CN104498561A

CN104498561A - 一种高比热容微生物生物多糖sm-1及其制备方法及应用

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Publication number: CN104498561A
Application number: CN201410700699.2A
Authority: CN
Inventors: 杨红兵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2015-04-08

Abstract

本发明属于微生物多糖技术领域，尤其涉及高比热容微生物生物多糖及其制备方法和应用。本发明是从自然界筛选获得一株枯草芽孢杆菌，可以有效地积累胞外荚膜多糖，并对该株芽孢杆菌进行16rsDNA鉴定，然后对于多糖合成途径的相关基因进行调控改造提高产率，并经微生物发酵、醇沉、干燥精制而成，其结构骨架主要由葡萄糖、半乳糖、甘露糖和葡萄糖醛酸组成，侧链尾端由丙酮酸和乙酰基团连接聚合而成，其为多聚体，其分子量为在5000-30000Da之间，该生物多糖命名为SM-1，其不但具有良好的保水性能而且具有高比热容性，显示其具有保湿和抗红外辐射的能力，在化妆品行业具有良好的应用价值。

Description

一种高比热容微生物生物多糖SM-1及其制备方法及应用

技术领域

本发明属于微生物多糖技术领域，尤其涉及高比热容微生物生物多糖及其制备方法和应用。

背景技术

比热容(specific heat capacity)又称比热容量，简称比热(specific heat)，是单位质量物质的热容量，即单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的热能，通常用符号c表示。比热容是一个重要的物理量，物质比热容的测量是物理学的基本测量之一。多糖是由多个不同种类或不同的单糖分子缩合而成一类结构复杂且种类庞杂的高分子化合物，同时其与核酸、蛋白质一同被认为是涉及生物生命活动的大分子物质之一，不仅对生物体自身具有重要的生物学意义，而且具有非常广泛的用途。近年来随着多糖应用领域的不断拓宽，愈来愈多的微生物多糖被开发出来。据多糖不同的性质与功能，可将其作为药剂、食品添加剂、增稠剂、凝固剂、润滑剂、絮凝剂、悬浮剂、凝胶剂等应用于医药、食品、石油、化工等多个领域。

红外线是一种电磁波，波长约在0.75～1 000μm之间的电磁辐射。位于可见光红光外端，在绝对零度(-273℃) 以上的物体都辐射红外能量。人体既是能够发射红外线的源，也是一个能够吸收红外线的物体。人体由80％的水分和蛋白质、脂肪、碳水化合物、无机质、神经组织等物质构成，其吸收光谱的功能近似于水。有较强的穿透力，它可渗透到皮下，在人体组织内部形成温热，激活人体物质。但是红外线辐射通过使皮肤温度升高,毛细血管扩张, 充血, 增加表皮水分蒸发等直接对皮肤造成不良影响。其主要表现为红色丘疹、皮肤过早衰老和色素紊乱。红外线还能够增强紫外线对皮肤的损害作用, 加速皮肤衰老过程。使用同样的防晒产品和同样能量的紫外线强度下, 在户外自然阳光下所测到的SPF 值(防晒系数)明显低于在实验室人工光源下所测得的防晒效能，这是由于在自然阳光下, 皮肤受到紫外线和红外线的双重作用而引起的。红外线和紫外线在加速组织变性中的作用是一样的。红外线也能促进紫外线引起的皮肤癌的发展。所以如何合理接受红外辐射的研究对于人体健康有着不容忽视的意义。

目前在高比热容，特别是抗红外辐射方面，尚没有一种合适的，适合工业化生产的多糖，因此本发明的旨在填补本领域的空白。

发明内容

本发明旨在提供一种具有高比热容，能够抗红外辐射的微生物生物多糖及其制备方法和应用。

本发明的一种高比热容微生物生物多糖SM-1，通过如下的步骤制备获得，

步骤1、将生产微生物于平板上划线，30℃生化培养箱中培养 24 h，培养后接种于种子培养基，所述的种子培养基由如下质量的组分组成：蔗糖 10g，NaCl 0.2g，K2HPO4 0.2g，GaCO3 5g，MgSO4 0.2g，(NH4)2SO4 0.1g，PH=7.0，再接入初始发酵培养基中培养，所述的初始发酵培养基由如下质量的组分组成：蔗糖 30g，MgSO₄ 0.8g，(NH₄)₂SO₄ 1.8 g，可溶性淀粉 10g，豆饼粉 0.7g，K₂HPO₄2.6g，GaCO₃ 0.36g，FeCL₃ 0.001g，酵母粉 0.24g，PH=7.0，测定发酵液中粗多糖浓度至大于15g/L时，停止发酵；

步骤2、灭菌后加入3倍体积的乙醇沉淀，将沉淀物烘干制得多糖。

本发明的高比热容微生物生物多糖SM-1，所述的生产微生物为枯草芽孢杆菌、圆褐固氮菌、硅酸盐细菌、根瘤菌中的任意一种。

本发明的高比热容微生物生物多糖SM-1，所述的生产微生物采用如下步骤发酵获得：在植物表面采集样品，用含氮量较低的培养基进行初筛后，获得的初筛菌株再次在含氮量较低的培养基上进行复筛获得多糖的高产菌株，对该菌株进行基因重组获得生产微生物，所述的含氮量较低的培养基由如下质量的组分组成：蔗糖 10g，NaCl 0.2g，K₂HPO₄ 0.2g，GaCO₃ 5g，MgSO₄ 0.2g，(NH₄)₂SO₄ 0.1g，调PH 7.0。

本发明的高比热容微生物生物多糖SM-1在制备抗红外辐射组合物中的应用。

本发明还包括一种面膜，包括如下质量百分比的成分组成：采用上述的高比热容微生物生物多糖SM-1，质量百分比为8%，还包括：甘油 3%，黄原胶 0.3%，尿囊素0.2%，羟苯甲酯 0.15%，乙内酰脲和/或碘丙炔醇丁基氨甲酸酯 0.15%，香精 0.03%，去离子水补足100%。

本发明还包括一种抗皲裂霜，包括如下质量百分比的成分组成：采用上述的高比热容微生物生物多糖SM-1，质量百分比为 10%，还包括：矿油 4%，棕榈酸乙基己酯 2%，辛酸或葵酸三甘油酯2%，聚二甲基硅氧烷 2%，碳酸二辛酯2%，牛油果树果酯2%，尿素1%，鲸蜡硬脂醇3%，硬脂醇聚醚-21 2%，硬脂醇聚醚-2 2%，羟苯甲酯0.15%，羟苯丙酯0.1%，聚丙烯酰胺、C13-14异链烷烃或月桂醇聚醚-7 0.8%，甘油 5%，乙二胺四乙酸二钠 0.05%，香精 0.1%，乙内酰脲或碘丙炔醇丁基氨甲酸酯 0.2%，去离子水补足100%。

本发明还包括一种洗面奶，包括如下质量百分比的成分组成：采用上述的高比热容微生物生物多糖SM-1，质量百分比为5%，还包括：硬脂酸18%，月桂酰基谷氨酸8%，十四酸 5%，十二酸 3%，硬脂酸甘油酯/PEG-100硬脂酸酯1.5%，聚乙二醇6000双硬脂酸酯 0.5%，羟苯丙酯 0.1%，EDTA二钠 0.1%，甘油 10%，氢氧化钾 7%，羟苯甲酯 0.15%，椰油酰基甘氨酸钾 3%，乙内酰脲或碘丙炔醇丁基氨甲酸酯 0.2%，香精 0.2%，去离子水补足100%。

本发明的高比热容微生物生物多糖SM-1，具有如下有益效果：

当高比热容微生物生物多糖SM-1作用于皮肤表面时,会形成类似水库对环境气温的调节效应.当气温高于体表温度时,SM-1主动消耗外界红外辐射,延缓体温的升高;当气温低于体温时,SM-1会屏障人体红外辐射,减缓体温的流失。

为验证上述推论，通过测量皮肤温度以及毛细血管血流量的对比变化(红外测温仪,Doppler频移血流计)后证实：在温差变化时,SM-1可以有效地降低皮下毛细血管的舒缩度,而毛细血管的剧烈舒缩是导致皮肤疾病特别是红血丝的重要原因.在湿度低,温差大的秋冬季,掌跖增厚部位由于缺水及低温极易发生开裂.SM-1以其自身的锁水保湿,温度调节作用可帮助人体抵御皲裂的发生.因此，SM-1可以有效地发挥人体皮肤温度调节剂的作用。

附图说明

图1a重组枯草芽胞杆菌YD-1与出发菌株的5L发酵罐发酵过程曲线

图1b重组枯草芽胞杆菌YD-1与出发菌株的5L发酵罐发酵过程曲线

图2a为高比热容微生物生物多糖SM-1单糖组分的气相色谱图。

图2b为高比热容微生物生物多糖SM-1单糖组分的气相色谱图。

图3为高比热容微生物生物多糖SM-1的分子量测定。

具体实施方式

实施例1

本实施例选用的生产微生物为枯草芽孢杆菌。本实施例中的枯草芽孢杆菌，来源如下：从不同的的植物表面（例如黄葵、芦荟等）采集样品，用含氮量较低的培养基（培养基由如下质量的组分组成：蔗糖 10g，NaCl 0.2g，K₂HPO₄ 0.2g，GaCO₃ 5g，MgSO₄ 0.2g，(NH₄)₂SO₄ 0.1g，PH=7.0）中进行初筛，将粘稠并透明状的菌株保藏用于复筛；在上述的含氮量较低的培养基上进行复筛，最终获得多糖的高产菌株，经16srDNA鉴定为枯草芽胞杆菌，(16srDNA序列详见DNA序列表)是为出发菌株。进一步对于出发菌株在特异性糖基转移酶基因( GumM与GumH和GumK)及GDP-甘露糖脱氢酶的基因algD进行了定点突变并增强表达后获得重组生产菌株，命名为YD-1。

采用如下步骤制备本发明的高比热容微生物生物多糖SM-1：

步骤1、将上述获得的枯草芽孢杆菌YD-1于平板上划线，30℃生化培养箱中培养 24 h，培养后接种于种子培养基，所述的种子培养基由如下质量的组分组成：蔗糖 10g，NaCl 0.2g，K₂HPO₄ 0.2g，GaCO₃ 5g，MgSO₄ 0.2g，(NH₄)₂SO₄ 0.1g，PH=7.0，再接入初始发酵培养基中培养，所述的初始发酵培养基由如下质量的组分组成：蔗糖 30g，MgSO₄ 0.8g，(NH₄)₂SO₄ 1.8 g，可溶性淀粉 10g，豆饼粉 0.7g，K₂HPO₄2.6g，GaCO₃ 0.36g，FeCL₃ 0.001g，酵母粉 0.24g，PH=7.0，测定发酵液中粗多糖浓度至大于15g/L时，停止发酵；

步骤2、灭菌后加入3倍体积的乙醇沉淀，将沉淀105℃烘干制得多糖。

使用YD-1作为生产菌株与基因改造前的菌株进行对比发酵试验结果如图1a、图1b所示，产量较改造前提高了61.2%，具有更好的商业价值。

实施例2

对实施例1获得的高比热容微生物生物多糖SM-1的单糖组成成分测定。

采用气象色谱测定实施例1获得的高比热容微生物生物多糖SM-1的单糖组成，结果如图2(a b)所示扫描参照样：单糖组分按出峰时间依次为：鼠李糖、半乳糖、木糖、甘露糖、葡萄糖、阿拉伯糖、肌醇（内标1.75mg），样品主要由3种单糖组成，与标准品的出峰时间对照可以看出这3个峰分别对应的是甘露糖、葡萄糖和半乳糖。用积分的方法计算样品中各峰的面积比例得出甘露糖、葡萄糖、半乳糖的摩尔比约为2:1.5:1。

实施例3

对实施例1获得的高比热容微生物生物多糖的分子量测定。

用高效凝胶过滤色谱法（HPGFC）测定 BMPS 的分子量，从图3中的出峰时间可以看出 BMPS 成单一峰，表明此多糖溶液的纯度较高。采用凝胶色谱法测定后，BMPS 平均分子量约为 25000Da。

实施例4

对实施例1获得的高比热容微生物生物多糖SM-1的热容量测定。

日本京都电子公司(KEM)的SHA-500液体比热/比热容测定仪是使用已知比热容的两种基准物质取得检量线，利用被测样品的时间常数与比热容量的关系，测量其时间常数，即可计算求得该样品的未知比热容。利用SHA-500测得实施例1获得的高比热容微生物生物多糖SM-1的比热容(specific heat )为7.52kJ/(kg·K)。常压，0℃下远大于水的4.2 kJ/(kg·K)。

实施例5

一种能够抗红外辐射的面膜，采用实施例1获得的高比热容微生物生物多糖SM-1质量百分比为8%，还包括如下质量百分比的成分，甘油 3%，黄原胶 0.3%，尿囊素0.2%，羟苯甲酯 0.15%，乙内酰脲和/或碘丙炔醇丁基氨甲酸酯 0.15%，香精 0.03%，去离子水补足100%，可获得抗红外辐射面膜。

实施例6

实施例7

SEQUENCE LISTING

<110> 杨红兵

<120> 一种高比热容微生物生物多糖SM-1及其制备方法及应用

<130> 2014

<160> 1

<170> PatentIn version 3.3

<210> 1

<211> 1503

<212> DNA

<213> 枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)

<400> 1

ggacgaacgc tggcggcgtg cctaatacat gcaagtcgag cggacagatg ggagcttgct 60

ccctgatgtt agcggcggac gggtgagtaa catgtgggta acctgcctgt aagactggga 120

taactccggg aaaccggagc taataccgga tgcttgtttg aaccgcatgg ttcaaacata 180

aaaggtggct tcggctacca cttacagatg gacccgcggc gcattagcta gttggtgagg 240

taacggctca ccaaggcaac gatgcgtagc cgacctgaga gggtgatcgg ccacactggg 300

actgagacac ggcccagact cctacgggcg gcagcagtag ggaatcttcc gcaatggacg 360

aaagtctgac ggagcaacac cgcgtgagtg atgaaggttt tcggatcgta aagctctgtt 420

gttagggaag aacaagtacc gttcgaatag ggaggtacct tgacggtacc taaccagaaa 480

gccacggcta actacgtgcc agcagccgcg gtaatacgta ggtggcaagc gttgtccgga 540

attattgggc gcaaagggct cgcaggcggt tccttaagtc tgatgtgaaa gcccccggct 600

caaccgggga gggtcattgg aaactgggga acctgagtgc agaagaggag agtggaattc 660

cacgtgtagc ggtgaaatgc gtagagatgt ggaggaacac cagtggcgaa ggcgactctc 720

tggtctgtaa ctgacgctga ggagcgaaag cgtggggagc gaacaggatt agataccctg 780

gtagtccacg ccgtaaacga tgagtgctaa gtgttagggg gtttccgccc cttagtgctg 840

cagctaacgc attaagcact ccgcctgggg agtacggtcg caagactgaa actcaaagga 900

attgacgggg gcccgcacaa gcggtggagc atgtgggtta attcgaagca acgcgaagaa 960

ccttgccagg tcttgacatc ctctgacaat cctagagata ggacgtcccc ttcgggggca 1020

gagtgacagg tggtgcatgg ttgtcgtcag ctcgtgtcgt gaaatgttgg gttaagtccc 1080

gcaacgagcg caacccttga tcttagttgc cagcattcag ttgggcactc taaggtgact 1140

gccggtgaca aaccggagga aggtggggat gacgtcaaat catcatgccc cttatgacct 1200

gggctacaca cgtgctacaa tggacagaac aaagggcagc gataccgcga ggttaagcca 1260

atcccacaaa tctgatctca gttcggatcg cagtctgcaa ctcgactgcg tgaagctgga 1320

atcgctagta atcgcggatc agcatgccgc ggtgaatacg ttcccgggcc ttgtacacac 1380

cgcccgtcac accacgagag tttgtaacac ccgaagccgg tgaggtaacc tttatggagc 1440

cagccgccga aggtgggaca gatgattggg gtgaagtcgt aacaaggtag ccgtatcgga 1500

agg 1503

Claims

1.一种高比热容微生物生物多糖SM-1，经基因工程改造的微生物发酵、醇沉、干燥精制而成，其特征在于通过如下的步骤制备获得：

步骤1、将生产微生物于平板上划线，30℃生化培养箱中培养 24 h，培养后接种于种子培养基，所述的种子培养基由如下质量的组分组成：蔗糖 10g，NaCl 0.2g，K₂HPO₄ 0.2g，GaCO₃ 5g，MgSO₄ 0.2g，(NH₄)₂SO₄ 0.1g，PH=7.0，再接入初始发酵培养基中培养，所述的初始发酵培养基由如下质量的组分组成：蔗糖 30g，MgSO₄ 0.8g，(NH₄)₂SO₄ 1.8 g，可溶性淀粉 10g，豆饼粉 0.7g，K₂HPO₄2.6g，GaCO₃ 0.36g，FeCL₃ 0.001g，酵母粉 0.24g，PH=7.0，测定发酵液中粗多糖浓度至大于15g/L时，停止发酵；

步骤2、灭菌后加入3倍体积的乙醇沉淀，将沉淀烘干制得多糖。

2.根据权利要求1所述的高比热容微生物生物多糖SM-1，其特征在于：所述的生产微生物为枯草芽孢杆菌、圆褐固氮菌、硅酸盐细菌、根瘤菌中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的高比热容微生物生物多糖SM-1，其特征在于：生产微生物具体为经基因工程改造的枯草芽孢杆菌，所述的经基因工程改造的枯草芽孢杆菌采用如下步骤发酵获得：在植物表面采集样品，用含氮量较低的培养基进行初筛后，获得的初筛菌株再次在含氮量较低的培养基上进行复筛获得多糖的高产菌株，以多糖的高产菌株为生产微生物，所述的含氮量较低的培养基由如下质量的组分组成：蔗糖 10g，NaCl 0.2g，K₂HPO₄ 0.2g，GaCO₃ 5g，MgSO₄ 0.2g，(NH₄)₂SO₄ 0.1g，调PH 7.0。

4.如权利要求 1 所述的高比热容微生物生物多糖SM-1在制备抗红外辐射组合物中的应用。

5.一种面膜，其特征在于包括如下质量百分比的成分组成：如权利要求1所述的高比热容微生物生物多糖SM-1，质量百分比为8%，还包括：甘油 3%，黄原胶 0.3%，尿囊素0.2%，羟苯甲酯 0.15%，乙内酰脲和/或碘丙炔醇丁基氨甲酸酯 0.15%，香精 0.03%，去离子水补足100%。

6.一种抗皲裂霜，其特征在于包括如下质量百分比的成分组成：如权利要求1所述的高比热容微生物生物多糖SM-1，质量百分比为 10%，还包括：矿油 4%，棕榈酸乙基己酯 2%，辛酸或葵酸三甘油酯2%，聚二甲基硅氧烷 2%，碳酸二辛酯2%，牛油果树果酯2%，尿素1%，鲸蜡硬脂醇3%，硬脂醇聚醚-21 2%，硬脂醇聚醚-2 2%，羟苯甲酯0.15%，羟苯丙酯0.1%，聚丙烯酰胺、C13-14异链烷烃或月桂醇聚醚-7 0.8%，甘油 5%，乙二胺四乙酸二钠 0.05%，香精 0.1%，乙内酰脲或碘丙炔醇丁基氨甲酸酯 0.2%，去离子水补足100%。

7.一种洗面奶，其特征在于包括如下质量百分比的成分组成：如权利要求1所述的高比热容微生物生物多糖SM-1，质量百分比为5%，还包括：硬脂酸18%，月桂酰基谷氨酸8%，十四酸 5%，十二酸 3%，硬脂酸甘油酯/PEG-100硬脂酸酯1.5%，聚乙二醇6000双硬脂酸酯 0.5%，羟苯丙酯 0.1%，EDTA二钠 0.1%，甘油 10%，氢氧化钾 7%，羟苯甲酯 0.15%，椰油酰基甘氨酸钾 3%，乙内酰脲或碘丙炔醇丁基氨甲酸酯 0.2%，香精 0.2%，去离子水补足100%。