乳酸菌生物表面活性剂的制备、表征及性质研究

【摘要】：生物表面活性剂是由微生物产生的同时具有亲水基和疏水基的两性化合物。与传统的化学合成表面活性剂相比,除同样具有降低表面张力、稳定乳化液和增加泡沫等功能外,还具有结构多样化、选择性广、专一性强、生物相容性好、无毒或低毒、绿色环保、生产工艺简单等优点,成为研究热点。本研究以课题组保藏的69株乳酸菌为筛选源,利用排油圈法和环法测表面张力,筛选产表面活性剂强的菌株并进行菌种鉴定;采用单因素及响应面法优化其转化工艺条件,获得该菌株发酵产生物表面活性物质的最佳条件;将表面活性剂经高效液相分离纯化,采用质谱(MS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)对其结构表征,并对乳化性和病原菌(白色念珠菌、大肠杆菌、粪肠球菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌)的抗菌性进行测定,比较了提取表面活性剂后的菌泥与未提取的菌泥的发酵性能。得到如下结论:1.69株乳酸菌产表面活性物质的能力因菌而异,细胞外表面活性剂产量集中在0～300 mg/L,细胞表面活性剂产量集中在100～400 mg/L,根据两种活性物质产量、生长情况及产气现象筛选出菌株69、B25、B82、S73、S75和S79,经环法测定表面张力复筛得到菌株S73(细胞外表面张力:48.23 mN/m,细胞表面张力:46.93 mN/m)。16S rDNA菌种鉴定为嗜热链球菌。2.单因素、Plackett-Burman、响应面及中心组合试验优化得到嗜热链球菌S73产表面活性物质的最佳培养基为:酵母浸粉0.50 g/L,葡萄糖10.20 g/L,牛肉浸粉8.00 g/L,磷酸氢二钠2.20 g/L,苏氨酸0.04 g/L,天冬氨酸0.04 g/L,丝氨酸0.02 g/L。基于最佳培养基验证结果为:细胞外表面张力为45.74 mN/m,细胞表面张力43.05 mN/m,较优化前分别降低了 13.98%、32.62%。3.单因素、Plackett-Burman及响应面试验优化得到嗜热链球菌S73产表面活性物质的最佳发酵条件为:培养基pH7.7,接种量4.00%,于37℃下培养39 h。此条件下测得细胞外表面张力43.48 mN/m,细胞表面张力40.72 mN/m。较基础培养基(葡萄糖、蛋白胨)细胞外表面张力降低了 18.24%,细胞表面张力降低了 36.27%。4.通过薄层层析、显色反应、高效液相色谱质谱、傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱图(XPS)判断细胞外表面活性剂中含有42%双鼠李糖脂和脂肽,细胞表面活性剂主要由脂肽类表面活性剂组成。乳化试验结果表明,两种表面活性剂对食用油有较强的乳化作用,其CMC值均为600 mg/L。5.抑菌试验表明,浓度为2.5 g/L的细胞外和细胞表面活性剂对白色念珠菌、大肠杆菌、粪肠球菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等革兰氏阳性菌和阴性菌均有抑菌作用,随着浓度增加,抑菌能力增强,抑菌效果各异。在10 g/L浓度作用下细胞外表面活性剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长抑制率达到94%、95%,细胞表面活性剂对金黄色葡萄球菌生长抑制率达到 84%。6.嗜热链球菌S73菌体提取细胞表面活性剂后,其菌体表面结构无明显差异,发酵性能也无明显变化,可回收制备冻干菌粉用于制备酸奶直投式发酵剂。本研究获得了表面活性剂的生产菌株—嗜热链球菌S73,优化了产表面活性物质的培养基及发酵条件,有效提高了表面活性剂的产量,并对细胞外及细胞表面获得的不同表面活性剂结构进行了表征,为其开发乳化性和抗菌性生物表面活性剂及在食品中的应用提供参考。