展青霉素是一种具有广泛生理及细胞毒性的真菌毒素,主要污染果蔬及其制品,对苹果及苹果汁污染尤为严重。由于其特殊的物理化学特性使其在苹果汁生产过程中难以完全去除或者降解,展青霉素超标已成为苹果汁出口的技术壁垒之一。与展青霉素传统控制方法相比,利用灭活乳酸菌吸附展青霉素具有成本低、去除率高且来源丰富等优点,被认为是最具前途的控制方法之一。本论文以6株热灭活乳酸菌菌株的完整细胞为研究对象,从特异性表征入手,利用多种手段广泛系统的研究了热灭活乳酸菌吸附展青霉素的机理,以期为酸性液体食品中展青霉素的有效控制提供基础数据和技术支持。主要研究内容及结果如下:1、利用扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积测定仪(BET)对完整菌体进行表征。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、Zeta电位测定仪、接触角法对吸附前后完整细胞表面特性的变化进行了测定。研究表明展青霉素吸附过程与比表面积、细胞壁总体积、氮碳比(N/C)、表面疏水性,基团电负性,以及有利于展青霉素内部扩散的细胞壁结构有一定相关性。EDS及FTIR结果表明,一些与蛋白质和多糖类成分相关的基团(CO、OH/NH),尤其是含氮基团,可能参与了展青霉素吸附。总之,乳酸菌完整细胞的这些物理及化学性质均与吸附作用密切相关。2、利用多种物理、化学及生物方法对热灭活乳酸菌细胞进行不同修饰或干扰(如增加或屏蔽菌体上某些化学基团,增强或削弱菌体的某些表面性质或结构特征),根据不同修饰或干扰方法对吸附效果造成的影响来判断一些化学基团、表面性质及结构特征是否显著参与展青霉素吸附,揭示热灭活乳酸菌细胞吸附去除展青霉素的主要作用成分和作用方式类型。试验结果发现NaOH及酯化修饰处理可以广泛提高热灭活乳酸菌细胞吸附展青霉素的能力,而胰蛋白酶、脂肪酶、碘酸钠、高碘酸钠修饰处理则广泛降低了热灭活乳酸菌细胞的吸附能力。当溶液pH在2.2~4.0范围时,细胞表面更具正电性,热灭活乳酸菌的展青霉素吸附能力较弱,而当溶液pH在4.0~6.0范围时,细胞表面更具负电性,吸附能力显著提高。溶菌酶修饰处理后的试验结果揭示了菌体细胞壁宏观形态的完整性不是热灭活乳酸菌菌体吸附展青霉素的主要影响因素。热灭活乳酸菌菌体对展青霉素的吸附是有限可逆的,且吸附作用具有多样性,并以强的结合作用为主。此外,研究结果还得出芳香族氨基酸和酸性氨基酸的侧链、邻位羟基、羧基不是热灭活乳酸菌菌体吸附展青霉素的主要位点;而碱性氨基酸、酯基、巯基是展青霉素的主要吸附位点。菌体上的电负性基团是展青霉素吸附的主要位点,且有效位点的数量是促进吸附的重要因素。疏水相互作用、静电相互作用均参与了展青霉素的吸附过程,即吸附过程包括物理吸附和化学吸附。3、通过分析多种吸附参数的影响及吸附过程中动力学、等温线、热力学和传质特征,对热灭活乳酸菌细胞吸附展青霉素的主导吸附模式及动态过程进行判断研究。结果表明热灭活乳酸菌细胞吸附展青霉素的过程中物理吸附和化学吸附同时发生,且主要受化学吸附控制。吸附过程是吸热的和有限可逆的。此外,热灭活乳酸菌细胞对展青霉素的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型及准二级动力学模型,表明展青霉素在非均质细胞表面的不同位点发生了以化学吸附为主的复杂的多层吸附行为。内部扩散是该吸附过程中主要的速率控制步骤。此外,吸附剂浓度的影响取决于有效吸附位点的数量和因冻干细胞的复水作用引起的展青霉素浓度增加的程度。吸附温度的影响依赖于展青霉素的热扩散能力和吸附剂的活化能大小。展青霉素初始浓度的影响取决于展青霉素浓度梯度的驱动性能和吸附剂上有效位点的数量。4、通过比较多种相关成分的吸附能力及理化特性,对热灭活乳酸菌细胞吸附展青霉素的化学吸附机制进行深入验证及分析并探索高效的吸附材料。结果表明,在乙酸酸化水溶液中,还原型谷胱甘肽、精氨酸、赖氨酸、组氨酸、L-半胱氨酸几乎可以完全去除展青霉素,其它去除效果较好的依次是几丁质(90.09%)、壳聚糖(70.51%)、肽聚糖(46.73%)。FTIR光谱变化规律说明肽聚糖、壳聚糖、几丁质对展青霉素的吸附作用主要发生在含氮基团上。结合试验结果及多种吸附材料的理化特征分析,试验结果验证了前面提出的热灭活乳酸菌细胞上的羧基、以及芳香族氨基酸和酸性氨基酸侧链不是展青霉素吸附的关键基团,而精氨酸及赖氨酸碱性侧链、巯基、酰胺基及氨基是展青霉素吸附的功能基团。此外,分析还发现:酰胺键的吸附效果强于氨基,几丁质是控制展青霉素方面较具潜力的吸附剂材料;酸性条件下,氨基酸或肽链上的α-羧基会影响α-氨基的吸附效果。位于氨基酸及肽链支链上的,氮原子、硫原子上有孤对电子的基团是主要功能基团;有机材料带正电或负电,均可吸附展青霉素。作者认为对展青霉素的化学吸附作用分为两种情况:在中性或碱性液体介质中,对于N、S、O原子上有孤对电子的基团,吸附以络合或螯合作用为主;在酸性液体介质中,质子化的功能基团主要通过离子交换或静电吸引的机制吸附展青霉素。生物吸附剂电离模式的复杂性将导致吸附过程更加复杂。