益生菌吸附氯氰菊酯特性及机理的研究

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jinshuxian
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乳酸菌和酵母菌多具有较高的安全性和可食性,广泛应用于食品及饲料中。目前已经证实这两类微生物可以通过吸附作用与重金属、真菌毒素、塑化剂、杂环胺、染料等有毒有害物质结合,从而减少有毒有害物质对环境或人体的危害。仅有少数学者对芽孢杆菌、假单胞菌和乳酸菌等微生物吸附有机磷杀虫剂和除草剂进行了研究,但未见有乳酸菌或酵母菌用于拟除虫菊酯类农药吸附的相关报道。氯氰菊酯(cypermethrin,CY)是农林业中使用较为普遍的拟除虫菊酯类杀虫剂,易在环境中蓄积,并由食物链进入人体,其代谢产物毒性强于母体,会造成二次污染。因此,如何用安全、有效的方法脱除环境、食品中的CY,减轻CY对人体健康的危害,已成为亟待解决的问题。微生物吸附因其绿色、高效、经济、易得等优点而备受关注。本研究以实验室前期从发酵食品及健康动物粪便中分离的乳酸菌、酵母菌为菌源,筛选出对CY具有高吸附性、高耐受性、能在胃肠道中发挥良好作用的菌株,并探究其吸附特性和机理,对菌株脱除果蔬汁中CY的作用效果进行初步分析。主要结果如下:(1)吸附氯氰菊酯益生菌的筛选鉴定。根据各菌株的吸附能力,从282株乳酸菌中选出6株、45株酵母菌中选取5株具有高吸附率的菌株,再结合菌株对CY耐受性,以及在人工胃肠液中的耐受力、吸附率、吸附稳定性复筛,共获得4株具有吸附及益生性能的菌株。经形态学分析、生理生化特性和16S rDNA或26S rDNA分析,确定源于泡菜的菌株RS60为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、D15为乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici),源于腊肉的菌株YS81、红葡萄酒的菌株HP为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。(2)益生菌吸附氯氰菊酯的特性。考察了益生菌吸附CY的特性,包括不同因素对菌体吸附能力的影响、吸附稳定性、吸附谱、动力学和吸附等温曲线。乳酸菌对CY的吸附主要受培养时间、温度、菌体浓度、CY浓度影响,pH影响较小。菌株RS60和D15对CY吸附率一定范围内随培养时间延长而上升,随后达到平衡;温度、菌体浓度的增加有利于吸附率的提升,而升高CY浓度吸附率降低;在pH 38范围内,吸附率变化不大。乳酸菌与CY形成的复合物在PBS溶液中的洗脱率低于吐温溶液。对溴氰菊酯、氰戊菊酯、氟氯氰菊酯、3-苯氧基苯甲酸有不同程度的吸附。对菌株的动力学吸附和吸附等温过程进行拟合,表明菌株吸附CY的过程符合准二级吸附动力学模型和Langmuir模型。酵母菌对CY的吸附主要受培养时间、温度、菌体浓度的影响,pH和CY浓度对其影响较小。一定时间范围内,菌株YS81、HP对CY吸附率与时间正相关;pH对吸附率基本无影响,试验pH下两株酵母菌吸附率分别为97.3397.89%、98.1599.44%;较低温度不利于菌株吸附CY;吸附率与菌体浓度呈正相关;5100mg/L CY范围内,吸附率变化较小。酵母菌与CY形成的复合物在PBS溶液中较吐温溶液中的更稳定。对溴氰菊酯、氰戊菊酯、氟氯氰菊酯、3-苯氧基苯甲酸均有吸附能力。菌株吸附CY的过程可用准二级吸附动力学模型和Langmuir模型描述。(3)益生菌吸附氯氰菊酯的机理。热处理后,菌株RS60、D15对CY的吸附率提高,表明其脱除能力与细胞活性无关。酸、碱处理降低了RS60对CY的吸附,但D15的吸附率经酸处理后上升,经碱处理后无变化。溶菌酶处理可以增大D15的吸附能力,但对RS60无促进作用,两株乳酸菌对CY的吸附均不受蛋白酶K的影响。菌株RS60、D15的胞外多糖均参与吸附,去除胞外多糖后吸附率上升。去除表面蛋白后吸附率呈现不同的变化,RS60吸附率降低,而D15吸附率增加。测定各细胞组分的吸附能力,发现细胞壁是乳酸菌参与吸附CY的主要细胞组分,其次是原生质体,细胞壁中起主要吸附作用的成分是肽聚糖。红外光谱结果显示-OH、-NH、-CH3、-CH2、-CH等基团参与RS60对CY的吸附;-OH、-NH、-CH3、-CH2、-CH、-CO等基团参与D15对CY的吸附。结合扫描电镜与不同细胞组分吸附能力的结果,推测同时存在表面吸附和胞内扩散。热、酸、碱、蛋白酶K对菌株YS81和HP的CY吸附能力有促进作用,蜗牛酶对吸附率无明显影响。两株酵母菌的胞外多糖均不参与吸附,去除胞外多糖后暴露出更多的吸附位点,使吸附率上升。菌株YS81和HP对CY的吸附均以细胞壁为主,原生质体为辅。红外光谱显示参与YS81吸附CY的官能团包括O-H、N-H、-COOH、-P=O;HP吸附CY的官能团包括O-H、N-H、-COOH、-CONH2、-P=O等。酵母菌对CY的吸附包括表面吸附和胞内扩散。(4)吸附氯氰菊酯益生菌的初步应用。所得菌株经高温灭活后可用于果蔬汁中氯氰菊酯的脱除,氯氰菊酯去除效果良好,且不会对pH、固形物、总酸、色差等指标有明显影响,有良好的应用前景。本研究筛选出了4株高效吸附CY的菌株,研究其吸附特性,从不同角度探究其机理,并将其作为吸附剂用于果蔬汁中CY的去除。研究结果为食品或人体中氯氰菊酯的脱除提供了菌种资源和数据参考,具有重要的理论意义和应用价值。
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