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微生物发酵提高蚕桑生物质DNJ的优化条件研究

作　者: 蒋运钢
导　师: 桂仲争
学　校: 江苏科技大学
专　业: 特种经济动物饲养
关键词: 蚕桑生物质 发酵 1-脱氧野尻霉素 产量
分类号: TQ920.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


1-脱氧野尻霉素（1-deoxynojirimycin,DNJ）是一种多羟基哌啶生物碱,因其结构类似单糖也称为亚胺基糖。DNJ具有多种生物活性,如降血糖、抗病毒、抗肿瘤等,在食品、医药等领域具有重要的应用价值而倍受关注。桑树中含有丰富的DNJ,其DNJ的含量已经作为判断蚕桑生物质降血糖等效果的重要指标之一。本研究以高效提取蚕桑生物质DNJ和通过发酵法提高其含量为出发点,探讨响应面法优化蚕粉DNJ稀酸浸提工艺、筛选出能大幅度提高蚕桑生物质DNJ的发酵菌种并对发酵条件进行优化、研究优势微生物菌种发酵蚕桑生物质DNJ产量的应用前景,以期为蚕桑资源的精深加工和DNJ产品的开发利用提供理论和技术指导。主要取得如下研究结果。采用响应面法优化出稀酸浸提家蚕DNJ的数学模型为:Y= 0.47+ 0.054X1 - 0.03X2- 0.00925X3+ 0.03X1X2- 0.07X1X3- 0.059X2X3- 0.013X12 - 0.027X22 + 0.024X32 ,该模型显著,能够解释各因素对家蚕DNJ提取效果的影响。通过响应面法优化出稀酸浸提家蚕DNJ的最佳工艺参数为:提取时间3.3h,浸提温度72.9℃,料液比分数为1:282。在此模型影响的稀酸浸提DNJ的理论提取率为0.493%,实际提取率为0.487%,理论值和实际值基本一致。模型的响应面和等高线分析发现,浸提时间、浸提温度和料液比分数之间存在明显的交互作用。本文通过比较8种起始发酵菌株,筛选出灵芝菌种为发酵桑叶DNJ产量的最合适菌种。经PB设计,在比较8个不同因素对灵芝菌种发酵桑叶产DNJ的实际影响分析得出,微环境pH值,无机氮源KNO3含量和菌体接种量作用明显。进一步的单因素分析,并结合采用响应面法优化出的灵芝菌种发酵条件数学模型为:Y=0.054-9.37×10-4X1+1.25×10-5X2+5×10-5X3-9.75×10-4X1X2+1.5×10-4X1X3+6.5×10-4X2X3-7.32×10-3X 12 -9.27×10-3X 22 -7.25×10-3X 32 ,该模型显著,能够解释各因素对桑叶DNJ提取效果的影响。通过响应面法优化出灵芝菌种发酵桑叶DNJ的最佳发酵为:pH值6.97,KNO3含量0.81%,菌体添加量2.00 mL。在此模型影响的灵芝菌发酵液DNJ提取率为0.548%,与发酵前比较,经灵芝菌种发酵后DNJ含量大幅度提高。模型的响应面和等高线分析显示,pH值、KNO3含量和菌体添加量之间交互作用明显,进一步验证模型可靠。在比较桑树不同部位DNJ含量发现:桑叶DNJ的分布规律为:上位叶>侧根>中位叶≥桑枝皮>下位叶,由此可见桑嫩叶可能是DNJ的主要来源生产部位;比较蚕粉不同干燥工艺得出:超低温冷冻干燥>喷雾干燥>热风干燥,显示出超低温冷冻干燥有利于保持生物活性物质DNJ分子结构特性,而喷雾干燥过程中有瞬时加热的过程,通风干燥则加热时间较长,从而影响其检测量。经灵芝菌发酵后,桑叶（上位叶）DNJ含量提高20.6%;冻干燥蚕粉DNJ含量为51.2%,提高了6.9%;调查三龄第1天至五龄第7天每天蚕粪发酵前后DNJ含量的变化趋势,结果显示,发酵前后变化趋势一致;三龄第1天蚕粪DNJ含量最高,然后逐渐下降,从五龄第2天至五龄第7天趋于平缓,其中五龄第4天含量最低。发酵后蚕粪DNJ含量平均提高20%,最高为五龄第4天,提高40.8%。关于家蚕对DNJ的吸收和排泄机制有待于进一步深入研究。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-14
第1章 绪论  14-26
  1.1 生物碱概述  14-15
  1.2 1-脱氧野尻霉素研究进展  15-19
    1.2.1 1- 脱氧野尻霉素简介  15-16
    1.2.2 1-脱氧野尻霉素的生物学活性  16-19
  1.3 提高 D N J 含量的研究进展  19-21
    1.3.1 DNJ 提取优化设计方案  19-20
    1.3.2 微生物发酵  20-21
  1.4 1-脱氧野尻霉素的应用前景  21-24
    1.4.1 DNJ 在食品和保健品行业的应用  21
    1.4.2 DNJ 在制药工业的应用  21-23
    1.4.3 DNJ 的化学合成与修饰  23-24
  1.5 本课题研究目的、内容及意义  24-26
第2章 响应面分析法优化家蚕 DNJ 的稀酸浸提工艺  26-36
  2.1 前言  26
  2.2 材料与方法  26-28
    2.2.1 实验材料、仪器与试剂  26-27
    2.2.2 实验方法  27-28
  2.3 结果与分析  28-34
    2.3.1 高效液相色谱检测谱图  28
    2.3.2 标准曲线与检出限  28-29
    2.3.3 浸提温度对家蚕 DNJ 提取效果的影响  29
    2.3.4 料液比对家蚕 DNJ 提取率的影响  29-30
    2.3.5 浸提时间对家蚕 DNJ 提取率的影响  30
    2.3.6 旋转正交分析与检验  30-34
  2.4 讨论  34-35
  2.5 本章小结  35-36
第3章 微生物发酵提高桑叶 DNJ 产量的优化条件  36-50
  3.1 前言  36
  3.2 材料与方法  36-40
    3.2.1 实验材料与实验仪器  36-37
    3.2.2 实验方法  37-40
  3.3 结果与分析  40-47
    3.3.1 优势微生物菌株的筛选  40-41
    3.3.2 Plackett-Burman 设计结果  41
    3.3.3 单因素分析  41-43
    3.3.4 发酵条件优化及模型的构建  43-47
  3.4 讨论  47-48
  3.5 本章小结  48-50
第4章 微生物发酵提高 DNJ 含量在蚕桑生物质中的应用  50-57
  4.1 前言  50
  4.2 材料与方法  50-52
    4.2.1 实验材料、试剂及仪器  50-51
    4.2.2 实验方法  51-52
  4.3 实验结果与分析  52-54
    4.3.1 蚕桑生物质 DNJ 含量比较  52-53
    4.3.2 微生物发酵蚕粉和桑叶对其 DNJ 含量的影响  53-54
    4.3.3 微生物发酵蚕粪对其 DNJ 含量的影响  54
  4.4 讨论  54-55
  4.5 本章小结  55-57
结论  57-59
参考文献  59-68
攻读硕士期间发表的学术论文  68-69
致谢  69-70
大摘要  70-74

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 其他化学工业 > 发酵工业 > 一般性问题 > 发酵工艺
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