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Macroporous resin in adsorption process of antifungal produced by Streptomyces

大孔吸附树脂吸附链霉菌702抗真菌



全 文 :第7卷第2期
2009年3月
生 物 加 工 过 程
ChineseJournalofBioprocessEngineering
Vol.7No.2
Mar.2009
收稿日期:2008-08-22
基金项目:江西省科技支撑计划项目(赣科发计字(2007)196号);广东省科技攻关项目(2006B130010040)
作者简介:张智平(1983—),男,江西永丰人,硕士研究生,研究方向:微生物发酵工程;涂国全(联系人),教授,Email:tuguoquan@263.com
大孔吸附树脂吸附链霉菌702抗真菌
活性物质工艺
张智平,倪国荣,赖崇德,涂国全
(江西农业大学 生物科学与工程学院,南昌 330045)
摘 要:研究大孔吸附树脂吸附链霉菌702抗真菌活性物质的工艺条件。采用5种不同大孔吸附树脂吸附链霉菌
702发酵液提取液中抗真菌活性物质,选择吸附效果较佳树脂进行吸附条件优化,以桔青霉为指示菌,纳他霉素为
对照抗生素,采用“管碟法”测定抗真菌活性物质含量。结果发现,XAD18树脂吸附效果较好,获得优化吸附条件:
上样液pH6,NaCl质量浓度10g/L,上样量2263mg/g湿树脂,吸附流速25mL/min,水洗体积180mL,洗脱流速
15mL/min,洗脱剂为体积分数10%、50%和90%的甲醇,洗脱方式为梯度洗脱。在确定的工艺条件下 XAD18对
链霉菌702抗真菌活性物质的吸附率可达90%,洗脱率可达75%,回收率可达80%。
关键词:抗真菌;大孔;树脂;链霉菌
中图分类号:TQ424.3    文献标志码:A    文章编号:1672-3678(2009)02-0023-06
Macroporousresininadsorptionprocessofantifungal
producedbyStreptomyces702
ZHANGZhiping,NIGuorong,LAIChongde,TUGuoquan
(DepartmentofBioscienceandBioengineering,JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang330045,China)
Abstract:TheadsorptionprocessofantifungalproducedbyStreptomyces702bymacroporousXAD18res
inwasinvestigated.FivetypesofresinswerescreenedforadsorptionofantifungalextractedfromStrepto
myces702fermentationbroth.ThepotencyoftheantifungalwasdeterminedbyOxfordAssayusingPeni
ciliumcitrinumasindicatorbacteriaandNatamycinascontrolantibiotic.XAD18resinwasselectedas
theadsorbentforitsbeterperformance.TheoptimumelutionconditionwaspH6,NaClconcentrationat
10g/L,adsorptioncapacitywas2263mg/gwetresin,flowratewas25mL/min,elutionvolumewas
180mL,flowratewas15mL/min,andelutecompositionswere10%,50% and90% (V/V)ofmetha
nolinwaterbygradualelution.Undertheseconditions,theadsorptionratiowas90%,theelutionratio
was75%,andtherecoveryratiowas80%.
Keywords:antifungal;macroporous;resin;Streptomyces
  大孔吸附树脂是20世纪60年代发展起来的一
类具有多孔立体结构的非离子型人工合成的有机
高分子聚合物吸附剂,它在抗生素分离纯化、天然
产物的分离、中成药的制备及质量控制、色素的分
离纯化、生化药物研究、环境保护及其他领域有广
泛应用[1-2]。
江西农业大学生物工程系应用微生物研究室
从土壤中分离筛选到 1株链霉菌(简称链霉菌
702),本实验室对该菌株做了大量研究[3-7]。研
究结果表明链霉菌702的发酵液中存在抗细菌活
性物质和抗真菌活性物质。抗细菌物质鉴定为红
谷霉素[6],抗真菌活性物质也做了相关研究[6-8]。
本文以大孔吸附树脂为试验材料,探索其对链
霉菌702抗真菌物质的吸附工艺条件。
1 材料与方法
11 试验材料
链霉菌702发酵液提取液:在50L不锈钢发酵
罐中进行132h的免蒸生料发酵;抑菌测定指示菌:
桔青霉(本实验室自行提供);对照抗生素:纳他霉
素(购自北京东方瑞德生物有限公司,质量分数为
50%);树脂:HP 10、DA 201、SIPI 21,上海亚东
核级树脂有限公司;XAD18、XAD17HP:上海罗门哈
斯化工有限公司;甲醇:天津福晨化工厂;玻璃层析
柱:20mm×400mm。
12 试验方法
121 静态吸附试验
1)树脂筛选试验
在5个250mL三角瓶中分别加入5g处理好的
HP 10、XAD18、XAD17HP、DA 201、SIPI 215种
不同型号的湿树脂,然后分别加入含抗真菌活性物
质质量浓度为158649μg/mL的50mL链霉菌 702
提取液,置于摇床上,30℃、200r/min静态吸附
24h,并分别在05、1、2、4、8、12和24h取2mL母液
进行抗真菌活性物质测定,并分别计算其吸附效
率。吸附效率定义为每g湿树脂单位时间(h)内吸
附物质的质量(mg),mg/(g·h)。
2)不同pH对XAD18树脂吸附的影响
分别称取5g处理好的湿树脂 6份于 6个
250mL三角瓶中,然后分别准确量取含抗真菌活性
物质质量浓度为348045μg/mL的100mL链霉菌
702提取液,调pH为2、4、6(发酵液pH自然)、8、10
和 12后加入三角瓶中,置于摇床上,30℃、
200r/min进行静态吸附4h后,取吸附母液进行抗真
菌活性物质测定。
3)不同质量浓度的 NaCl对 XAD18树脂吸附
影响[9]
分别加入5g处理好的 XAD18湿树脂于6个
三角瓶中,然后再分别准确量取100mL分别含 0、1、
3、4和5g的NaCl及含抗真菌活性物质质量浓度为
348045μg/mL的链霉菌702提取液,置于摇床上,
30℃、200r/min吸附4h后,取吸附母液测定抗真菌
活性物质。
4)XAD18树脂静态饱和吸附量测定
分别称取5g处理好的XAD18湿树脂于250mL
三角瓶中,再加入100mL含1%NaCl及含抗真菌活
性物质质量浓度为377385μg/mL的链霉菌702提
取液,置于摇床上,30℃、200r/min吸附4h后,分别
测定母液中残余抗真菌活性物质。
5)洗脱剂的筛选
分别称取5g处理好的 XAD18湿树脂于27个
250mL三角瓶中,然后加50mL含10g/LNaCl及含
抗真菌活性物质质量浓度为68814μg/mL的链霉
菌702稀释液,置于摇床上200r/min、30℃吸附4h
后,用滤纸过滤除去残余母液,分别测定其中母液
残余抗真菌活性物质含量。过滤树脂分别用体积
分数 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、
80%、90%和100%的甲醇、乙醇和丙酮进行解吸,
分别测定解吸液中抗真菌活性物质含量。
122 XAD18树脂的动态吸附
1)不同浓度提取液对XAD18树脂吸附影响
分别称取4份20g处理好的XAD18湿树脂,湿法
装柱于玻璃层析柱中(20mm×400mm)。取含抗真
菌活性物质质量浓度为315225μg/mL链霉菌702
提取液100mL,分别稀释1、2、3和4倍,使其质量浓
度为315225、157613、105075、78806μg/mL,然
后以2mL/min流速进行柱层析,收集上样流出液。上
样完毕后,用240mL蒸馏水以2mL/min流速洗柱,收
集水洗液。分别测定上样流出液和水洗液中的抗真
菌活性物质含量,计算穿透率和树脂吸附率。
2)较佳吸附流速筛选
取含抗真菌活性物质质量浓度为327308μg/mL
100mL浓缩液,分别上柱,以 10、15、20和 25
mL/min流速进行吸附,收集上样流出液。上样完毕后,
用240mL蒸馏水以2mL/min流速洗柱,收集水洗液。
分别测定上样流出液和水洗液中的抗真菌活性物质含
量,计算穿透率和树脂吸附率。
3)XAD18树脂动态饱和吸附
取20g处理好的XAD18湿树脂装柱,取含抗真
菌活性物质质量浓度为301667μg/mL链霉菌702
提取液600mL上柱,以25mL/min流速进行吸附,
300mL蒸馏水以25mL/min流速洗柱,依次用
42 生 物 加 工 过 程   第7卷 
60mL10%、30%、50%、70%和120mL90%的甲醇
以25mL/min流速洗脱,每管15mL分段收集洗脱
液。分别收集上样流出液、水洗液和洗脱液测定抗
真菌活性物质含量,计算穿透率和树脂吸附率并绘
制穿透曲线和洗脱曲线。
4)洗脱流速对解吸的影响
分别取含抗 真 菌 活 性 物 质 质 量 浓 度 为
26987μg/mL链霉菌702提取液225mL上4根层
析柱,以25mL/min流速通柱,240mL蒸馏水以
25mL/min流速通柱除杂。均依次用60mL10%、
60mL50%、180mL90%的甲醇分别以 10、15、
20和25mL/min流速洗脱,分段收集洗脱液,每管
15mL。分别收集上样流出液、水洗液和洗脱液测
定抗真菌活性物质含量,计算穿透率和吸附率并绘
制洗脱曲线。
5)水洗体积和洗脱剂体积的确定
分别称取3份20g处理好的XAD18湿树脂,装于
编号为1号、2号和3号的玻璃层析柱中。分别取含
抗真菌活性物质质量浓度为22398μg/mL链霉菌
702提取液225mL,以25mL/min流速上柱,用
300mL蒸馏水以25mL/min流速通柱除杂。1号柱
依次用60mL体积分数10%、50%和180mL90%的
甲醇;2号柱依次用60mL体积分数 10%、50%和
150mL90%的甲醇;3号依次柱用30mL体积分数
10%、50%和180mL90%的甲醇均以15mL/min洗
脱,分段收集洗脱液,每管15mL。分别收集上样流出
液、水洗液和洗脱液测定抗真菌活性物质含量,计算
穿透率和吸附率并绘制洗脱曲线。
13 计算方法
树脂吸附量Q(mg/g)、吸附效率q[mg/(g·h)]、
吸附率(%)、解吸率或洗脱率(%)、回收率(%)和穿
透率(%)按下列公式计算。
Q=(ρ0V0-ρ1V1)/m
吸附效率=树脂吸附量/Δt
吸附率=(ρ0V0-ρ1V1-ρ2V2)/ρ0V0×100%
解吸率或洗脱率 =ρD ×VD/(ρ0V0-ρ1V1-
ρ2V2)×100%
回收率=ρDVD/ρ0V0×100%
穿透率=ρ1V1/ρ0V0×100%
式中:ρ0,V0为吸附母液质量浓度(μg/mL)和体积
(mL);ρ1,V1为吸附后母液质量浓度或上样流出液
质量浓度(μg/mL)和体积(mL);ρ2,V2为水洗液中
抗真菌活性物质质量浓度(μg/mL)和体积(mL);
ρD,VD为洗脱液或解吸液中抗真菌活性物质质量浓
度(μg/mL)和体积(mL);m为处理好的湿树脂质
量(g);Δt为吸附时间(h)。
14 树脂预处理方法
将树脂盛于容器中,加入高于树脂层8~10cm
无水乙醇浸泡24h,并不时搅动,使树脂充分溶胀。
将已充分溶胀的树脂装柱,用4倍体积的无水乙醇
以5倍树脂体积每小时的流速通柱,至1份流出液
加5份水稀释不变混为止。再用蒸馏水以5倍树脂
体积每小时的流速通柱至流出液无醇味,即可投入
使用。
湿树脂质量是指预处理好的树脂经过滤纸滤
去水分后的树脂质量。
15 抗真菌活性物质效价测定
抗真菌活性物质效价测定采用管碟法[10]。
2 结果与分析
21 静态吸附试验结果
211 树脂筛选试验结果
树脂筛选结果见图 1。由图 1可见 XAD18树
脂吸附50mL质量浓度为158649μg/mL链霉菌
702提取液05h后,吸附母液无抗真菌活性。
XAD18树脂吸附效率高于其他型号树脂,这是因为
XAD18树脂孔径较其他树脂小,比表面积大,可能
属于快速吸附型树脂,所以表现出了吸附效率高于
其他树脂的结果,因此选择 XAD18树脂作为试验
树脂。
图1 树脂筛选结果
Fig.1 Resultsofresinfiltration
212 不同pH对XAD18树脂吸附的影响
XAD18树脂在不同 pH条件下吸附结果见表
1。结果表明:不同pH条件下树脂的吸附量变化不
大,pH对吸附影响不显著,因此采用提取液自然
pH,在pH60吸附。
52 第2期 张智平等:大孔吸附树脂吸附链霉菌702抗真菌活性物质工艺
表1 不同pH链霉菌702提取液对XAD18树脂吸附的影响结果
Table1 EfectofdiferentpHofStreptomyces702extractiononadsorption
测定项目
吸附母液 pH
2 4 6 8 10 12
吸附残余母液抗真菌活性物质
质量浓度/(μg·mL-1)
23607 24479 19984 20816 22980 22879
树脂吸附量/(mg·g-1) 2336 2330 2362 2356 2341 2340
图4 洗脱剂筛选结果
Fig.4 Resultsofeluentfiltration
213 不同质量浓度的 NaCl对 XAD18树脂吸附
影响
不同质量浓度的NaCl对XAD18树脂吸附影响
结果见图 2。由图 2可知,10g/LNaCl提高了
XAD18树脂对抗真菌活性物质的吸附容量。
图2 不同质量浓度的NaCl对XAD18树脂吸附影响
Fig.2 EfectofNaClonadsorption
214 XAD18树脂饱和吸附量测定结果
XAD18树脂饱和吸附量测定结果见图3。由图
3可知,XAD18树脂吸附链霉菌702提取液4h后
基本平衡,其饱和吸附量为7038mg/g湿树脂。
215 洗脱剂筛选
洗脱剂筛选结果见图4。由图4可知,体积分
数为 60%~100%的甲醇、40%~100%的乙醇和
30%~100%的丙酮均能解吸树脂中吸附的抗真菌
图3 XAD18树脂静态吸附动力曲线
Fig.3 AdsorptiondynamiccurveofXAD18resin
staticadsorption
活性物质,因此动态洗脱时,可用以上体积分数的
甲醇、乙醇或者丙酮进行梯度洗脱抗真菌活性物
质;可用体积分数小于60%的甲醇、体积分数小于
40%的乙醇或者体积分数小于 30%的丙酮洗脱
杂质。
22 XAD18树脂动态吸附试验
221 不同质量浓度提取液对XAD18树脂动态吸
附影响结果
不同质量浓度提取液对 XAD18树脂动态吸附
影响结果见表2。由表2可知,提取液在315225~
78806μg/mL范围内对 XAD18树脂动态吸附影响
不显著。
62 生 物 加 工 过 程   第7卷 
表2 不同质量浓度提取液对XAD18树脂动态吸附影响结果
Table2 Efectofdiferentconcentrationofextractionondynamicadsorption
ρ(提取液)/
(μg·mL-1)
抗真菌活性物质量/mg
上样液 上样流出液 水洗液
穿透率/

吸附率/

315225 31522 133 1035 042 9630
157613 31522 434 935 138 9566
105075 31522 615 971 195 9497
78806 31522 0 975 0 9591
222 较佳吸附流速筛选结果
不同吸附流速对吸附效果影响结果见表3。由
表3可知吸附流速为1~25mL/min时,对 XAD18
树脂吸附率影响不大,根据效率优先原则选择
25mL/min为较佳吸附流速。
表3 较佳吸附流速筛选结果
Table3 Resultsofadsorptionflowratefiltration
吸附流速/
(mL·min-1)
抗真菌活性物质量/mg
上样液 上样流出液 水洗液
穿透率/

吸附率/

10 32731 261 918 080 9640
15 32731 272 948 083 9627
20 32731 228 830 070 9677
25 32731 080 562 024 9804
223 XAD18树脂动态饱和吸附试验
XAD18树脂动态饱和吸附试验结果见图5。图
5结果表明 XAD18树脂动态饱和吸附量为
3349mg/g,为静态饱和吸附量的4328%。
图5 XAD18树脂动态饱和吸附曲线
Fig.5 SaturatedadsorptiondynamiccurveofXAD18resin
224 洗脱流速对解吸的影响结果
洗脱流速对解吸的影响结果见图6。图6结果
表明随着流速的增大,洗脱曲线出现一定的拖尾现
象,以1mL/min和15mL/min流速洗脱时,洗脱峰
尖锐,峰形较好,因此选择15mL/min流速洗脱。
图6 不同洗脱流速的洗脱曲线
Fig.6 Elutioncurveofdiferentelutionflowrates
225 水洗体积和洗脱剂体积确定结果
水洗体积和洗脱剂体积确定结果见表4、图7。
1号、2号和3号柱试验结果表明水洗体积用量为
120mL时,水洗液中均无抗真菌活性物质,至
180mL时,水洗液基本澄清,因此水洗体积用量确
定为180mL;从表4和图7可知洗脱用量为60mL
10%、60mL50%、180mL90%的甲醇。
72 第2期 张智平等:大孔吸附树脂吸附链霉菌702抗真菌活性物质工艺
表4 水洗体积和洗脱剂体积确定结果
Table4 Resultsofwashwatervolumeandeluentvolume
柱号
m(吸附液中抗
真菌活性物质)/
μg
m(上样流出液中抗
真菌活性物质)/
μg
m(水洗液中抗
真菌活性物质)/
μg
m(洗脱液中抗
真菌活性物质)/
μg
吸附率/

洗脱率/

回收率/

1 5039618 212625 2208 4162185 9140 7549 8259
2 5039618 288775 2247 3748545 8981 6680 7438
3 5039618 296650 2289 2998906 8957 5330 5951
   注:1号柱依次用60mL10%、60mL50%和180mL90%的甲醇进行洗脱;2号柱依次用60mL10%、30mL50%、
150mL90%的甲醇进行洗脱;3号依次柱用30mL10%、30mL50%和180mL90%的甲醇进行洗脱。
图7 洗脱剂体积的确定结果
Fig.7 Resultsofeluentvolume
3 结 论
1)XAD18树脂吸附链霉菌702抗真菌活性物质
的条件为:上样液pH为6,NaCl质量浓度为10g/L,
上样量为2263mg/g,吸附流速为25mL/min,水洗
体积为180mL,洗脱流速为15mL/min,洗脱剂为
10%、50%和90%的甲醇,洗脱方式为梯度洗脱。在
确定的工艺条件下XAD18对链霉菌702抗真菌活性
物质的吸附率可达90%,洗脱率可达75%,回收率可
达80%。利用XAD18树脂吸附链霉菌702抗真菌活
性物质是可行的。
2)在利用 XAD18树脂吸附链霉菌702抗真菌
活性物质时,吸附母液的浓度不宜太高,太高容易
堵住层析柱,吸附液应该以不出现明显沉淀为好;
洗脱时醇浓度跨度不宜太大,避免产生气泡。
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