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微藻和酵母菌株在可持续生物柴油和抗菌纳米银生产中的比较

期刊:journal of photochemistry & photobiology, b: biologyDOI:10.1016/j.jphotobiol.2018.07.021

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的学术报告:

主要作者及研究机构
本研究的主要作者包括V. Ananthi、G. Siva Prakash、K. Mohan Rasu、K. Gangadevi、T. Boobalan、Rathinam Raja、K. Anand、M. Sudhakar、Anil Chuturgoon和A. Arun。研究团队来自多个机构,包括印度Alagappa University的能源科学系和微生物学系、南非University of KwaZulu-Natal的医学生物化学实验室、南非Council for Scientific and Industrial Research (CSIR)的材料科学与制造部门等。该研究发表于《Journal of Photochemistry & Photobiology, B: Biology》,发表日期为2018年7月。

学术背景
本研究的主要科学领域为生物能源与纳米技术,具体涉及微生物油脂(microbial lipids)和纳米银颗粒(silver nanoparticles, AgNPs)的生产。随着化石燃料的逐渐枯竭及其带来的环境问题,寻找可持续的替代能源成为全球关注的焦点。生物柴油(biodiesel)作为一种可再生能源,具有低温室气体排放、高生物降解性等优点,但其生产面临原料供应和成本等挑战。微生物油脂,特别是由微藻(microalgae)和酵母(yeast)积累的油脂,被认为是潜在的生物柴油原料。此外,纳米银颗粒因其广谱抗菌性能,在医疗和工业领域具有重要应用价值。本研究旨在通过微藻和酵母同时生产生物柴油和纳米银颗粒,探索一种可持续且高效的生产方法。

研究流程
研究流程包括以下几个主要步骤:
1. 微藻和酵母的分离与筛选
从印度马杜赖的淡水池塘中采集微藻样品,并通过BG11和Zarrouk培养基进行纯化培养。使用尼罗红染色法(Nile red staining)筛选高油脂积累的微藻菌株。从腐烂的番木瓜样品中分离酵母菌株,并通过苏丹黑B染色法(Sudan black B staining)筛选高油脂积累的酵母菌株。最终筛选出Chlorella sp.和Spirulina sp.两种微藻,以及Candida albicans和Saccharomyces sp.两种酵母。

  1. 生物柴油的生产
    将筛选出的微藻和酵母在优化条件下培养,分别使用氯仿-甲醇法和Folch法提取油脂,并通过酯交换反应(transesterification)将油脂转化为脂肪酸甲酯(fatty acid methyl esters, FAME)。使用气相色谱(gas chromatography, GC)分析FAME的组成,并通过Biodiesel Analyzer v1.1软件评估生物柴油的物理化学性质。

  2. 纳米银颗粒的合成与表征
    利用微藻和酵母培养液的上清液与硝酸银(AgNO3)反应,合成纳米银颗粒。通过紫外-可见光谱(UV-Vis spectroscopy)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对合成的纳米银颗粒进行表征,分析其形貌、尺寸和纯度。

  3. 抗菌活性测试
    使用琼脂扩散法(agar well diffusion)评估纳米银颗粒对多种临床病原菌(如Bacillus sp.、E. coli、Klebsiella sp.、Proteus sp.和Staphylococcus aureus)的抗菌活性,并与标准抗生素(如氨苄西林和链霉素)进行比较。

主要结果
1. 生物柴油生产
Spirulina sp.和Candida albicans分别表现出最高的油脂积累能力,其FAME组成中饱和脂肪酸(saturated fatty acids, SFA)和单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acids, MUFA)占主导地位。生物柴油的物理化学性质(如十六烷值、氧化稳定性和粘度)均符合国际标准(EN 14214、ASTM和IS 15607)。

  1. 纳米银颗粒合成
    合成的纳米银颗粒呈球形,尺寸范围为2.0至7.3纳米。XRD分析证实了纳米银颗粒的高纯度,FTIR分析表明蛋白质在纳米银颗粒的合成和稳定中起重要作用。

  2. 抗菌活性
    纳米银颗粒对多种临床病原菌表现出显著的抗菌活性,其中Candida albicans合成的纳米银颗粒对Bacillus sp.和E. coli的抑制效果最佳,抑制圈直径分别为12.17 mm和11.97 mm。

结论
本研究首次提出利用微藻和酵母在同一发酵过程中同时生产生物柴油和纳米银颗粒的方法。研究结果表明,微生物油脂可作为可持续的生物柴油原料,合成的纳米银颗粒具有显著的抗菌活性。该研究为生物能源和纳米技术的结合提供了新的思路,具有重要的科学和应用价值。

研究亮点
1. 首次在同一发酵过程中同时生产生物柴油和纳米银颗粒,提高了资源利用效率。
2. 通过优化培养条件和提取方法,显著提高了微生物油脂的产量和质量。
3. 合成的纳米银颗粒具有高纯度和优异的抗菌性能,为医疗和工业应用提供了潜在解决方案。

其他有价值的内容
本研究还详细探讨了微生物油脂和纳米银颗粒的生产机制,为后续研究提供了理论基础和技术支持。此外,研究团队开发的Biodiesel Analyzer v1.1软件为生物柴油性质的快速评估提供了便利工具。

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