从米根霉细胞壁寻找天然壳聚糖的研究涉及了微生物发酵、生物化学分析、壳聚糖的提取与性质鉴定等多个生物技术领域。本研究聚焦于通过生物发酵法使用米根霉(R.oryzae)生产壳聚糖,并探究了培养时间、添加生物素等对壳聚糖产量和菌体生物量的影响,最终通过多种仪器分析验证了壳聚糖的结构与特性。
在生产壳聚糖的过程中,首先要了解米根霉是一种发酵生产L-乳酸等生化产品的菌种,它的生物量培养条件相对简单。通过摇瓶培养72小时,得到了占生物量干重10.1%的壳聚糖,且壳聚糖的重均分子量、粘度及脱乙酰基程度等重要指标达到了较理想的水平。重均分子量为5.37×10^5,粘度为240mPa・s,脱乙酰基程度为92%。这些参数对于评估壳聚糖的商业价值和应用潜力至关重要。
米根霉细胞壁含有天然的壳聚糖,这一发现通过红外光谱、热重分析及粉末X射线衍射等方法得到了证实。壳聚糖作为一种线性聚合物,主要由N-乙酰-D-葡萄糖胺通过β-(1→4)糖苷键连接而成,是一种可再生的、可生物降解的天然高分子材料。壳聚糖广泛应用于食品、农业、医药、造纸和水处理等行业。
在研究的材料和方法方面,通过Czapek斜面培养基和YPG发酵培养基培养米根霉,获得了菌体生物量。之后对菌体细胞质、蛋白质、脂类物质进行去除,并制备细胞壁以提取壳聚糖。提取的壳聚糖通过红外光谱定性分析、脱乙酰基程度测定、折光指数增量值测定、第二维利系数测定和重均分子量测定以及粘度测定等多步骤进行鉴定与分析。
在结果和讨论部分,研究指出了培养时间对壳聚糖产量及菌体生物量的重要性。72小时是产量的高峰,随后壳聚糖与菌体生物量呈现下降趋势。CAMP(环磷酸腺苷)作为细胞内的信号分子,其水平与壳聚糖的含量呈负相关关系,暗示了在实际生产中如何通过控制CAMP的水平来提高壳聚糖产量。研究还发现,生物素的添加对提高壳聚糖产量有积极的影响。生物素作为酶辅酶参与了微生物细胞内CO2的固定反应,影响了碳代谢途径,从而间接提高了壳聚糖的产量。
研究中还探讨了亚胶环己酣对壳聚糖产量的影响,但结果表明加入亚胶环己酣并未提高壳聚糖的产量。通过红外光谱分析,比较了米根霉细胞壁提取的壳聚糖与虾壳提取的标准样品壳聚糖,证实了米根霉细胞壁中的确存在与虾壳来源类似的壳聚糖成分。
该研究为壳聚糖的生产提供了新的思路和方法,并对利用米根霉发酵法生产壳聚糖的工艺条件进行了优化。同时,也为壳聚糖作为生物材料的应用和开发提供了科学依据。