广西多糖材料与改性培育基地
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代表性研究成果简介
2017-12-21 16:51   审核人:

广西多糖材料与改性重点实验室培育基地(以下简称:重点实验室)2016年获立项建设,在多糖纯化与表征、多糖材料化学改性及应用、多糖材料生物改性及应用等三个研究方向展开研究,取得了系列研究成果,主要有:

成果1:木薯淀粉化学与生物转化修饰过程强化基础研究

木薯淀粉中支链淀粉含量较高达80%左右,分子间氢键作用强,天然形成的木薯淀粉颗粒结晶度很高,这一原因造成在木薯淀粉进行化学和生物修饰时,修饰剂分子往往只能与木薯淀粉颗粒表面分子暴露的羟基进行反应,木薯淀粉颗粒内部的分子难以与修饰剂分子发生作用,造成修饰剂与木薯淀粉分子作用不均匀,产品的性能与质量难以控制等,制约了木薯淀粉的深加工利用。

该项成果系统研究了外加能场和溶剂介质对天然木薯淀粉分子聚集态的影响规律,建立了水和醇类溶剂介质中无机小分子通过外场能协同作用降低木薯淀粉颗粒结晶度方法,揭示了外加能场、溶剂介质以及两者协同作用对木薯淀粉分子聚集态影响规律,获得高反应活性木薯淀粉颗粒,解决了化学和生物方法修饰木薯淀粉分子官能团取代不均匀的问题。制备出高取代度的羟丙基淀粉,对木瓜蛋白酶和溶菌酶高选择性吸附的磁性淀粉微球。揭示了木薯淀粉分子溶剂均相化体系固定化脂肪酶催化木薯淀粉分子酯化过程液—固界面调控机理,建立了酯化动力学模型。以天然松香酸、低品质非食用油脂作为酰基供体,脂肪酶催化下进行木薯淀粉的酯化改性,合成出新型木薯淀粉酯产物,揭示了松香淀粉酯的结构及性能关系,松香淀粉酯应用于致癌物苯并芘吸附作用。

8篇代表作在《Food Hydrocolloids》(一区,IF3.858)、《Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic》、《BioMed Research International》、《化工学报》、《林产化学与工业》、《食品科技》等国内外刊物上发表。项目发表相关论文29篇,其中SCI论文3篇,EI论文7篇,中文核心期刊论文18篇。申请发明专利4件,其中获发明专利授权2件。论文被S Shoda、H Genccelep、N Karaki、H Uyama、B Chen、Y Wen等国内外专家引用和推广。其中《Chemical Reviews》(2016, 116(4):2307-2413,IF:46.568)对酶促制备松香淀粉酯的评价是:松香酸是天然树脂的主要成分,是一种很有用的聚合物改性试剂,利用脂肪酶直接催化松香酸及木薯淀粉原料成功合成了松香淀粉酯;8篇代表作被SCI他引35次,其中SCI一区4次。

本研究成果进一步认识了外场能量输入与溶剂协同作用、木薯淀粉颗粒溶剂均相化等方法对木薯淀粉分子聚集态的影响规律,产物构效关系,从分子和介观水平认识提高木薯淀粉颗粒及分子的反应活性机理,获得提高强化木薯淀粉颗粒化学与生物修饰过程及制备新型淀粉功能材料和化学品生产技术途径。

成果2:蔗渣纤维素纯化及改性

甘蔗渣是制糖工业的主要副产品,广西年约产生1300万t甘蔗渣。甘蔗渣成分中纤维素 、半纤维素 约80%,是一种典型的天然多糖材料。目前甘蔗渣一部分用于造纸,大部分作为锅炉燃料,利用率低。以蔗渣的高值化利用为导向,以甲酸为分离介质,对甘蔗渣中各组分进行清洁分离纯化,用纯化后的蔗渣纤维素以离子液体为溶剂制备纤维素微球,制备的纤维素微球球形圆整,95%的微球粒径分布在40~200μm的区间范围,可用于生物蛋白质的分离纯化、酶或其他生物材料的载体。所使用的溶剂可循环使用,为天然植物纤维素的高值化利用提供了一各新的技术途径。相关研究获得国家自然科学基金、广西科学基金等项目资助,发表学术论文8篇,《一种再生纤维素微球及其制备方法》、《甘蔗渣纤维素制备功能化再生纤维素膜的方法》等2项获得国家发明专利授权。

成果3:生物转化蔗糖合成葡聚糖(右旋糖酐)过程调控及应用

实现了固定化合成菌与降解菌协同调控合成不同分子量的α-葡聚糖。葡聚糖是蔗糖在特定的微生物作用下,将蔗糖分子中的葡萄糖单元转化聚合而成,是一种典型的生物基功能材料,广泛用于医药、化工、生物制剂、食品等行业。本实验室在葡聚糖合成菌种选择、合成条件优化、合成过程动力学、转化菌的固定化,葡聚糖产物的表征等方面进行了深入研究,创新性实现了葡聚糖合成菌在水溶性高聚物介质中的培养、发展了菌株固定化方法,采用固定化转化菌与葡聚降解菌协同作用实现对合成葡聚糖产物的分子量及结构调控。以蔗糖为原料,筛选出了一株α-葡聚糖合成菌和一株降解菌,初步实现分子水平上的降解过程和产物分子量调控,试制的产品通过广西壮族自治区食品药品检验所检测符合国家相关标准。用葡聚糖对草酸脱羧酶进行了修饰,修饰率为93.2%,酶活回收率55.8 %,修饰的草酸脱羧酶稳定性显著增强,具有预防和治疗草酸钙结石症的应用前景。针对多糖生物转化过程体系中粘性增加影响生物转化中氧传递和基质传递过程的问题,与德国亚琛工业大学生物化工研究所合作,以模拟生物转化粘度体系研究了对氧传递过程的影响,为开发新的合成葡聚糖技术提供了相关理论基础,以及进一步拓展了葡聚糖的生物酶合成过程。相关研究成果在《Biotechnology and Bioengineering》(2013,IF=3.648)、Journal of Colloid and Interface Science(2015,IF=3.368)、中文核心期刊发表论文10篇,获国家发明专利授权2件。研究成果在《Biotechnology and Bioengineering》、中文核心期刊发表论文8篇,《一种生物法制备中低分子量右旋糖酐的方法》获国家发明专利授权。

成果4:产胞外多糖海洋微生物的分离鉴定及其多糖免疫学特性研究

从北海及钦州两地采集的海泥及近海水样中筛选出两株产胞外多糖较多的细菌,通过16SrDNA鉴定,属于Bacillus属,BHc-09属于Vibrio属。通过发酵条件优化最终OLc-04菌胞外多糖产量达到0.4759mg/mL,BHc-09菌胞外多糖产量达到0.4917 mg/mL。对QLc-04和BHc-09所产胞外多糖的体外免疫学活性和抗肿瘤细胞生长活性进行了初步研究,实验结果表明,04多糖和09多糖体外都能够抑制肿瘤细胞的生长。研究选用海洋细菌所产的具有免疫活性的胞外多糖作为免疫增强剂作用于雏鸡,04多糖和09多糖与B87疫苗一起应用能显著增强机体免疫细胞数量,对于今后IBD的免疫增强以及其他禽类疾病的免疫增强策略有参考价值。同时对微藻多糖的分离提取进行了初步研究。相关研究获2项国家自然科学基金、广西科学基金等项目资助,发表学术论文3篇,申请发明专利2项。

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