聚-ε-赖氨酸菌株筛选与发酵工艺的研究

摘要

聚-ε-赖氨酸(Poly-ε-lysine，简称ε-PL)是一种主要由白色链霉菌(Streptomycesalbulus)产生的、由25～30个赖氨酸残基通过其α-羧基和ε-氨基形成的酰胺键连接而成的同型单体聚合物。它具有抑菌谱广、安全性高、水溶性好、热稳定性好、适应pH范围广等特点，被广泛应用于食品、生物医药、化工等领域，特别是在食品防腐剂方面具有巨大的应用前景。 本论文筛选了一株ε-PL高产菌株--白色链霉菌(Streptomyces albulus)，对其发酵工艺和提取工艺进行了初步研究，对ε-PL的稳定性进行了初步探讨。主要研究结果如下： ①从土壤中筛选了一株聚-ε-赖氨酸(ε-PL)高产菌株，ε-PL摇瓶产量大于2g/L，通过菌落形态观察、镜检观察，结合其生理生化特征分析，初步判断该菌株为Streptomyces albulus。 ②采用薄层层析、紫外扫描(UV)、高效液相色谱(HPLC)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等多种测试手段对Streptomyces albulus发酵产物ε-PL进行了初步表征，初步确定本实验制备的样品为ε-PL。 ③利用正交实验对该Streptomyces albulus发酵生产ε-PL的培养基成分进行了优化。实验结果表明，该菌株生产ε-PL的优化培养基为：葡萄糖3％，酵母粉0.5％，(NH4)2SO41.5％，KH2PO40.2％、K2HPO40.12％、MgSO4·7H2O0.05％、FeSO4·7H2O0.003％、ZnSO4·7H2O0.008％。在优化培养基下，ε-PL摇瓶产量达到4.95g/L。通过单因素实验对Streptomyces albulus培养条件的研究结果表明：发酵温度30℃，装液量75mL/500mL，初始pH7.0，接种量4％时，ε-PL的最高产量为5.10g/L。 ④对离子交换树脂提取发酵液中ε-PL的工艺条件进行了研究，确立的最佳提取条件为：使用弱酸性阳离子交换树脂D152，上柱液pH8.5，以盐酸作为洗脱剂，洗脱剂浓度为0.1mol/L，洗脱速度为1.0mL/min。在优化条件下，ε-PL平均提取得率为82％，产品纯度达到了80％以上。 ⑤利用高效液相色谱仪初步研究了ε-PL的稳定性。结果表明：ε-PL在pH2～11范围内稳定，抗酸能力强，在磷酸、醋酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸等溶液中稳定：ε-PL的热稳定性极高；在低浓度的还原剂亚硫酸钠溶液中稳定性较好：一定浓度的食品添加剂对ε-PL的稳定性影响不大。ε-PL作为食品防腐剂具有较好的应用潜力。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1防腐剂的种类和性质

1.1.1化学防腐剂的种类和性质

1.1.2天然防腐剂的种类和性质

1.2 ε-PL的结构和性质

1.3 ε-PL的抗菌谱和抑菌机理

1.4 ε-PL的产生菌

1.5 ε-PL的生物合成机理

1.6 ε-PL的降解

1.7 ε-PL的发酵生产

1.8 ε-PL的应用

1.8.1 ε-PL在食品工业中的应用

1.8.2 ε-PL在医药行业中的应用

1.9课题研究的目的与内容

第2章聚-ε-赖氨酸高产菌株的筛选

2.1材料

2.1.1培养基

2.2方法

2.2.1菌种筛选方法

2.2.2形态观察

2.2.3生理生化特征实验

2.2.4 ε-PL测定

2.3结果与讨论

2.3.1 ε-PL高产菌株的筛选

2.3.2形态观察

2.3.3生理生化特征

第3章聚-ε-赖氨酸的初步表征

3.1材料和方法

3.1.1 ε-PL的制备

3.1.2 ε-PL的水解与薄层层析

3.1.3ε-PL高效液相色谱分析

3.1.4紫外分析

3.1.5红外光谱分析

3.2结果与讨论

3.2.1 ε-PL的水解与薄层层析

3.2.2紫外分析

3.2.3高效液相色谱分析

3.2.4红外光谱分析

3.3结论

第4章聚-ε-赖氨酸发酵工艺的优化

4.1材料和方法

4.1.1菌种

4.1.2培养基

4.1.3培养方法

4.2结果与讨论

4.2.1培养基的优化

4.2.2培养条件的优化

4.3结论

第5章聚-ε-赖氨酸提取工艺的研究

5.1材料和方法

5.1.1试剂

5.1.2实验方法

5.1.3分析方法

5.2结果与讨论

5.2.1提取工艺流程

5.2.2树脂的选择

5.2.3上样液pH值的选择

5.2.4洗脱剂浓度的选择

5.2.5洗脱速度的选择

5.2.6实验分析

5.3结论

第6章聚-ε-赖氨酸的稳定性研究

6.1试剂与仪器

6.1.1试剂

6.1.2仪器

6.2实验方法

6.2.1 HPLC色谱条件

6.2.2 ε-PL稳定性实验

6.3结果与讨论

6.3.1 ε-PL的解聚

6.3.2 ε-PL对酸碱的稳定性

6.3.3ε-PL对不同种类酸的稳定性

6.3.4 ε-PL对温度的稳定性

6.3.5还原剂对ε-PL稳定性的影响

6.3.6食品添加剂对ε-PL稳定性的影响

6.4结论

第7章结论与展望

7.1结论

7.2创新点

7.3展望

参考文献

致谢