产胞外多糖双歧杆菌的筛选及其生物学特性和产量优化研究

来源 :石河子大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:c472559561
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双歧杆菌是人体内重要的益生菌之一,具有许多优良的生理功能。胞外多糖(Exoploysaccharides,EPS)是其在生长过程中产生的次级代谢产物,有研究证明双歧杆菌的一些有益健康特性与它们的聚合物有关,因为周围环绕着一层高含水量的胞外多糖,可以保护环境中的细胞,然而目前报道的双歧杆菌的EPS产量较少。本文将从人源胃肠道中筛选出EPS产量高、益生特性好的的双歧杆菌,然后优化菌株合成EPS的发酵条件。首先从新疆喀什地区粪便样品中运用16S rDNA序列分析,分离得到了52株肠道来源的双歧杆菌。经过初筛发现有11株双歧杆菌在在MRS平板和脱脂乳培养基中有产粘拉丝的情况;接着通过苯酚-硫酸法对11株双歧杆菌进行了复筛,结果显示有7株双菌的胞外多糖产量较高,分别为B.longumMFX-1和MFX-2,B.longum subsp.infantis BF66-16、BF85-36和BF107-4,B.bifidumBF107-7和BF52-1。它们的EPS产量均达到400 mg/L以上,尤其是来源于婴儿粪便的B.longum subsp.infantis BF66-16胞外多糖的产量高达513.06 mg/L。其次对筛选出的7株EPS产量较高的双歧杆菌益生特性进行分析,包括菌株的生长曲线,低pH和不同胆盐浓度下的耐受性,模拟胃肠液的存活情况,抑菌活性,体外粘附特性(自聚集和疏水性)以及抗生素耐受性。结果显示:双歧杆菌开始生长缓慢,在第12 h后迅速生长,且菌株生长到28 h,细胞数达到最高,这个时候菌悬液OD 600值均能达到1.8以上,菌株增殖数与死亡数逐渐平衡;菌株生长性能良好,活力强且生物量充足。确定了菌株的培养时间,接着在耐酸试验中,所有菌株在pH 2.0的环境下都不能生长;但在pH 3.0的条件下培养4 h后菌株的存活率仍达到30%以上。在耐胆盐试验中,胆盐浓度为0.3%时MFX-2和BF66-16的存活率超过14%。模拟胃肠液中,菌株在模拟胃液存活120 min后存活率仍有40%,耐受能力较强,接着转移至模拟肠液连续培养120 min后,仅有BF66-16的存活率较高。7株双歧杆菌对七种常见条件致病菌有不同的抑菌活性。然后结合粘附试验和抗生素耐受性的结果,初步推测菌株BF66-16能够粘附在胃肠道中并且可存活一定的数量以发挥其益生特性,因此选取此菌做后续的研究。最后对影响菌株BF66-16 EPS合成的因素进行优化,结果表明:蔗糖7%(w/v)、蛋白胨1.2%(w/v)、牛肉浸粉1%(w/v)、酵母浸粉0.7%(w/v)、K2HPO4 0.6%(w/v)、乙酸钠0.6%(w/v)、柠檬酸铵0.3%(w/v)、吐温-80 0.2%(v/v)、初始pH值6.5、温度36°C、接种量2%(v/v)时,菌株EPS产量最高。基于单因素试验,使用Design Expert 8.0软件进行设计Plackett Burman试验,考察对影响EPS产量的9个因素,得到EPS产量预测值(Y)的拟合方程:Y=35.03+8.07×X1+1.52×X2+0.097×X3-0.59×X4+1.02×X5-0.62×X6+0.41×X7+0.75×X8+3.19×X9((Xi为因素编码值),蔗糖含量(X1),蛋白胨含量(X2)、培养基初始pH值(X9)对EPS产量影响显著,并具有正效应。接着采用最陡爬坡试验确定了响应值的理论最优组合(蔗糖80 g/L、蛋白胨14g/L、pH 6.9),并以此为BBD试验中心点,设计试验,得到二次方程Y=5.22+0.21A+0.36B+0.21C-0.12AB-0.018AC-0.19BC-0.61A2-0.43B2-0.30C2,回归分析结果表明A、B、C、各变量二次项(A2、B2、C2)对EPS产量具有显著影响(P<0.05)。经模型预测,当蔗糖含量、蛋白胨含量和初始pH值分别为81.5 g/L、14.21 g/L和7.00时,菌株的EPS产量最大。经试验验证及发酵进程研究,EPS产量达到3.13 g/L,是未优化时(0.51g/L)的6.1倍。综上所述,本文从人源肠道中筛选了7株高产EPS双歧杆菌,产量均在400 mg/L以上。接着测试了7株菌的体外益生特性,包括低酸耐胆盐和模拟胃肠液耐受性,抑菌活性,粘附特性以及抗生素耐受性;综合分析试验结果,得到菌株BF66-16的益生特性较好。然后对该菌株的EPS发酵条件进行了优化,优化后的产量(3.13 g/L)是优化前(0.51 g/L)的6.1倍。分析高产EPS双歧杆菌的体外益生特性,反映了双歧杆菌EPS对其自身有一定的的保护作用,为其作为益生菌深入开发应用提供了事实依据;同时通过响应面法优化双歧杆菌EPS的发酵条件,提高了一定的EPS产量,为后续分离纯化出较纯的EPS,研究其单糖组成、结构及理化性质的作用机理奠定了基础。
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