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为解决合成聚合物难降解的生态问题,研究人员对 Neowestiellopsis sp. strain VKB03 的释放聚合物(RPSs)开展研究。发现其含碳水化合物等成分,具良好功能、热稳定性与抗氧化性,为工业应用提供新方向。
塑料、食品添加剂、药用高分子及化妆品配方等领域大量使用的合成聚合物,因具有不可生物降解性,造成了显著且不可逆的生态负面影响。随着人们环保意识的增强,过去几十年来,对环境友好的生物基产品的需求大幅增加。在此背景下,寻找天然聚合物成为重要方向,而蓝藻释放的聚合物在保护自然方面展现出了广阔的应用前景。为开发可替代合成聚合物的环保材料,印度研究人员针对从稻田和温泉生境分离出的蓝藻菌株开展研究,发现 Neowestiellopsis sp. strain VKB03 菌株释放聚合物(RPSs)产量最高,并对其进行了深入研究,相关成果发表在《Algal Research》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法:从稻田(印度北方邦昌道里 Patnava)和温泉(印度马哈拉施特拉邦 Akloli Vajeshwari)采集样本,分离不同蓝藻菌株,在 BG-110培养基(无硝酸盐)中培养,通过离心、冻干等操作提取 RPSs;运用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析功能基团,利用热重分析和差示扫描量热法(TG 和 DSC)研究热稳定性,借助圆二色性(CD)分析结构构象,通过 X 射线衍射(XRD)分析微观结构,还进行了水溶解度指数(WSI)、持水能力(WHC)、持油能力(OHC)、生物絮凝和乳化活性等功能特性测试。
蓝藻菌株筛选与 RPSs 产量
研究人员从不同生境分离出 9 株蓝藻,其中 5 株来自稻田,4 株来自温泉。经测定,稻田分离的 Neowestiellopsis sp. 菌株 RPSs 产量最高,为 27.5 mg/L,显著高于其他菌株,如 Nostoc sp. strain 1(22.1 mg/L)、Anabaena sp. strain 2(15.9 mg/L)等,表明该菌株在 RPSs 生产方面具有优势。
RPSs 的生化组成分析
对 RPSs 的生化分析表明,其含有碳水化合物、蛋白质和 DNA,同时带有无机和有机取代基,属于杂聚物,具有多种糖部分以及乙酰基、羧基和硫酸根等非碳水化合物成分。
功能特性研究
实验结果显示,RPSs 具有出色的持水能力(1822.5±1.2%)、持油能力(144.0±0.6%)和水溶解度指数(30±0.8%)。与乳酸菌等细菌的相关数据相比,其持水和持油能力表现突出,水溶解度虽低于 Halomonas saliphila LCB169T,但仍具有一定优势,这可能与分子侧链结构有关。
热稳定性分析
热重分析和差示扫描量热法分析表明,RPSs 具有优异的热稳定性能,能够在较高温度下保持结构稳定,这为其在高温工业环境中的应用提供了可能。
结构与微观分析
FT-IR 数据显示 RPSs 存在多种功能基团和糖苷键。糖肽分析表明存在 O - 连接糖基化,圆二色性分析显示其具有无规卷曲构象。微观结构分析显示 RPSs 呈不规则形状,XRD 图谱显示其为无定形性质,这些结构特点与其功能特性密切相关。
抗氧化、生物絮凝与乳化活性
RPSs 表现出一定的抗氧化活性,同时具有良好的生物絮凝和乳化活性,这使其在食品、制药、环保等领域具有广泛的应用潜力,如作为食品添加剂、处理水体油污染等。
综上所述,该研究从蓝藻 Neowestiellopsis sp. strain VKB03 中提取的 RPSs 具有丰富的生化组成、优异的功能特性和热稳定性,在多个工业领域展现出替代合成聚合物的潜力。其无规卷曲构象、无定形结构及杂聚物特性,为开发环保型材料提供了新的物质基础。研究结果不仅拓展了蓝藻代谢产物的应用范围,也为解决合成聚合物带来的生态问题提供了新的思路和途径,对推动生物基材料的发展具有重要意义。