产黄青霉Penicillium chroysongenum菌丝体综合利用的研究

【摘要】产黄青霉Penicilliumchrysongenum菌丝体是发酵制药工业的主要副产品,细胞壁中含有大量的碱溶性多糖和壳聚糖,在其细胞膜上存在有一定量的麦角固醇。对其综合利用进行开发研究,使这一生物质资源得到充分利用,既有一定的经济效益,又有利于环境保护,同时,对于其它废菌丝体的利用有指导和借鉴意义。通过对产黄青霉Penicilliumchrysongenum菌丝体碱溶性多糖组分的结构研究,证明为线性结构的(1→3)-α-D葡聚糖,其分子量为180kDa；分离提取方面,影响(1→3)-α-D-glucan提取的条件因素主要包括反应温度、提取时间、NaOH溶液浓度和反应体系的固液比。根据单因素条件优化试验结果,有利于(1→3)-a-D葡聚糖提取的温度范围是70一90℃,适宜的提取时间应在120-150min,NaOH溶液浓度应选择2mol/L左右,选择4-6倍湿菌体的碱液,提取的(1→3)-α-D葡聚糖为干菌重的6.5%左右。对于产黄青霉Penicilliumchrysongenum菌丝体麦角固醇的分离提取,在80℃进行皂化反应,最佳NaOH浓度为2.0mol/L,皂化时碱液用量为大约3倍于湿菌体,皂化2小时,最佳的乙醇用量为20%,麦角固醇的提取量接近最高,提取量为5.8mg/g干菌体。萃取过程中最佳萃取温度定为50℃,萃取所用石油醚体积为80m1/100g湿菌体,两次萃取可以萃取出大约95%的麦角固醇。经一次结晶得到淡黄色的晶体,收率为52.1%；二次结晶得到白色晶体,收率为65.7%,纯度95.7%；结晶总收率为34.3%。所得麦角固醇晶体在石油醚中的紫外吸收光谱峰的波长分别为294nm,282nm,272nm,261nm对于产黄青霉Penicilliumchrysongenum菌丝体壳聚糖的分离提取,脱乙酰过程的NaOH浓度达到2mol/L,温度达到80℃左右,大约2.5小时后,甲壳素脱乙酰化反应达到较高程度。提取时适宜的盐酸浓度为2%左右。所得壳聚糖脱乙酰度为87%,得率4.8%,分子量在一万道尔顿左右的约占71.2%,而分子量在五万,三万道尔顿左右的壳聚糖分别约占18.4%和10.4%。以上实验研究表明,在麦角固醇的提取过程中,皂化反应是关键步骤：在提取壳聚糖的过程中,脱乙酰化反应是关键步骤；同时,碱溶性多糖的提取过程中,溶解是关键步骤。在这些步骤中,碱的有效利用对产量和成本及废液排放量有重要影响。据此设计从产黄青霉Penicilliumchrysongenum菌丝体联合提取(1→3)-α-D葡聚糖,壳聚糖和麦角固醇的工艺流程,研究提取条件,进行初步放大试验,对随之产生的含盐有机废水进行厌氧发酵利用和培养粘红酵母生产β-胡萝卜素的初步试验。试验表明,NaOH浓度影响麦角固醇和壳聚糖产量,乙醇的加入促进了皂化反应和脱乙酰化反应。在85℃2MNaOH和20%乙醇条件下,反应1.5小时,产物麦角固醇为干菌体0.58%,(1→3)-α-D-葡聚糖为干菌体6.7%,壳聚糖为干菌体6.3%,脱乙酰度87%。鉴于该工艺系统的复杂性,本研究采用BP神经网络算法,通过建立一个两层人工神经网络,隐层的传递函数采用tan-sigmoid,输出层采用线性传递函数,隐层神经元初步设为4个,网络输出层设计为两个神经元,网络训练采用Levengerg-Marquardt算法,得到结果显示隐含层结点数对训练误差的影响较大,在有九个结点时最优,训练数据和实验数据呈线性关系,斜率和线性相关系数均为1。经实验验证,人工神经网络模拟数据与实验测得数据基本吻合。根据人工神经网络模拟结果,综合物料消耗,实验条件确定为NaOH温度85℃,液固比2.5：1,时间120min,乙醇25%,此时模拟结果壳聚糖产率6.5971%,麦角固醇产率5.9015%0,实际试验结果为壳聚糖产率6.43%,麦角固醇产率5.85%0。基于以上研究,进行4批次的初步放大试验,每批投料10Kg,初步放大试验结果为麦角固醇、葡聚糖、壳聚糖的平均产量为：麦角固醇(0.665%),葡聚糖(6.76%),壳聚糖(4.373%)。结果与实验室试验结果相近。麦角固醇结晶后晶体纯度93.5%。壳聚糖纯度分析为95.4%。对工艺过程产生的含盐有机废水,采用厌氧发酵处理,含驯化产甲烷污泥的反应器运行40天并达到稳定,处理废水100ml/day可产甲烷70m1,出水COD降低至3000mg/L以下。废水直接培养粘红酵母Rhodotorulaglutinis,至第6天生物量可达9g/L,COD去除效率最大可达50%；补加1%葡萄糖,至第7天生物量达到最大,达到13g/L,COD去除率可达65%。此时粘红酵母生物量中β-胡萝卜素可达0.25mg/g,废水可生产p-胡萝卜素3.3mg/L。对于(1→3)-α-D-葡聚糖的利用,开展了用作脂肪酶固定化载体的研究及合成葡聚糖季铵盐的抗菌活性的初步研究。水不溶性(1→3)-α-D-glucan经成球、活化,用于脂肪酶Candidasp.lipase(EC3.1.1.3).的固定化,得到的微球具有蛋白负载量1.41mg/g,负载收率31.3%,比活26.8U/mg,酶活收率83.8%。通过将脂肪酶固定在(1→3)-α-D-葡聚糖上,其热稳定性得到明显改善。45℃条件下2小时固定化脂肪酶酶活仍保持80%以上,55℃条件下,2小时固定化脂肪酶酶活保持在70%以上,65℃下,0.5小时固定化脂肪酶酶活仍可保持50%。45、55℃下固定化脂肪酶酶活下降较慢。在室温条件下,固定化脂肪酶储存2个月,酶活无明显下降。脂肪酶通过固定化,在连续使用10次后,其活性仍然保持80%以上。(1→3)-α-D-葡聚糖与缩水甘油基三甲基季铵盐酸盐(GTMAC)在碱性条件下反应,合成的季铵盐表现出有较强的抗菌活性。该葡聚糖季铵盐对大肠杆菌最低抑菌浓度为1.0mg/ml,对金黄色葡萄球菌最低抑菌浓度为2.0mg/ml。葡聚糖季铵盐通过作用于细菌细胞膜而发挥抗菌作用。由壳聚糖降解制备的壳低聚糖是一种生物制剂,用于抗西瓜枯萎病的大田实验及抗棉花枯萎病的试验研究。实验表明,5%壳低聚糖水剂灌根对西瓜枯萎病的防治有一定的防治效果,使用的剂量在200-600倍,采用灌根的方法在发生枯萎病初期施药或发病之前施药可有效控制西瓜枯萎病病情的发展。通过时间及地域效果比较说明其防治效果基本稳定。壳低聚糖抗棉花枯萎病方面,对棉花出苗率有促进作用,壳低聚糖处理后株高和根长均高于对照药剂处理,病死率则相对低于对照药剂,但防效均达到70%以上。
【作者】王天奇；
【导师】谭天伟；
【作者基本信息】北京化工大学，生物化工，2007，博士
【关键词】产黄青霉；Penicilliumchrysogenum；综合利用；(1→3)-α-D-glucan葡聚糖；壳聚糖；麦角固醇；固定化脂肪酶；

【参考文献】
[1]田密.信息技术在高中英语口语教学中有效应用方法的研究[D].东北师范大学,现代教育技术,2012,硕士.
[2]杨得草.生防菌苍耳柄锈菌三裂叶豚草专化型传播规律及控制效果[D].中国农业科学院,植物保护（专业学位）,2012,硕士.
[3]王旭艳.故障部件不可修复如新的线形相邻n中连续k系统的可靠性分析[D].西北工业大学,应用数学,2004,硕士.
[4]刘恺.具有AAL5功能的大容量ATM交换机的FPGA设计与实现[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2010,硕士.
[5]张婷.韦应物五七言绝句研究[D].辽宁大学,中国古代文学,2012,硕士.
[6]吴国盛.太阳能电池的温度和光强特性研究[D].太原科技大学,光学,2013,硕士.
[7]陈雯兰.浙江省9类CSSCI收录期刊综合评价指标计量分析研究[J].浙江工业大学学报,2014,01:114-118.
[8]温磊.合成氨驰放气回收单元控制系统改造开发应用[D].大连理工大学,控制工程（专业学位）,2013,硕士.
[9]柴元庆,郭清芳.制造铬鞣猪修饰箱包革的技术关键[J].中国皮革.1993(01)
[10]盖鸿炜,张荣东,黄兵.地方政府投融资平台建设研究[J].北方经贸,2014,03:43+45.
[11]部丽娟,陈超,谭月明,谢青季.水中无机砷的电分析化学研究进展[J].化学传感器,2015,01:10-19.
[12]何绪文,房增强,程言君,于妍,罗梦,贾建丽.污染场地修复过程挥发性有机物散逸规律及浓度分布分析[J].环境化学,2015,02:284-292.
[13]王欢欢.SFRS18对脂肪细胞分化与PPARγ对猪IMF含量影响的研究[D].南京农业大学,动物遗传育种与繁殖,2012,硕士.
[14]孙中强.科举词汇文化阐微[D].青海师范大学,汉语言文字学,2012,硕士.
[15]杨阳.基于超混沌的安全防卫系统的设计与实现[D].大连海事大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[16]姚巍.几种新型二维分子器件的量子输运研究[D].华中科技大学,2012.
[17]孙文书.课程公平的性别体验研究[D].宁波大学,课程与教学论,2013,硕士.
[18]卜颖超.绥芬河市对俄经贸发展研究[D].东北师范大学,人文地理学,2012,硕士.
[19]刘进财.功能性大尺寸富勒烯C_(106)的理论研究[D].哈尔滨工业大学,物理化学,2014,硕士.
[20]吕龙飞.苯胺—吡咯共聚物复合材料的制备、表征及其防腐蚀性能[D].江苏科技大学,2014.
[21]冯伟.金盛怡公司供应链状态下生产管理分析[D].西北工业大学,2003.
[22]刘永涛.舱室内液体晃荡的数值模拟及其与船体运动耦合作用的研究[D].上海交通大学,2014.
[23]方智毅.国际银行业发展的新趋势[J].湖南商学院学报,2005,01:75-77.
[24]李建.准干式深孔加工负压抽屑装置的优化设计与仿真研究[D].中北大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[25]李勇.宁夏麦丽燕工贸有限公司市场营销策略研究[D].宁夏大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[26]任芳芳,杜玉扣.PtPd/RGO复合催化剂的制备及对乙醇的电催化氧化[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第23分会：电催化与洁净能源电化学转化[C].中国化学会:,2014:1.
[27]杨星星.中学生科学创造力的动机研究[D].华东师范大学,发展与教育心理学,2013,硕士.
[28]崔又月.网络Turbo码的FPGA实现方案[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[29]韩涛.啤酒酿造中高温发酵低产杂醇油酵母菌种的选育[D].天津科技大学,发酵工程,2004,硕士.
[30]金龙.BC医药有限公司销售人员绩效考核研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[31]蔡安亮.关于弹性光网络中路由与频谱分配问题的研究[D].苏州大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[32]OnyshchukValeriia.乌克兰汉语词汇教学中存在的问题及对策[D].河北师范大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[33]杨海青.数据挖掘技术在医院管理中的应用[J].中华医院管理杂志,2005,07:497-499.
[34]卢甜.多元智能理论下的高中英语“文化角落”教学探究[D].四川外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[35]陈红睿.戴维·佩珀的生态社会主义理论新探[D].哈尔滨工业大学,马克思主义理论,2013,硕士.
[36]王斌.独塔钢斜拉桥地震响应分析[D].大连理工大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[37]金杭庆.走向网络“共和”：公民网络参与对地方政府治理的型塑[D].复旦大学,行政管理,2012,硕士.
[38]蔡正邦.嫘祖丝绸文化的形成过程[J].文史杂志.2001(04)
[39]王琳.Y学校新校区建设项目风险管理研究[D].山东大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.
[40]梁熙英.基于废弃枝条高吸水树脂的制备及其对尿素释放行为的研究[D].浙江理工大学,材料学,2013,硕士.
[41]成蕊.基于TD煤炭专网语音用户面系统的研究与实现[D].西安科技大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[42]王银霞.内蒙古自治区体育产业发展政策研究[D].内蒙古师范大学,行政管理（专业学位）,2012,硕士.
[43]朱伟.从文字文献到影像口述[D].东北师范大学,广播电视艺术学,2012,硕士.
[44]刘楠.自组织应急通信场景下接入技术的研究[D].北京邮电大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[45]孙波.我国“校体联合”共建高水平篮球队的理论探索与案例分析[D].北京体育大学,社会体育指导,2013,硕士.
[46]王文斌.基于脉冲实验的地铁环境振动响应传递函数预测方法研究[D].北京交通大学,2011.
[47]孙龙德,撒利明,董世泰.中国未来油气新领域与物探技术对策[J].石油地球物理勘探,2013,02:317-324+332+162.
[48]孙军和,王梅生,王彦娟,张小雷,郭健.仪器数据道和辅助道不同步问题对地震资料的影响分析[J].石油地球物理勘探,2013,03:333-339+506+325.
[49]吴涛.中小学校园更新改造研究[D].安徽建筑工业学院,城市规划与设计,2012,硕士.
[50]张晓亮.高糖、高同型半胱氨酸诱导小鼠足细胞凋亡的相关机制探讨[D].山西医科大学,内分泌代谢学,2013,硕士.