【摘要】：黃姜皂素是合成數(shù)百種甾體激素類藥物的重要前體,傳統(tǒng)酸水解工藝生產(chǎn)皂素存在“污染大、收率低、成本高”等瓶頸,嚴重威脅南水北調(diào)中線工程水質(zhì)安全。課題組經(jīng)多年科技攻關(guān),提出生物法水提富集黃姜皂苷轉(zhuǎn)化為皂素的綠色新工藝,摒棄了傳統(tǒng)酸水解過程,顯著降低了污染及生產(chǎn)成本。進一步研究發(fā)現(xiàn),表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)可大幅提高黃姜皂苷水提取率,但SDS的添加會引入新的污染,且不利于后續(xù)黃姜皂苷的生物轉(zhuǎn)化。因此,亟需尋找環(huán)境友好的生物表面活性劑。為此,本論文以降低水溶性體系表面張力為篩選指標,獲得了1株能分泌表面活性物質(zhì)的芽孢桿菌HG224,并對該物質(zhì)的理化性質(zhì)及其在黃姜皂苷提取中的應(yīng)用進行了研究,取得如下結(jié)果:(1)芽孢桿菌HG224產(chǎn)表面活性物質(zhì)的分離與初步鑒定采用酸沉淀結(jié)合有機溶劑提取,從芽孢桿菌HG224發(fā)酵液上清中分離獲得具有表面活性的物質(zhì),進一步采用薄層色譜、傅里葉紅外光譜以及高分辨液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)進行分析,確定該物質(zhì)為4種C13~C15的Surfactin同系物組成的混合脂肽類表面活性劑。(2)芽孢桿菌HG224產(chǎn)脂肽類表面活性劑的理化性質(zhì)分析根據(jù)表面張力-脂肽濃度曲線確定了該脂肽類表面活性劑的臨界膠團濃度為30 mg/L。通過乳化性能、排油圈檢測分析發(fā)現(xiàn),該物質(zhì)乳化指數(shù)可穩(wěn)定保持在60%以上,排油圈直徑可達8.2 cm,具有良好的乳化性能和排油性能;帶電性檢測分析發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)為一種陰離子表面活性劑。進一步分析該物質(zhì)在不同條件下的穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)可以分別在0~100℃、pH 4~12以及高鹽濃度(0~18%NaCl,w/v)條件下保持穩(wěn)定的表面活性和乳化性能。(3)芽孢桿菌HG224產(chǎn)脂肽類表面活性劑的發(fā)酵工藝優(yōu)化通過優(yōu)化芽孢桿菌HG224的發(fā)酵參數(shù)和培養(yǎng)基組分,發(fā)現(xiàn)在接種量3%(v/v)、初始pH 7.5、培養(yǎng)溫度31℃、裝液量30 mL/250 mL的搖瓶條件下,且培養(yǎng)基中碳源為蔗糖、氮源為黃豆餅粉,并添加銅離子的情況下,可大幅提高脂肽發(fā)酵產(chǎn)量;進一步對培養(yǎng)基中氮源、碳源、銅離子濃度三個主要影響因子進行正交實驗優(yōu)化,確定了優(yōu)化的濃度為:蔗糖20 g/L,黃豆餅粉60 g/L,Cu~(2+)0.5 mg/L。采用上述優(yōu)化的發(fā)酵條件,脂肽樣品產(chǎn)量高達5.74 g/L,為優(yōu)化前(0.33 g/L)的17.39倍,其發(fā)酵液的排油圈直徑達12.4 cm,較優(yōu)化前增加了4.2 cm。(4)芽孢桿菌HG224產(chǎn)脂肽類表面活性劑在黃姜皂苷提取中的應(yīng)用利用芽孢桿菌HG224產(chǎn)脂肽發(fā)酵液提取黃姜皂苷,結(jié)果顯示其黃姜皂苷水提取率較直接水提取提高了45.16%,采用發(fā)酵液提取黃姜皂苷的方法具有很好的應(yīng)用價值;利用不同濃度脂肽樣品處理黃姜干粉水懸液發(fā)現(xiàn),90 mg/L脂肽樣品水溶液對黃姜皂苷水提取率較直接水提取提高了11.27%,進一步證實脂肽類表面活性劑對黃姜皂苷的水提取有促進作用。通過高效液相色譜和高分辨液質(zhì)聯(lián)用分析確定,經(jīng)脂肽樣品處理后的黃姜干粉水懸液水相中三種極性較小的螺甾烷型皂苷含量較直接水提取明顯增加,進一步確定脂肽類表面活性劑具有促進黃姜皂苷水提取的作用。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ423;TQ28
【圖文】：

圖 0-2 黃姜甾體皂苷主要類型（左：螺旋甾烷型；右：呋喃甾烷型）Fig. 1-2 Main types of steroidal saponin of turmeric(Left: spiral decane type; right: furan decane type)黃姜皂苷及其衍生物是一類具有多種藥理活性的物質(zhì)，具有抗炎、抗病毒抗真菌、抗過敏、免疫調(diào)節(jié)等作用[9]，對心、肝、腎、腦、胃和腸有一定保護作10-13]；對代謝疾病包括糖尿病、骨質(zhì)疏松癥、肥胖癥、高尿酸血癥有一定治療果[14]；此外還能誘導(dǎo)引起乳腺癌、胃癌、肝癌、肺癌、腎癌等細胞死亡[15-19]；有改善心臟肥大、治療關(guān)節(jié)炎等生理作用[20]。1.2 黃姜皂素的生產(chǎn)方法目前，黃姜皂素的生產(chǎn)多采用基于 Rothrok 等[21]提出的先水解后萃取的改良法（即直接酸水解工藝[22]，如圖 1-3），主要通過加入無機酸使 C3 和 C26 位的鏈糖基水解從而獲得皂素。1

芽孢桿菌 HG224 產(chǎn)生物表面活性劑的薄層層析顯汽，自然光；2：羅丹明 B，254 nm；3：茚三酮， TLC colour results of the surfactants secreted by Bacilpor, natural light; 2:Rhodamine B,254 nm;3:Ninhydrin蒸汽反應(yīng) 2 min 后，薄層板上樣品點呈現(xiàn)為黃經(jīng)羅丹明 B 顯色后，在 254 nm 紫外光照射下有脂肪酸分子[84]；未經(jīng)處理的樣品噴灑茚三說明樣品中不含游離氨基，但對薄層板上的加熱顯色，薄層板出現(xiàn)紫紅色斑點，說明樣樣品中含有具有閉合肽鍵的脂肽類表面活性樣品的 FT-IR 譜圖如圖 2-2 所示。1316.7874.991207.551160.831076.61895.80656.94\01.0 8:49:0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11020406080EI24(%)時間（d）-2 芽孢桿菌 HG224 產(chǎn)的脂肽類表面活性劑的乳化mulsifying ability of lipopeptides secreted by Bacillus g/L 的脂肽樣品溶液具有良好的乳化性能，乳10 d 后，該脂肽樣品溶液對液體石蠟的乳化指。劑排油性能脂肽類表面活性劑的排油性能進行測定，結(jié)

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