谷氨酸棒状杆菌菌渣中胞壁酸的提取、纯化及检测

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背景胞壁酸(Muramic acid,简称Mur,C9H17NO7)是细菌细胞壁粘肽结构的重要组成部分,是原核微生物细胞的生物标志化合物,它已被用于作为衡量细菌和蓝藻的生物量,推测不同环境中微生物总量,胞壁酸是一种睡眠促进因子的组合物,胞壁酸是胞壁酰二肽(MDP)的组成成分之一, MDP是细胞骨架中具有免疫佐剂活性功能的最小结构单位,胞壁酸在凝集素,潜在细菌酶抑制剂,以及抗肿瘤作用有很大研究应用前景。谷氨酸棒状杆菌常用来发酵生成不同的产品(如谷氨酸,赖氨酸,精氨酸,有机酸等),本实验所采用原材料来源于发酵谷氨酸钠(味精)后产生的谷氨酸棒状杆菌菌渣,每年产量可达上百万吨,以谷氨酸棒状杆菌菌体为主。胞壁酸含量检测方法多种多样,可以直接通过自动氨基酸分析法分析,也可将胞壁酸衍生化,生成有色、易挥发和稳定的衍生化合物,再采用比色法、中红外光谱法、气相色谱/GC-MS/LC-MS、HPLC、TLC等法测定,菌渣、土壤等材料中胞壁酸的测定主要有GC和HPLC。HPLC具有分析速度快、时间短,灵敏度高,应用范围广,分辨率高,不破坏样品等优点。HPLC测糖检测器宜选用示差折光检测器,可以保留样品,但灵敏度不高,不稳定,受温度和流动相的影响,糖类在近紫外区190nm附近有吸收波长(胞壁酸的最大吸收波长是199nm),这些区域噪声大,受溶剂杂质影响大,宜采用柱后衍生紫外-可见检测器检测。气相色谱法具有灵敏度高、进样量少、分析速度快、成本低等优点。采用气相色谱法测定胞壁酸,遇到的问题是胞壁酸化合物的沸点高,没有足够的挥发性,在进行气相色谱分析之前,将胞壁酸转化生成易挥发、对热较稳定的衍生物。目的本实验旨在摸索一种以丰富的谷氨酸棒状杆菌菌渣为原料水解提取胞壁酸的方法,采用GC-MS、质谱和HPTLC对样品进行胞壁酸的定性,且用HPTLC扫描斑点定量。简化胞壁酸的提取工艺流程,对提纯的胞壁酸样品甲醇溶液进行光谱扫描,结晶进行显微镜观察晶体外形,进一步了解胞壁酸的性质。方法谷氨酸棒状杆菌菌渣的胞壁酸的提取:菌渣经过蒸馏水洗涤,三氯乙酸除去磷壁酸裂解菌体,盐酸水解,酸解菌渣后,在样品的提取除杂过程中,先用氯仿和水分液,再用糖用活性炭吸附有色物质等杂质,甲醇或乙醇提取,调PH值至6.6~6.8,粗样直接进行HPTLC检测或衍生生成糖腈乙酸酯衍生物进行气质分析,活性炭柱色谱分离胞壁酸样品后,进行质谱分析。对于胞壁酸的关键工艺步骤—水解选择的酸、酸解时间、料液比、酸解浓度、温度进行单因素实验得到最佳实验方案。对胞壁酸总体提取工艺进行简化,减少胞壁酸提取步骤。经过柱色谱分离纯化胞壁酸样品,HPTLC检测提取胞壁酸的纯度。对胞壁酸性质的研究主要对胞壁酸的甲醇溶液进行光谱扫描,了解它的最大吸收波长和特征吸收峰;通过显微镜观察胞壁酸样品晶体的外形。结果:埃希克试剂使样品呈玫红色;在气质联用分析中,检测到和胞壁酸相连的葡萄糖胺;通过高效薄层层析检测,同一Rf值中,样品中有和胞壁酸颜色相同的斑点,经全反射吸收波长扫描,发现斑点和胞壁酸的曲线一致,我们可以推测样品中含有胞壁酸或者胞壁酸衍生物,后把这一斑点用柱色谱分离纯化,质谱分析检测得到相对分子质量251.3,此物质是胞壁酸。分离胞壁酸通过混合展开剂:采用两种展开剂—甲醇/丙酮/水/乙酸/异丙醇(5:3:1:1:1,v/v)和冰乙酸/正丁醇/水(1:4:5,v/v),两种染色方法—茚三酮乙醇试剂和苯胺-邻苯二甲酸试剂,二次展开,其Rf值为0.84±0.01和0.60±0.02,薄层扫描仪在492nm/365nm吸收波长扫描,进行定性和定量,HPTLC扫描对实验方法考察,日内变异为2.2396%-3.5324%(RSD),日间变异为2.6545%-3.70534%(RSD),其平均回收率为97.22%,检测菌渣中胞壁酸的含量是11.05192mg/g。最佳提取工艺:酸解→脱色→乙醇提取→HPTLC检测→活性炭柱色谱分离→纯度检测,料液比是2,4mol/L的盐酸在65℃水解6h,吸附糖用活性炭是菌渣质量的0.1倍,活性炭在45℃水浴加热吸附脱色。胞壁酸甲醇溶液最大吸收波长是199nm,晶体外形发散针状。结论通过埃希克试剂、气质联用、高效薄层色谱法、质谱法综合确定了提取的样品是胞壁酸。建立一种有效的HPTLC方法来测量发酵谷氨酸钠残余的菌渣中胞壁酸的含量,它是一种检测胞壁酸快速简便、较为准确的方法。摸索出简便可行的胞壁酸提取工艺,并对胞壁酸的最大吸收波长和晶体外形进行初步探究。
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