高产纤维素酶真菌的分离鉴定及降解中药药渣的应用研究

中药渣的微生物转化是资源化再利用最新研究的方法之一,因此本研究从甘草药渣中主要成分纤维素着手,从醋糟中分离筛选具有高产纤维素酶活性的真菌,对其产酶条件进行优化,并与益生菌共同对甘草药渣进行固态发酵,对其发酵后的产物通过测定对DSS诱导后小鼠结肠炎的防治效果,探究其活性功能。结果表明:(1)从山西老陈醋醋糟中分离得到14株产纤维素酶的微生物,经过DNS酶活的测定筛选,得到一株产酶量高达25.618 U/m L的真菌,并将该菌株命名为CZ-F。根据形态学、显微结构观察和分子生物学鉴定,并构建系统发育PD0325901核磁树,确定该菌株CZ-F为里氏木霉(Trichoderma reesei CZ-F)。通过CZ-F菌液和离心上清液对滤纸条都有明显的降解作用,更进一步证明该菌具有高产纤维素酶的能力。(2)采用单因素试验测定不同发酵条件(接种量、发酵温度、发酵时间、初始p H值、装液量、摇床转速等)对产纤维素酶的影响。结果表明,培养时间为36 h,初始p H值为5,发酵温度为28℃,麸皮添加量为0.5 g,转速为120 r/min,装液量为50 m L时产酶效果最好。利用单因素和响应面试验优化了产酶条件为培养时间48 h,初始p H值5.08,发酵温度32.2℃,麸皮含量为0.47 g。在此优化条件下,测定产纤维素酶活力为45.14 U/m L,与预测值(43.92 U/m L)接近,表明此优化模型有效可靠。(3)CZ-F经过发酵后,提取粗酶液,选择不同浓度饱和的硫酸铵(30%、50%、70%、80%、90%)进行沉淀,经过离心,透析,浓缩及冻干后,制得粗酶粉。结合DNS法、SDS-PAGE凝胶电泳和BCA法对该酶的分子量和蛋白含量进行测定。结果表明90%硫酸铵沉淀的酶液效果最好,相对酶活力为100%,分子量大约在44.3~116 KD之间,蛋白含量为9.3015 ug/u L。通过该酶的酶学性质研究结果表明:最适温度为70℃,p H为3,Na Cl的浓度为0.2%时,其酶活最高;且Fe~(2+)对酶活产生具有促进作用,且该酶在100℃煮沸10 min和1 h,相对酶活分别为85.30%和80.79%,表明该纤维素酶耐100℃的温度,并具有高温稳定性。(4)通过抗氧化性质的测定,筛选出发酵甘草药渣的最优发酵菌剂和发酵方法。结果表明不同发酵菌剂发酵甘草药渣均具有一定清除DPPH与ABTS自由基的能力,表现出较好抗氧化活性。其中FB组(里氏木霉CZ-F与乳酸菌R3组合菌)作用效果最好,且固体发酵效果优于液体发酵方式。(5)固体发酵甘草中药渣对葡聚硫酸钠(DSS)诱导的小鼠肠道炎症损伤的效果研究,结果表明甘草发酵药渣的试验组和未发酵对照组日平均采食量、日平均饮水量及日平均体重与空白对照组无显著差异(P>0.05),说明对小鼠生长没有毒性。HE染色结果表明:甘草药渣可以明显改善DSS诱导的小鼠肠道组织的黏膜损伤,保护肠道组织结构,且经甘草发酵药渣治疗后可以显著延长结肠长度,说明甘草药渣对小鼠结肠炎有显著抑制作用。通过对小鼠血清、小肠和大肠中炎症因子IL-6、IL-10测定结果表明,发酵药渣和未发酵药渣与DSS诱导组相比,均可以降低IL-6,增加IL-10含量,但无剂量依赖性。小鼠血清、大肠和小肠氧化损伤指标T-SOD、CAT、MDA和GSH-PX测定结果表明:DSS模型组小鼠血清、大肠和小肠中T-SOD、CAT和GSH-PX含量明显下降,MDA含量明显增加;经过不同的甘草药渣处理后,MDA的含量均明显降低,小鼠血清中的T-SOD含量均显著增加,发酵药渣低剂量TLF组和未发酵药渣低剂量TL组中GSH-Px含量与CAT含量明显增加;小肠组织中的GSH-Px、CAT及GSH-Px含量四个处理都明显升高;对于T-SOD,高剂量发酵药渣THF组、未发酵药渣TL组和TH组的T-SOD含量明显升高;大肠组织中GSH-Px、T-SOD及GSH-Px含量均明显升高,未发酵药渣TL组的CAT活性上升明显。从而可以说明甘草药渣能够通过提高血清和组织的氧化应激水平以及调节炎症因子的水平来发挥对急性炎症小鼠的保护作用。(6)通过高RSL3试剂通量测序,研究不同处理的甘草药渣对DSS诱导下小鼠结肠炎肠道微生物群落组成及相对丰度。结果发现处理组与对照相比,在门水平上,拟杆菌门(Bacteroidota)和厚壁菌门(Firmicutes)为小鼠肠道中的优势菌;科水平上,毛螺菌科(Lachnospiraceae)为小鼠肠道中的优势菌;属水平上,毛螺旋菌属(unmedical rehabilitationclassified_Lachnospiraceae、Lachnospiraceae_NK4A136_group)为小鼠肠道中的优势菌。Shannon和Rarefaction指数说明本次测序样本数量合理,测序的深度足以反映小鼠肠道中绝大部分的微生物多样性信息。Beta多样性分析结果表明DSS能够破坏肠道微生物群的平衡,改变不同组间的肠道菌群群落组成差异。不同结构的甘草药渣处理可以减少个体间的菌群差距,提升肠道菌群中的群落结构相似性和稳定性。