碳量子点和ZnO纳米粒子对米曲霉生长的影响

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米曲霉是一种常见的具有高分泌酶能力的真菌,是公认的食品安全生产菌株,已在传统发酵工业中获得广泛的应用。因此,关于提高米曲霉产量的研究备受重视,是米曲霉基础研究的重要领域,也是扩大米曲霉推广应用的关键技术难点之一,开展该方面的研究工作具有重要的科学与实际意义。本研究主要针对碳量子点(C QDs),ZnO,半胱氨酸修饰(L-cysteine,L-cys)的ZnO(LZO),ZnO:3.125%Ce 3+(ZOC)纳米粒子的制备,及其米曲霉生长的影响进行研究,主要研究内容和结果如下:1.碳量子点(C QDs)的合成及其对米曲霉生长的影响C QDs是使用柠檬汁作为前体通过水热法合成的,首次研究C QDs对米曲霉的生物量、孢子密度、形态和生长的影响。结果表明,C QDs具有石墨结构,其平均尺寸约为4.0-6.0 nm,晶格间距为0.370 nm,C QDs表面存在许多羧基和羟基这些亲水性基团,为C QDs增加了水溶性和生物相容性。作为碳源,C QDs比葡萄糖更有利于米曲霉的生长。实验证明,当C QDs的添加量为300μL(140μg/ml)时,可以增加米曲霉的生物量和孢子数量。当蔗糖和C QDs在培养基A中同等使用时,可以发现添加C QDs培养的米曲霉的生物量和孢子密度分别比添加蔗糖的高约1.46和2.0倍,这意味着C QDs比蔗糖更能促进米曲霉的生长,原因可能是增加C QDs的浓度不仅增加了养分含量,而且增加了聚集,进而减少活性氧水平。2.L-cys-ZnO纳米粒子(LZO)的合成及其对米曲霉生长的影响采用共沉淀法成功地制备ZnO纳米粒子,然后再用L-cys修饰ZnO得到LZO,首次研究ZnO和LZO对米曲霉的生物量、孢子密度、形态和生长的影响。结果表明,合成的ZnO纳米粒子和LZO具有六方纤锌矿氧化锌结构,平均晶粒尺寸依次为42.20 nm和40.52 nm,L-cys已成功吸附到ZnO纳米粒子表面,为ZnO增加水溶性和生物相容性。在固体培养基和液体培养基中,都表现出米曲霉的生物量和代谢产物量随着ZnO和LZO浓度的增加而提高,在固体培养基和液体培养基75μg/m L和75μg/m L分别达到最大值,固体培养基(液体培养基)中米曲霉的最佳生物量约为对照培养基(无LZO)1.875的(5)倍,并且UV-Vis分析表明,液体培养基中蛋白质含量分别为72.234μg/m L(对照样)、160.428μg/m L(添加ZnO)和166.670μg/m L(添加LZO),因为LZO除了提供营养外还可以促进米曲霉的代谢。总的来说,ZnO和LZO都可以作为影响物质提高米曲霉的生物量和代谢产物量,但同时LZO比ZnO的效果更好,因为L-cys的修饰提高了ZnO的水溶性和生物相容性。3.ZnO:3.125%Ce3+纳米粒子(ZOC)的合成及其对米曲霉生长的影响采用共沉淀法制备3.125%Ce3+掺杂的ZnO纳米粒子(ZOC),结果表明,合成的ZOC具有六方纤锌矿氧化锌结构,首次研究ZOC对米曲霉的生物量、孢子密度、形态和生长的影响。在固体培养基和液体培养基中,ZOC可以提高米曲霉的产量,米曲霉的生物量和代谢产物量随着ZOC浓度的增加而提高,在固体培养基和液体培养基75μg/m L和75μg/m L分别达到最大值,这是由于ZOC作为营养促进菌丝体的生长,其中,ZOC的各项数据指标都比ZnO表现更好,这可能是因为ZnO在掺杂Ce3+之后,使其更适合用于微生物培养。同时可以发现在固体培养基(液体培养基)中米曲霉的最佳生物量约为对照培养基(无ZOC)2.8的(2.9)倍,并且ZOC的最佳生物量和胞外蛋白量都比ZnO的最佳要高。UV-Vis分析表明,液体培养基中蛋白质含量分别为72.234μg/m L(对照样)、160.428μg/m L(添加ZnO)和189.152μg/m L(添加ZOC),表明ZOC除了提供营养外还促进了米曲霉的代谢。总的来说,ZnO和ZOC都可以作为影响物质提高米曲霉的生物量和代谢产物量,但同时ZOC比ZnO的效果更好。
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