利用枣糖浆由SHB.28芽孢杆菌生产与表征脂肽类生物表面活性剂以去除重金属

《Molecules》：Production and Characterization of a Lipopeptide Biosurfactant from Bacillus velezensis SHB.28 Using Date Syrup for Heavy Metal Removal

　　

摘要

生物表面活性剂是环保的表面活性化合物，在环境修复领域具有广阔的应用前景。在本研究中，从重金属污染的土壤中分离出一株产生物表面活性剂的细菌地衣芽孢杆菌 (B.) SHB.28，并评估了其利用椰枣糖浆作为低成本农业工业底物生产生物表面活性剂的能力。包括滴塌 (DC)、油扩散 (OS) 和 24 小时乳化指数 E₂₄ (%) 在内的筛选测定证实了其强烈的生物表面活性剂生产能力。培养条件得到了优化，结果显示 30 °C、pH 6 以及 10% 到 20% 之间的碳氮比提供了最佳产量。在优化条件下，24 小时内粗生物表面活性剂提取物产量达到 2.16 g/L，伴随表面张力从 69 降至 29.1 dyn/cm 以及高乳化活性。动力学建模显示，乳化活性遵循指数增长模型 (R² = 0.985)，而表面张力动态则很好地由尖峰衰减 - 平台模型描述 (R² = 0.998)。使用傅里叶变换红外光谱 (FTIR)、电喷雾电离 - 质谱 (ESI–MS) 和核磁共振 (NMR) 光谱进行的结构表征揭示，该生物表面活性剂是类似 surfactin 和 iturin 的环状脂肽，由连接环肽部分的 β-羟基脂肪酸链 (C₁₃–C₁₅) 组成。该生物表面活性剂表现出 100 mg/L 的临界胶束浓度和阴离子特性，其零电荷点 pH_pzc 为 5.7。此外，它表现出高效的去除重金属能力，对 Fe²⁺、Pb²⁺ 和 Cu²⁺ 的去除效率分别达到 99.88%、99.69% 和 94.72%，优于 SDS 和吐温 80 等传统表面活性剂。这些发现凸显了源自地衣芽孢杆菌 (B.) SHB.28 的椰枣糖浆衍生的 surfactin 和 iturin 作为环境修复和重金属去除应用中可持续且高效的生物表面活性剂的潜力。