到34%。2. Bacillus SCUT09的培养基优化研究结果表明,最利于Bacillus SCUT09生长和生物表面活性剂积累的培养条件为:木薯淀粉20 g/L,牛肉膏7 g/L,NaCl 10 g/L,MgSO4·7H2O 0.7 g/L,Na2HPO4·12H2O 3.8 g/L,酵母提取物0.5 g/L,28oC,初始pH值7.0,接种量2%,转速为200 rpm。优化后以木薯淀粉为碳源时,培养基的表面张力达到28 mN/m,对煤油的乳化能力达到57%。发酵40 h后,菌体生长进入稳定期,菌体干重达1.6 g/L,表面活性剂产量约为0.8 g/L。3.产物TLC和FTIR分析结果表明,该生物表面活性剂为脂肽类物质,其临界胶束浓度为0.2 g/L;对盐浓度的耐受性为21% NaCl。在pH4-11范围内性质变化不大。样品经121 oC高温处理2 h后的表面活性和乳化能力保持稳定。4.经重力沉降法分析,脂肽表面活性剂可以作为纳米材料的分散剂。同时利用该脂肽物质经水热法合成的纳米ZnO,经扫描电镜和电子显微镜分析,和利用CTAB合成的纳米ZnO相比,具有更小的粒径和较好的分散稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物表面活性剂的分类及其微生物来源
• 1.2 生物表面活性剂的理化性质
• 1.2.1 表面张力
• 1.2.2 乳化性能
• 1.2.3 亲水-亲油值
• 1.2.4 临界胶束浓度
• 1.3 生物表面活性剂的生产方法及影响因素
• 1.3.1 碳源的影响
• 1.3.2 氮源的影响
• 1.3.3 环境因素的影响
• 1.3.4 廉价底物的利用
• 1.4 生物表面活性剂的分离纯化及结构分析方法
• 1.4.1 生物表面活性剂的分离纯化
• 1.4.2 生物表面活性剂的鉴定及结构分析方法
• 1.5 生物表面活性剂的应用
• 1.5.1 石油开采业中的应用
• 1.5.2 环境工程中的应用
• 1.5.3 食品工业中的应用
• 1.5.4 农业中的应用
• 1.5.5 医药化妆品行业中的应用
• 1.6 纳米材料水相分散的研究现状
• 1.6.1 影响纳米材料液相分散的因素
• 1.6.2 纳米材料液相分散体系的评价方法
• 1.7 生物表面活性剂的研究展望
• 1.8 本论文研究内容
• 第二章 生物表面活性剂产生菌的鉴定
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验仪器与试剂
• 2.1.2 培养基和培养条件
• 2.1.3 菌株的鉴定
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 菌株形态观察
• 2.2.2 菌株鉴定
• 2.3 小结
• 第三章Bacillus SCUT09 发酵优化研究
• 3.1 实验仪器与试剂
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 Bacillus SCUT09 菌初步发酵产物性能鉴定
• 3.2.2 Bacillus SCUT09 菌发酵培养基优化
• 3.2.3 菌体生物量的测定
• 3.2.4 表面张力的测定
• 3.2.5 乳化指数测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 Bacillus SCUT09 菌初步发酵产物性能鉴定
• 3.3.2 Bacillus SCUT09 菌发酵条件优化
• 3.3.3 Bacillus SCUT09 菌的生长曲线
• 3.4 小结
• 第四章 生物表面活性剂的结构鉴定和理化性质研究
• 4.1 主要实验仪器及试剂
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 主要试剂的配制方法
• 4.2.2 生物表面活性剂的提取纯化
• 4.2.3 生物表面活性剂的结构鉴定
• 4.2.4 生物表面活性剂的性质研究
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 生物表面活性剂的提取
• 4.3.2 TLC 定性分析结果
• 4.3.3 FTIR 分析
• 4.3.4 临界胶束浓度测定
• 4.3.5 乳化性能测定
• 4.3.6 不同因素对生物表面活性剂稳定性的影响
• 4.4 小结
• 第五章 Bacillus SCUT09 产生的生物表面活性剂在纳米材料方面的应用
• 5.1 主要实验仪器和试剂
• 5.2 实验方法
• 2 水相分散性能'>5.2.1 空白TiO₂水相分散性能
• 5.2.2 纳米材料的分散稳定性实验
• 5.2.3 水热法合成纳米材料ZnO 及合成效果表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 不同表面活性剂处理单壁碳纳米管液相分散结果
• 2 液相分散结果'>5.3.2 不同表面活性剂处理TiO₂液相分散结果
• 5.3.3 不同表面活性剂处理纳米ZnO 液相分散结果
• 5.3.4 不同分散剂对不同纳米材料分散稳定性比较
• 5.3.5 纳米材料ZnO 的合成效果表征
• 5.4 小结
• 结论和展望
• 1 结论
• 2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件