江蓠琼胶废液发酵产物对植物病原真菌抑制作用机制及应用研究

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琼胶是从江蓠、石花菜等海洋红藻中加工提取的亲水多糖胶体,其在食品、医药等多个领域有广泛应用,已成为福建省的重要经济产业。工业琼胶生产过程中,碱处理会产生大量碱性废液,其仍含有蛋白、多酚等活性物质,合理的高值化利用这些废碱液,将助力海藻加工产业高质量发展。链格孢霉与交链孢霉是番茄、苹果等农作物易感的病原真菌,对农产品和食品安全具有一定危害。前人的研究证实,江蓠中具备抑菌活性物质,发酵是转化提升抑菌活性的重要方法。因此,本论文解析江蓠琼胶废液发酵后产物对链格孢霉与交链孢霉抑制真菌活性与机制,同时探究了江蓠琼胶废液高值化利用生产抑菌剂的可行性,主要结果如下:(1)通过江蓠琼胶废液与沼液不同比例的混合厌氧发酵,发酵后代谢产物对链格孢霉和交链孢霉抑制活性显著提高,最优组抑菌率分别为91%和89%,发酵粗提物对链格孢霉和交链孢霉最小抑菌浓度(MIC)分别为0.3125和0.15625μg/m L;与未发酵相比,发酵上清液中总糖含量明显下降,总多酚、总黄酮、蛋白质含量则显著增加;混合发酵前后16S r DNA菌群测序结果显示,最优组中优势菌为Blautia、Neisseria、Mycoplasma、Agathobacter、Sphingomonas、Streptococcus、Dubosiella、Nitrosomonas等菌属;代谢组学筛选结果显示,多酚黄酮类代谢差异物上调的主要是白花前胡丙素、地乐酚、二氢欧山芹素、松脂素、香草酸、毛兰素等;冗余分析(Redundancy analysis,RDA)结果显示最优组与Neisseria、Mycoplasma、Sphingomonas、Agathobacter、Nitrosomonas、Blautia、Bacillus等菌属代谢产生赭黄酮4’-甲醚、毛兰素、苜蓿酚、6-甲基槲皮素等多酚类物质,是抑制病原真菌的潜在物质基础。病原真菌的细胞膜电导率、扫描电镜和激光共聚焦显微镜分析显示,经过发酵液处理的真菌细胞壁及细胞质膜结构发生皱缩和产生孔隙,细胞完整性遭到破坏导致内容物流出进,导电率上升,引起真菌细胞死亡,达到抑菌效果。(2)第二章的研究中发现芽孢杆菌属具备发酵琼胶废液合成抑菌活性物质,进一步的选取该菌属的标准菌株枯草芽孢杆菌发酵江蓠琼胶废液。结果表明,枯草芽孢杆菌代谢产物对链格孢霉和交链孢霉具有显著抑菌活性,最优组添加25%江蓠琼胶废液发酵后对链格孢霉和交链孢霉抑菌率分别为99.9%和96.1%,相较于发酵前分别提高了95.2%和86.8%;利用代谢组学技术共比对出115种多酚黄酮类物质,并基于OPLS-DA分析,共筛出枯草芽孢杆菌发酵产生的52种差异代谢物,其中甘草香豆素、黄豆黄苷、原花青素A1、毡毛美洲茶素等代谢产物上调可能是潜在提高对两株病原真菌抑制活性的物质基础。进一步的证实了发酵琼胶废液产物的抑菌活性。(3)将第二章研究中获取的发酵粗提物和珍珠岩等混合复配抑菌剂产品。通过探究感染链格孢霉与交链孢霉的番茄后的抑菌率以及生物毒素的变化,评价复配抑菌剂产品的效用。结果表明,复配抑菌剂中发酵粗提物含量为0.165 g/g的抑菌剂,对链格孢霉抑制活性最高,抑菌率为59.2%;发酵粗提物含量为0.442 g/g的抑菌剂在第4天对交链孢霉抑制活性最高,抑菌率为51.4%;复配抑菌剂中发酵粗提物含量为0.283g/g的抑菌剂可以明显抑制链格孢霉的产毒活性,比空白对照组降低38.1%;基于上述复配方案,对年产40t复配抑菌剂产品进行工厂设计及经济技术概算,该工厂年处理江蓠琼胶废液量可达164.8t,企业年净利润为310.02万元,投资回收期为3.55年,盈亏平衡点为35.19%。基于本论文的研究,发酵法处理江蓠琼胶废液可以生产抑菌剂,实现高值化利用,减少其对生态环境造成的危害。为食品加工产业废水处理提供理论参考与技术支持,有利于促进食品加工产业绿色高质量发展。
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