产酶溶杆菌抗菌物质的发酵条件优化及初步纯化研究

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溶杆菌是一种新型生物防治细菌,具有很强的抗菌效果,其中研究最多的是产酶溶杆菌,能产生多种抗菌物质。目前微生物源抗菌物质具有低毒、高效、无残留且生产周期短、成本低等特点,已成为近年食品、农业、医药等领域的研究热点。本文旨在分离筛选出一株具有抗菌特性且抗菌谱广的菌株,为新型抗菌物质的开发提供菌株来源;通过优化发酵培养基和发酵条件来提高抗菌物质的产量;对其产生的抗菌物质进行特性研究与初步纯化,为后期工业化生产奠定理论基础。具体研究结果如下:(1)采用平板抑菌圈法,从不同地区的土壤样品中初步筛选出45株具有抑菌特性的菌株,有42株菌对金黄色葡萄球菌具有抑菌活性,18株菌对大肠杆菌具有抑菌活性,其中可以同时抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的菌株有15株。进一步通过抑菌效果和菌株安全性研究,选择菌株L-43作为本论文的研究菌株。经过形态、生理生化和分子鉴定,菌株L-43为产酶溶杆菌(Lysobacter enzymogenes),命名为L.enzymogenes L-43。L.enzymogenes L-43所产抗菌物质对多株革兰氏阳性细菌和真菌具有良好的抑制作用。(2)L.enzymogenes L-43所产抗菌物质经过酶活力测定、蛋白酶处理、蛋白含量测定、硫酸铵沉淀以及膜分离等研究,初步判断为蛋白或多肽类物质。另外对其稳定性进行研究,结果显示,L.enzymogenes L-43所产抗菌物质具有良好的热稳定性,100℃处理30 min仍保留98%以上的抑菌活性,121℃处理20 min后活性回收率为87.77%;具有良好的酸碱稳定性,在p H为2-10之间,活性回收率均保持在80%以上;具有良好的储存稳定性,4℃储存150 d抑菌活性回收率为92.26%,储存至180 d回收率有所下降,约为87.32%;同时具有良好的化学试剂稳定性、金属离子稳定性和紫外稳定性。通过稳定性分析,进一步推断L.enzymogenes L-43所产抗菌物质以多肽为主。(3)在摇瓶水平上,通过单因素和正交试验优化L.enzymogenes L-43发酵产抗菌肽的培养基和培养条件,最佳培养基为:麦芽糖1%、胰蛋白胨1%、Mg SO4 0.15%;最佳发酵条件为:起始p H值7.0,装液量50 m L/250 m L,接种量2%,培养温度32℃,180 r/min振荡培养22 h,此时抑菌圈直径达到30.47 mm,效价为9422.33 AU/m L,相比于基础培养基,抗菌肽效价提高了15.64倍。放大至5 L发酵罐,L.enzymogenes L-43发酵液仍有良好的抑菌活性,抑菌圈直径为27.2 mm,发酵时间缩短至12 h。(4)以抗菌肽活性回收率为指标,考察硫酸铵沉淀法、活性炭吸附解吸附法、树脂吸附解吸附法这三种方法对抗菌肽的分离效果,确定采用树脂吸附解吸附法进行初步分离,进一步优化了其具体工艺条件:选取XAD7HP树脂作为吸附剂,添加量3%,在35℃、200 r/min条件下吸附90 min,吸附率可达到99%,之后抽滤弃上清,加入60:1(v/m)的70%乙醇作为解吸附剂,在30℃、200 r/min下解吸附120 min,回收率可以达到98%。将解吸附浓缩液通过真空冷冻干燥制备成粉末,获得抗菌肽的浓缩品。后续进一步采用半制备RP-HPLC进行分离纯化,具体条件:C18色谱柱,流动相为0.1%TFA的水溶液(A)和0.1%TFA的乙腈溶液(B),梯度洗脱,0-5 min流动相A维持95%,5-40 min变至60%,40-45 min维持60%,46 min变至95%,46-50 min维持95%,检测波长254 nm,柱温30℃,流速3 m L/min。经过RP-HPLC纯化获得5个抗菌物质活性峰,其中含量和抗菌活性最高的为组分3。
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