化妆品生产厂,珠海水信生物科技有限公司关于低聚热凝胶的共培养发酵及其生物活性的研究[水信生物]

热凝胶是一种只由β-1,3-糖苷键连接而成的线性葡聚糖,具有独特的成胶特性,在食品、医药和生命科学等领域应用广泛,同时也是制备低聚热凝胶的重要来源。

化妆品生产厂,与热凝胶相比,低聚热凝胶在生命和医药领域有着更广阔的应用前景。因此,快效制备热凝胶及低聚热凝胶是满足日益增长的市场需求的关键。目前报道的益生元发酵动力学较快,产气量大、副作用明显,严重降低了人们对益生元的认可度。

化妆品生产厂,因此,探索低聚热凝胶的益生元作用,可进一步挖掘低聚热凝胶的生物活性,并为发现新型益生元提供指导和帮助。基于此,本课题研究土壤杆菌和哈茨木霉共培养制备低聚热凝胶的发酵体系,探讨吐温-80对该体系低聚热凝胶生物合成的影响及其可能机制,并通过体外培养评价该低聚热凝胶作为益生元的应用可行性。

化妆品生产厂,主要研究结果如下:通过筛选得到一种合适的营养元,构建土壤杆菌和哈茨木霉组成的共培养发酵体系,并考察该体系对土壤杆菌产热凝胶的影响。结果表明:小麦麸皮是该共培养发酵体系的z佳营养元,小麦麸皮的存在既能实现哈茨木霉合成内切β-1,3-葡聚糖酶,同时也不影响土壤杆菌合成热凝胶;摇瓶结果表明:当共培养发酵体系中土壤杆菌和哈茨木霉的初始接种比为1:2.8、pH为6.5和发酵时间为144 h时,热凝胶的产量z高,为51.10g?L~(-1),此时其分子量为69.27 kDa;7 L发酵罐水平结果表明:与土壤杆菌单菌发酵体系相比,共培养发酵体系中热凝胶z高产量提高了119.93%;共培养发酵体系生产的热凝胶结构与土壤杆菌单菌发酵体系生产的热凝胶结构相同;该共培养发酵体系快效的热凝胶生产效率与土壤杆菌的有氧呼吸强度及热凝胶合成酶表达量的提高有关。

化妆品生产厂,在土壤杆菌单菌发酵体系中,考察表面活性剂对土壤杆菌产热凝胶的影响。结果表明:在土壤杆菌细胞生长阶段开始时添加16 g?L~(-1)的吐温-80时,热凝胶的产量z高,达到了51.94 g?L~(-1);添加吐温-80未改变热凝胶的结构,但是降低了热凝胶胶层致密度,有效减弱了热凝胶对土壤杆菌的包裹程度;添加吐温-80改变了土壤杆菌细胞膜形态、提高了细胞膜通透性;胞内核苷酸水平和基因转录水平结果表明:添加吐温-80增强了土壤杆菌的UTP再生、ATP再生、热凝胶合成代谢、应激反应能力和能量供应的效率,为热凝胶的生物合成提供了更多的物质和能量,从而强化了热凝胶合成。

化妆品生产厂,利用土壤杆菌和哈茨木霉组成的共培养发酵体系建立微生物发酵直接制备低聚热凝胶的方法,并对该体系合成低聚热凝胶的过程进行优化和中试试验。摇瓶结果表明:当共培养发酵体系中初始接种比为1:10、pH为6.0和吐温-80浓度为10 g?L~(-1)时,低聚热凝胶的产量达到了8.59 g?L~(-1);通过考察葡萄糖流加速率和溶氧控制策略对低聚热凝胶生成过程的影响,提出了两阶段的葡萄糖流加和溶氧控制策略,

化妆品生产厂,即:在哈茨木霉菌体生长阶段,葡萄糖流加速率和搅拌速度分别为2.0 g?L~(-1)?h~(-1)和600 rpm,在低聚热凝胶生成阶段,葡萄糖流加速率和搅拌速度分别为0.5 g?L~(-1)?h~(-1)和400 rpm时,低聚热凝胶的产量达到了17.31 g?L~(-1),此时其聚合度为19-25;3 t发酵罐水平的中试试验(低聚热凝胶产量为9.68g?L~(-1))证明了共培养发酵体系产低聚热凝胶的工业化生产可行性。利用共培养发酵体系直接生产低聚热凝胶,可以省去热凝胶和内切β-1,3-葡聚糖酶的提取、纯化和干燥等步骤,节约成本,是一种在工业上具有较大应用潜力的低聚热凝胶制备方法。(4)考察低聚热凝胶作为益生元的应用潜力。

化妆品生产厂,体外模拟消化实验表明低聚热凝胶难以被唾液、模拟胃液和模拟肠液消化,具备益生元的基本特性。特定益生菌体外发酵结果表明:低聚热凝胶在发酵前期(0-24 h)对六种益生菌(青春双歧杆菌、长双歧杆菌、两岐双岐杆菌、植物乳杆菌、短乳杆菌和嗜酸乳杆菌)的增殖、pH降低以及产短链脂肪酸的促进作用低于同浓度菊粉;但是,在发酵后期(24-48 h),与菊粉相比,除植物乳杆菌外,低聚热凝胶对其余五种益生菌的增殖和产短链脂肪酸的促进作用更强。

化妆品生产厂,粪便样品体外发酵结果表明:低聚热凝胶对粪便样品中的肠道有益菌(双歧杆菌属、乳杆菌属和柔嫩梭菌属等)具有促生长作用,提高了培养液中多种短链脂肪酸的含量;与菊粉相比,粪便样品以低聚热凝胶为碳源时,发酵持续时间更长,产气量降低了78.68%,因此产生的腹中积气、鼓胀和便溏等副作用会更小。

化妆品生产厂,低聚热凝胶的浓度在10-40 g?L~(-1)时,其益生效果呈现浓度依赖性,且浓度越高,依赖性越小。总之,该低聚热凝胶具有肠道益生菌促生长作用,可作为一种潜在的新型益生元。

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