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去乙酰化槐糖脂生物表面活性劑的結(jié)構(gòu)鑒定、理化性質(zhì)及應(yīng)用(一)
來(lái)源:應(yīng)用化學(xué) 瀏覽 333 次 發(fā)布時(shí)間:2025-02-13
摘要
槐糖脂親水基上的乙酰化程度對(duì)其表界面活性和理化性質(zhì)有重要影響,為了查明不同菌株發(fā)酵得到的乙酰化/去乙酰化槐糖脂(SLs)在結(jié)構(gòu)和理化性能上的差異,使用HPLC-MS/MS解析了去乙酰化SLs的結(jié)構(gòu),并與野生菌株所產(chǎn)乙酰化SLs的表界面活性等理化性質(zhì)進(jìn)行比較。結(jié)果表明:去乙酰化菌株所產(chǎn)的去乙酰化SLs疏水基主要為十八烯酸,親水基主要為去乙酰化槐糖,其中,內(nèi)酯型、酸性和具有bola型結(jié)構(gòu)的槐糖脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為26.99%、49.98%和23.03%。野生菌株所產(chǎn)槐糖脂以乙酰化槐糖脂為主,且內(nèi)酯型和酸型質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為97.86%和2.14%;其疏水基主要為十八烯酸。去乙酰化SLs在水中的溶解度高達(dá)485.8 g/L,較乙酰化SLs提高了14倍,且具有更好的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性,同時(shí),去乙酰化SLs乳化性能較乙酰化SLs提高26.7倍。去乙酰化SLs的表面活性稍低,臨界表面張力為41.0 mN/m,高于乙酰化SLs的36.2 mN/m;親水-親油平衡值為13,高于乙酰化SLs的11。2種槐糖脂具有良好的抗硬水性,但耐酸堿性均較弱。
槐糖脂(Sophorolipids,SLs)是一種由非致病性酵母菌生產(chǎn)的糖脂類生物表面活性劑。它不僅具有常規(guī)表面活性劑所具有的降低表面張力、增溶、乳化、潤(rùn)濕、發(fā)泡和分散等通用性能,還具有低毒性、對(duì)環(huán)境友好和可生物降解等特性。因此,SLs可部分替代化學(xué)表面活性劑,應(yīng)用于石油、環(huán)保、醫(yī)藥、食品、化妝品、洗滌、家居護(hù)理、農(nóng)業(yè)和飼料等領(lǐng)域。
微生物發(fā)酵是獲得SLs的主要方法,發(fā)酵所得的SLs通常是10~20種不同結(jié)構(gòu)SLs同系物的混合物,野生的假絲酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)的SLs產(chǎn)品中乙酰化的內(nèi)酯型SLs占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。SLs分子由槐糖和疏水基團(tuán)組成,槐糖是由2個(gè)葡萄糖β-1,2連接形成的二糖,可以在6′或6″位置乙酰化。槐糖基團(tuán)是SLs分子中的親水基團(tuán)。SLs的疏水基團(tuán)是ω-1-羥基化脂肪酸。羥基化脂肪酸與槐糖通過(guò)β-糖苷鍵連接。脂肪酸的另一端可以是游離的或與槐糖4″的羥基形成分子內(nèi)酯。此外,脂肪酸還可以與另一個(gè)槐糖分子的羥基連接,形成兩端為親水基,中間為疏水基的“bola”型SLs,這種結(jié)構(gòu)首先在2012年被發(fā)現(xiàn),但是其在天然SLs中質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.1%。因此,脂肪酸的不飽和度和鏈長(zhǎng)、槐糖的乙酰化程度以及內(nèi)酯形式與自由酸的形式的不同等特征,使SLs具有豐富的結(jié)構(gòu)多樣性。
野生菌株生產(chǎn)的SLs一般具有優(yōu)異的表面活性、抗癌性、抑菌性和親脂性。然而,由于親水基的羥基被乙酰基取代,一方面,乙酰化的SLs水溶性較差,限制了其在水介質(zhì)中的應(yīng)用;另一方面,乙酰基的毒性和細(xì)胞刺激作用較強(qiáng),使SLs在食品、日化、美妝和制藥等方面的用途可能受到限制。去乙酰化的SLs的水溶性較高,作為洗滌劑、潤(rùn)濕劑等在水介質(zhì)環(huán)境中的應(yīng)用具有優(yōu)勢(shì),比如用作納米粒子合成的乳化分散劑;其毒性降低,對(duì)皮膚、眼睛或粘膜刺激性較小,可用于皮膚、黏膜部位的化妝品和藥物中,比如添加到護(hù)手霜、眼藥水或隱形眼鏡配戴液等護(hù)理產(chǎn)品中,同時(shí)去乙酰化酸型SLs還具有促進(jìn)黏膜傷口愈合的功能,可以作為傷口的抑菌愈合劑。2011年,Saerens等通過(guò)敲除乙酰轉(zhuǎn)移酶基因得到了生產(chǎn)去乙酰化SLs的缺陷菌株,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)其發(fā)酵產(chǎn)物中有大量bola型結(jié)構(gòu)的SLs產(chǎn)生。馬孝萌等在Starmerella bombicola vgb菌株的基礎(chǔ)上敲除乙酰轉(zhuǎn)移酶基因,得到了去乙酰化菌株,其SLs產(chǎn)率高達(dá)144.5 g/L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于之前報(bào)道的27.7 g/L。
乙酰化和去乙酰化SLs同系物結(jié)構(gòu)上的不同導(dǎo)致其性質(zhì)上可能也有較大差異,但是目前人們對(duì)于去乙酰化SLs的結(jié)構(gòu)組成和理化性能缺乏較為系統(tǒng)的研究。為了查明乙酰化/去乙酰化SLs在結(jié)構(gòu)和性能上的差異,為SLs生物表面活性劑在不同領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。本研究在解析野生型菌株和去乙酰化菌株所產(chǎn)SLs同系物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,對(duì)比分析了兩類SLs的理化性質(zhì),包括溶解性、耐酸堿性、表面活性、親水親油性、起泡性和乳化性等。探討了SLs的不同結(jié)構(gòu)對(duì)其理化性質(zhì)的影響,為拓展兩類SLs生物表面活性劑的應(yīng)用提供指導(dǎo)。