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载金矿物XPS研究

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2022-12-31 05:32:33

载金矿物XPS研究

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2026-01-30 16:41:36

XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)即X射线光电子能谱分析,是研究矿物中不同元素的赋存状态,了解矿物表面的分子结构及其变化特征的有效方法(王建祺等,1992;刘世宏等,1988;余宏坤,2003;吴正龙等,2006)。研究载金矿物中元素的存在形式不仅有助于认识金矿成矿机理,同时也可为选矿和矿山环境建设提供依据。

XPS分析的基本原理是当一束特定能量X射线辐照样品,在样品表面发生光电效应,就会产生与被测元素内层电子能级有关的具有特征能量的光电子。对这些光电子的能量分布进行分析,便可得到光电子能谱。每种元素都有一系列结合能不同的光电子能谱峰,他们的强弱与有关电子的量子数有关,一般选取元素的最强峰作为元素的特征峰,而特征峰会由于元素所处的物理和化学条件的不同而发生位移,造成处于不同化学环境下的同一原子,其内能级谱会出现分立的分峰,这被称为化学位移效应,可用来分析元素的化学价态。

杨荣生(2006)挑选了阳山金矿中热液期第Ⅱ阶段{100},{ 210}含砷黄铁矿和{230}毒砂单矿物颗粒,采用XPS研究了其表面的Fe,As,S等元素的价态特征,并探讨了As在黄铁矿中可能的赋存形式,进而探讨了阳山金矿的成矿机理与过程。

6.3.1 XPS实验及结果

实验在北京大学化学学院分析测试中心表面分析(电子能谱)实验室完成。采用英国Kratos公司的AXIS Ultra XPS能谱仪,使用带单色器的铝靶X射线源(Al K,h=1486.71 eV),功率约225 W(工作电压15 k V,发射电流15m A),最小能量分辨率为0.48 e V(Ag 3d5/2),最小XPS分析面积为15μm;采用Vision(PR2.1.3)和Casa XPS(2.3.12Dev7)进行数据处理和谱峰拟合。

分析进样前10min,用玛瑙研钵将所有样品现场破碎成粒径为0.01~0.1mm粉末状颗粒,粘贴在双面胶带上,送入分析室进行测试。

表6.2 黄铁矿、毒砂破碎表面各元素XPS分析结果

表6.2总结了阳山金矿黄铁矿和毒砂新鲜碎裂表面各元素的XPS峰值位置、半宽高、积分面积和相对含量的分析结果。可以看出,2个黄铁矿样品表面的Fe:S:As原子比值分别为1:1.327:0.037和1:1.409:0.073,毒砂分别为1:0.955:0.701和1:0.844:0.604。此外,黄铁矿和毒砂表面聚集了大量的污染O和污染C,其原子百分含量分别介于26.88%~21.26%和37.12%~22.34%。

表6.3总结了黄铁矿和毒砂新鲜断裂面Fe,S,As不同价态的离子所占原子百分含量。从表中可以看出,在黄铁矿和毒砂表面,Fe主要以+2价形式存在,也有少部分以+3价形式存在;S主要以-1价形式存在,另有少量的单质硫和硫酸根存在。在黄铁矿表面,超过50%的As以硫化物中的-1价形式存在,另外,有18%~20%的As以+3价氧化物形式存在,还有约30%的As以+5价氧化物的形式存在。在毒砂表面,超过60%的As以硫化物中-1价的形式存在,接近30%的As以+3价氧化物的形式存在,其余的As主要为+5价的氧化物。图6.9至图6.14分别为黄铁矿及毒砂颗粒表面的Fe 2p,S 2p,As 3d的XPS能谱图。

表6.3 黄铁矿和毒砂表面的As 3d,S 2p,Fe 2p的物质类型和(相对)原子百分比

续表

图6.9 黄铁矿颗粒表面Fe 2p XPS能谱图

(据杨荣生,2006)

a—PD112-2黄铁矿样品;b—45黄铁矿样品

图6.10 毒砂颗粒表面Fe 2p XPS能谱图

(据杨荣生,2006)

a—45毒砂样品;b—27毒砂样品

图6.11 黄铁矿颗粒表面S 2p XPS能谱图

(据杨荣生,2006)

a—PD112-2黄铁矿样品;b—45黄铁矿样品

图6.12 毒砂颗粒表面S 2p XPS能谱图

(据杨荣生,2006)

a—45毒砂样品;b-27毒砂样品

黄铁矿和毒砂等硫化物暴露在空气中时,表面会发生氧化作用。关于硫化物的氧化问题,前人已做了大量工作(Hyland et al.,1989,1990Nesbitt et al.,1995,2000Schaufuss et al.,2000;兰叶青等,2000;贾建业等,2000;郁云妹等,2000),发现在硫化物氧化过程中可以形成多种氧化产物,比如Fe SO4,Fe2(SO4)3,FeO,FeOOH,Fe2O3,Fe3O4,So,连多硫酸盐( 等)和多硫化物等。通过剔除黄铁矿、毒砂等硫化物表面的氧化产物特征信息可以获得氧化之前的晶体特征信息。

图6.13 黄铁矿颗粒表面As 3d XPS能谱图

a-PD112-2黄铁矿样品;b—45黄铁矿样品

图6.14 毒砂颗粒表面As 3d XPS能谱图

a—45毒砂样品;b-27毒砂样品

硫化物矿物在O2、水蒸气或大气中的氧化,其介质条件相当于中性。反应机理是黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等中Fe2+、毒砂中As-等离子从晶格内扩散到晶体表面与氧发生反应(Buckley et al.,1984Mycroft et al.,1995Nesbitt et al.,1995Yin et al.,1995Knipe et al.,1995)。

6.3.2 含砷黄铁矿表面As,Fe,S的赋存形式

实验结果表明,在氧化的黄铁矿表面,除As3+,As5+,Fe3+,So, 等离子外,As-,Fe2+,S-仍然是这3种元素的主要存在形式(表6.2,表6.3;图6.9,图6.11,图6.13)。可见氧化的黄铁矿表面仍然保留有其原始内部结构特征信息。

剔除了这些氧化产物的信息之后,发现在含砷黄铁矿中,约50%以上的As以As-形式存在,这说明在含砷黄铁矿中有部分As元素取代了[S2]2-中的一个S-,形成[As S]2-,与Fe2+结合生成具黄铁矿结构的Fe As SPy。

对于黄铁矿表面18%~20%的As3+,有两种可能的成因:一是黄铁矿中只存在有As-(表6.3;图6.13),当黄铁矿暴露在空气中时,As-被氧化成为中间产物As3+,As3+进一步被氧化为最终产物As5+;二是黄铁矿中不仅存在有As-,而且本身就有As3+存在于其晶格阳离子的位置上。由于As在自然流体系统中主要以As3+和As5+的氧化态存在(Ballantyne et al.,1988Arehart et al.,1993),而在黄铁矿沉淀时的还原性条件下,主要以As3+为主,当溶液中的H2S完全被氧化为 时,As5+才会形成(Stauffer et al.,1980)。当黄铁矿形成时,自然流体中的As3+部分被还原为As-而取代对硫离子对中的S-而形成[As S]2-。Bostick et al.(2003)研究了缺氧环境中+3价的As在陨硫铁(Fe S)和黄铁矿(Fe S2)表面的吸附反应,发现在弱酸性低硫化物含量的流体中,As3+同时被吸附在Fe和S的位置形成无定型的Fe As S结构。其中As—S和As—Fe键长约为2.4 A,接近毒砂中的As—S和As—Fe键长(分别为2.37 A和2.35 Å)。Cook et al.(1990)认为当As进入黄铁矿结构中时,会产生一些[AsS]4-阴离子对,这样就会导致黄铁矿结构的电价不平衡,这时会有一些三价正离子诸如As3+,Au3+及Sb3+位于Fe的位置而平衡电价。可见,造成As3+在黄铁矿表面存在的因素较多,具体哪种因素占主导,仍需进一步研究。

对于破碎的黄铁矿表面的Fe3+,部分是由于黄铁矿在破碎过程中,S-被还原为S2-的同时,Fe2+被氧化为Fe3+的自氧化还原反应所引起的(Nesbitt et al.,1998,2000Uhlig et al.,2001Harmer et al.,2004),部分是由于Fe2+离子在空气中被氧化为Fe3+(图6.15)。

图6.15 黄铁矿结构图

(据Harmer,2004)

在破碎的黄铁矿表面,Fe—O离子团形成的过程很慢(Schaufuss et al.,1998Nesbitt et al.,2000)。如果形成,Fe—O峰会出现在711 e V或者710~712 e V(Mc Intyre et al.,1977)位置。

黄铁矿表面的S是最活泼的。在空气中暴露1min,大约会有80%的S2-被破坏,同时产生结合能为165~170 e V的S—O键,并且在169 e V位置形成最强的峰,生成大量的硫酸根(Schaufuss et al.,1998),随着暴露在空气中时间的增长,黄铁矿表面的 取代02-和OH-而逐渐成为主要的配阴离子团(Pratesi et al.,2000Todd et al.,2003)。

这些都与此次的实验结果相吻合(表6.3),在黄铁矿表面生成Fe—O离子团和大量的 。

6.3.3 毒砂表面As,Fe,S的赋存形式

As在未氧化的毒砂表面主要为As-,同时还有15%的As0(Nesbitt et al.,1995),当在空气中,毒砂表面的As会氧化成为-1价至+5价的离子,其中As0,As2+以及As3+是中间产物。毒砂表面的As的氧化是通过单电子的迁移实现的,带负电的As—S离子团中的As会以As0的形式迁移到表层,而留下S2-在下部层位中(Schaufuss et al.,2000)。

本次的实验结果表明,毒砂表面As主要以As-形式存在(大于60%),其余As以As3+(约30%)和As5+的形式存在。显然As在毒砂结构中主要以As-与S-结合形成[As S]2-,As5+是毒砂氧化的最终产物,而As3+则不仅仅是中间产物,原因是毒砂在空气中暴露达25 h时,才会有大约15%的As5+,As3+以及As+生成,并且As-仍然为As的主要存在形式(Nesbitt et al.,1995),但此次实验毒砂表面的结合能为43.9 e V的As3d(As3+)含量远大于15%,所以毒砂表面的As3+来源可能较为复杂。

Johan et al.(1989)指出,Au实际上是取代处在Fe位置上的过剩As而赋存在毒砂中的,而Fe含量的不足被归因于复杂固溶体(Fe,Au,As,Sb)As1±xS1±x的存在以及2As=Au(或者Sb)+Fe的替代机制。Cook et al.(1990)指出,不可见金优先富集在毒砂的结构中,并且Au3+主要取代毒砂中的Fe3+而与[As S]4-结合。张复新等(2000)研究了秦岭的金龙山、丘岭等卡林型金矿后发现,对于黄铁矿和毒砂复硫化物来说,As不但可以置换复阴离子中的S2-,而且还可以As3+替代部分阳离子,使黄铁矿和毒砂中有过剩的As。

据此,阳山金矿毒砂中的As可能有两种存在方式,一是仅以As-存在;二是As-与As3+并存于毒砂结构中。

Fe会在氧化过程中富集在毒砂表面,正如Fe在磁黄铁矿表面的富集一样(Pratt et al.,1994)。在毒砂表面形成的不同氧化物薄层,从下往上依次分别为Fe1-x-zAs1-yS,FexAsyO,z FeOOH(Schaufuss et al.,2000)。这可以解释毒砂表面的Fe:S:As原子比值(分别为1:0.955:0.701和1:0.844:0.604)中,Fe的含量明显高于S和As的含量。

毒砂表面的Fe3+含量分别为4.45%和4.04%,高于黄铁矿表面的Fe(分别为1.06%和2.70%),这在一定程度上说明毒砂表面更易富集高价铁(表6.3;图6.9,图6.10)。

通过以上分析可以认为,阳山金矿含砷黄铁矿和毒砂中的As元素主要以-1价形式存在,As元素主要取代黄铁矿S—S阴离子团中S而呈现负价,As在矿物表面同时被氧化为+3价和+5价;除此以外,As还有可能以正价的形式位于黄铁矿和毒砂晶格的阳离子位置,此推论尚需进一步的实验证实;阳山金矿毒砂中的Fe主要以+2价形式存在,毒砂中的Fe2+较黄铁矿更易氧化;阳山金矿黄铁矿毒砂表面S主要为-1价,另有少量S以单质硫和硫酸根形式存在。

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2026-01-30 16:41:36

稳定同位素地球化学研究是判断成矿物质来源的一种较成功的方法。对矿物流体包裹体的H,O,C同位素组成,全岩C,O和矿石S同位素组成的研究,可为本区成岩成矿物质来源分析提供依据。

8.2.1 稳定同位素组成分析样品的采集与实验方法

此次工作选择区内的安坝、葛条湾和高楼山3个矿段,共采集稳定同位素分析样品21件。其中,矿物流体包裹体氢(δD(-SMOW))同位素分析样品10件、含水矿物氧(δ18O石英(-SMOW))同位素分析样品10件、矿物流体包裹体碳 同位素分析样品4件、全岩氧(δ18O-(PDB))同位素分析样品4件、全岩碳(δ13C(-PDB))同位素分析样品4件,辉锑矿、黄铁矿及全岩硫(δ34S(-CDT))同位素分析样品共10件。其中,所有单矿物样品均在显微镜下进行了精心挑选,使待测的单矿物纯度达到98%以上。

矿物中流体包裹体的提取采用真空热爆法。即将样品置于石英管中,在250℃温度下连续抽真空以去除吸附水,然后在略高于矿物中流体包裹体形成温度下加热,使矿物中的封闭体系(流体包裹体)泄漏,热爆泄漏出的水经600℃的气化铜炉,然后用液氮冻取水和二氧化碳,送质谱分析。

全岩中的C和O同位素组成测定是通过CO2的分析而完成。全岩C和O同位素组成是通过样品与100%的磷酸(H3PO4)在25℃条件下反应,并测定反应生成的二氧化碳获得。

全岩硫同位素组成是先通过全岩样品与氧化铜按比例混合,并在真空系统中高温加热获得SO2,再用液氮吸收SO2,然后用质谱分析而获得。

本次分析数据所用标准为:流体包裹体水的H和O用SMOW,流体包裹体C用PDB,全岩O用PDB,全岩S用CDT。δ值分析误差流体包裹体H为±0.2‰,流体包裹体O为±1.4‰,全岩C为±0.5‰,全岩S为±0.19‰,全岩O为±0.02‰。

8.2.2 氢氧同位素组成特征

阳山矿区氢氧同位素组成样品采自区内含金脉体以及各种蚀变矿化岩石中的石英和方解石,测定结果列于表8.6。

从表中可见,本区的石英氢氧同位素组成为:δ18O石英(-SMOW)值介于14.2‰~22.7‰之间,δD(-SMOW)值在-79‰~-56‰之间。根据N.Clayton(1972)的计算公式:

甘肃省阳山金矿地质与勘查

式中:δ18O含水矿物的测定对象为石英;T代表形成温度,葛条湾和安坝矿段取平均温度为197.5℃,其他矿段取187℃。

计算获得的 值为1.63‰~10.83‰(表8.6),主要集中于4‰~9‰之间。

表8.6 阳山金矿床及外围矿点氢氧硫同位素分析结果一览表 δ/‰

杨荣生(2007)对阳山矿区不同成矿阶段的石英、方解石δ18O值也进行了测定(表8.7),其所测石英的δ18O石英值为17.57‰~22.68‰,与本次测试结果基本一致;所测石英δD(-SMOW)值介于-86.37‰~-73.29‰之间,略低于本次所测的δD值。在计算 值时,因其所用温度偏高,所以 值偏大。

表8.7 阳山金矿成矿流体氢氧同位素组成

将阳山矿区的δD(-SMOW)和 值投影于图8.3中可见,本区的氢氧同位素组成主要分布于标准岩浆水附近,与我国川西北地区东北寨金矿、马脑壳金矿接近,而与我国滇黔桂地区的微细浸染金矿床(板其、丫他金矿)以及美国卡林型金矿床(卡林、杰里特、科特兹)有着较为明显的差别,后者成矿流体为大气降水。反映本区金矿成矿流体应以岩浆热液为主,金矿的形成与岩浆活动关系密切。

在阳山矿区及外围石英脉产状不同,其氢氧同位素组成也有差异,在主矿体附近黄铁矿-石英细脉的 值一般大于7‰,而非矿化石英脉、方解石脉以及矿区外围含矿石英脉的 值一般小于7‰,其投影点明显向雨水线偏移,表明这些脉体形成时有较明显的大气降水混入。

8.2.3 全岩碳氧同位素组成特征

阳山矿带不同岩(矿)石全岩碳同位素组成见表8.8,据徐步台等(1986)的资料,岩浆成因碳的δ13C(-PDB)值为-5‰~-8‰,海相沉积碳的δ13C(-PDB)值为-3‰~3‰,陆相沉积碳的δ13C(-PDB)值为-5‰~-20‰,沉积还原碳的δ13C(-PDB)值小于-15‰。阳山金矿斜长花岗斑岩脉δ13C(-PDB)值为-9.09‰~-9.14‰,安坝矿段石英的δ13C(-PDB)值为-8.36‰,与岩浆成因碳较为接近。而葛条湾矿段石英的δ13C(-PDB)值为-2.19‰,与海相沉积碳较为一致。因此,本区碳的来源可能多样,既有岩浆成因碳,又有沉积碳的成分。

图8.3 阳山金矿床氢、氧同位素组成及与相关矿床对比图

(东北寨、桥桥上、哲波山资料据郑明华,1994;马脑壳资料据李泽琴,1995;板其、丫他资料据袁万春,1995;杰里特、科特兹及卡林金矿资料据Arehart,1996)

表8.8 阳山金矿床碳、氢、氧、硫同位素分析结果 δ/‰

有关资料表明,碳酸盐的δ18O(-PDB)值介于-20.96‰~-4.65‰之间,大多在-15‰~-5‰范围内,海相碳酸盐的δ18O(-PDB)值在0~20‰之间,火成碳酸盐的δ18O(-PDB)值大多偏负(陈好寿,1994)。阳山矿带斜长花岗斑岩脉的δ18O全岩(-PDB)值为-9.77‰~-9.75‰,安坝矿化千枚岩中石英脉的δ18O(-PDB)值为-13.54‰~-9.06‰,矿化千枚岩全岩的δ18O全岩(-PDB)值为-8.15‰。除葛条湾石英脉的δ18O值较低外,其余值较为接近。

杨荣生(2007)对阳山金矿区矿石及石英脉碳同位素进行了测试,结果表明,阳山金矿全岩碳的δ13C值主要介于-9.14‰~1.16‰之间(表8.9),不同类型矿石的δ13C值介于-6.97‰~-1.96‰之间,显示出“混合碳源”信息。在δ13C(-PDB)-δ18O(-SMOW)图解中(图8.4),早中成矿阶段流体的碳同位素组成明显落于花岗岩区附近,而矿区碳酸盐岩、地层围岩和蚀变岩碳同位素组成明显落于碳酸盐岩区附近,显示矿区成矿流体中碳主要来自于岩浆岩,并在一定程度上受到地层中沉积碳的混染。

表8.9 阳山金矿石英脉中碳同位素组成

8.2.4 硫同位素组成特点

一般认为,矿物从成矿溶液中沉淀析出,都是因为成矿溶液本身的物理化学条件发生了变化。从成矿溶液中沉淀析出的各种硫化物的硫同位素组成不仅取于成矿溶液的总硫同位素组成(δ34S∑S),同时也取决于矿物沉淀时的物理化学条件。H.Ohmoto(1972)将影响δ34S值的因素表达为:

甘肃省阳山金矿地质与勘查

式中:δ34S∑S为成矿溶液的总硫同位素组成;T为矿物的形成温度(多用均一温度);pH为成矿溶液的酸碱度;I为成矿溶液的离子强度。

但对于还原性成矿系统而言,由于缺乏硫酸盐矿物,硫化物δ34S值接近于成矿流体δ34S∑S值(Rye,1993)。合成实验也表明,黄铁矿δ34S值通常可代表硫储库的δ34S(Butler et al.,2004),因此,硫化物δ34S值可被直接用于讨论矿石的硫源,进而揭示成矿流体或成矿物质来源。

图8.4 阳山矿区岩矿石δ13C(-PDB)-δ18O(-SMOW)图解

(据杨荣生,2007)

○—白云岩;口—早中阶段流体;+—晚阶段流体;△—各类矿石及蚀变岩

野外选择矿区的主矿体305#脉开展硫同位素组成特征研究。共计选送10件硫同位素分析样品,其中5件为黄铁矿,2件为辉锑矿,其余3件均为黄铁矿较为发育的蚀变岩石。样品分析结果列于表8.6和表8.8。从表中可见,①矿脉中黄铁矿及辉锑矿硫同位素组成δ34S(-CDT)值均以较小的负值为特征,其变化范围为-3.47‰~-0.7‰(平均为-2.2‰),接近于岩浆硫;②矿区三河口群中沉积黄铁矿的δ34S(-CDT)值为较高的正值(10.1‰~10.9‰),即以富集重硫为特征;③矿区黄铁矿化千枚岩的硫同位素δ34S(-CDT)值也为较高的正值(9.56‰~13.23‰)。

杨荣生(2007)对阳山金矿区不同岩矿石硫同位素组成也做了分析(表8.10),结果表明:①矿化斜长花岗斑岩脉中黄铁矿、毒砂、辉锑矿的硫同位素组成δ34S(-CDT)值均以较小的正值或负值为特征,其变化范围为-4.7‰~3.7‰(平均为-0.5‰),与岩浆硫特征基本一致;矿化石英脉中黄铁矿也表现出相似的硫同位素组成;②矿区三河口群灰岩中黄铁矿的δ34S(-CDT)值也以较高的正值(15.3‰~17.5‰)为特征,可能表明黄铁矿的硫主要来自海水硫酸根离子的还原作用(沈渭洲,1997);③矿化千枚岩硫同位素组成介于两者之间,其中葛条湾及观音坝矿段矿化千枚岩中黄铁矿硫同位素组成以正值为特征,δ34S(-CDT)为5.1‰~6.6‰,较接近地层中的沉积硫;而安坝矿段矿化千枚岩中黄铁矿的δ34S(-CDT)值为-4.6‰~0.2‰,更接近岩浆硫特征(图8.5)。

上述资料表明,阳山金矿区存在两种硫源,其一为地层中的沉积硫,硫同位素组成以较大的正值为特征;其二为成矿期的岩浆硫,硫同位素组成以较小的正值或负值为特征;两者硫同位素组成差别较大,并且阳山金矿矿体中的硫主要为岩浆硫,局部矿体混入了较多的地层硫。

表8.10 阳山金矿硫化物及围岩硫同位素组成特征

图8.5 阳山金矿不同类型硫化物硫同位素组成

(据杨荣生,2007)

将我国滇黔桂地区、西秦岭地区微细浸染型金矿与阳山金矿硫同位素值进行比较(图8.6)可以看出,滇黔桂地区微细浸染型金矿床黄铁矿硫同位素值主要集中于-3‰~16‰,明显以富重硫为特征,并且热液黄铁矿与同生沉积黄铁矿硫同位素组成较为相似;西秦岭地区微细浸染型金矿床硫同位素主要集中于-5‰~5‰,阳山金矿硫同位素组成与西秦岭地区其他金矿较为接近,矿石中黄铁矿、毒砂、辉锑矿与沉积成因黄铁矿硫同位素组成的明显差异也反映了矿石硫主要来自岩浆热液。

图8.6 我国部分微细浸染型金矿硫同位素组成

(滇黔桂地区微细浸染型金矿床据Mao et al.,2002;西秦岭地区据卢纪英等,2001;其他据本书)1—同生黄铁矿;2—热液型黄铁矿;3—辰砂;4—辉锑矿;5—毒砂

舒服的电灯胆
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2026-01-30 16:41:36

X yllella

陈永萱

一类只寄生植物木质部的革兰氏阴性细菌(xylem-limited bacterium,XLB)。

简史

美国的戈汉(A.C.Goheen)和霍普金斯(D.L.Hopkins)于1973年分别从葡萄皮尔氏病的病组织中发现这种细菌,1978年成功地分离并获得此菌的纯培养。此后,陆续从苜蓿矮化病、长春花萎蔫病、桃假果病、柑桔幼树衰退病、榆树叶烧病等10多种病组织内分离到类似的病原细菌。由于这类细菌与立克次氏体(Rickettsia)细菌在形态结构等性状上相似,当时被认为属于立克次体细菌或与立克次体菌有关的细菌,多年来都称之为类立克次体菌(Rickettsia-like bactenia,RLB)。随着对这类细菌生物学性状、血清学、遗传学的深入研究,发现这类菌与立克次体菌的主要性状有根本区别,因而在80年代初美国的戴维斯(M.J.Davis)等人提出这是一类新的植物病原细菌,建议在其分类地位确定前,暂用名称为寄生于木质部的难养细菌(XLB或FXLB)。直到1987年美国J.M.威尔(J.M.Well)正式建立木质部菌属,将葡萄皮尔氏菌定名为木质部难养菌(Xyllella fastidiosa),为该属唯一的种。

属的特征

单细胞、短杆状,大小0.2~0.5×1.0~4.0微米,无鞭毛,不能运动。以二分裂方式繁殖,革兰氏染色阴性。细胞内含物与典型的原核生物相同。过氧化氢酶、明胶酶和马尿酸酶阳性,氧化酶、凝固酶、脂酶、淀粉酶、β-半乳糖苷酶和磷酸酶阴性。不抗酸,不产硫化氢和吲哚,不从葡萄糖产酸。具有典型的革兰氏阴性细菌细胞壁的结构,外层壁常有山脊状或波纹状突起。

木质部难养菌DNA的G+C mol%为49.5~53.1,基因组大小为1.92~2.24×103kb。形态与它近似的战壕热立克次体的G+C mol%是38.5,其它立克次体菌甚至更低;与其它革兰氏阴性的植物病原细菌属亦有不同,在形态营养要求、血清学关系、遗传等方面均有明显差异;DNA的杂交试验和其它植物病原细菌属的同源性都低于5%,由此证明木质部菌属是一类独立的新植物病原细菌。

分类

木质部寄生菌引起的植物病害有17种。由于这些病菌分离物的DNA的G+C mol%范围相近,DNA杂交的同源性都在75%以上,且具有相同的血清学关系,因此这些不同菌系应属于同一个种,即木质部难养菌。各菌系的差别只能在亚种或致病变种的水平上进行区分。

木质部菌属各菌系引起的植物病害表现维管束受害的全株性症状。主要有叶片边缘枯焦坏死,叶片脱落,枝条枯死,生长延缓,生活力衰退,结果少而小,植株矮缩或萎蔫,严重时导致全株死亡。一般各菌系的寄主范围都较广,但各菌系在不同寄主上的寄生专化性和致病性强弱有差别,这些差别可作为区别各菌系或致病变种的标准。木质部难养菌寄生在植物木质部的导管内,所以田间传播介体主要在木质部吸食的昆虫。木质部菌不能在一般培养基上生长,分离培养时培养基需含有一定量的可溶性铁,如血红蛋白或焦磷酸铁等。木质部菌属细菌引起的病害有葡萄皮尔氏病、苜蓿矮缩病、扁桃叶烧病、李叶烧病、桃假果病、长春花萎蔫病、柑桔幼树衰退病、榆树叶烧病、橡树叶烧病、法国梧桐叶烧病、丁香萎蔫病、约翰逊草矮化病、豚草矮化病、苇草萎蔫病、大麻槿皱叶病、桑叶烧病和枫树叶烧病等17种。

分离培养

选用表现症状的叶柄进行分离,根和小枝亦可作为分离材料。将叶、柄、枝、根切成小段,表面消毒,挤压出汁液,直接涂在分离用的培养平板上。培养3~4天后开始出现少量很小的菌落。细菌一般生长较缓慢,大部分菌落需要2~3个星期后才形成。菌落很小,直径约为0.5~1.0毫米。生长适温28~30℃,15℃和35℃下的生长均受到抑制。

检测和诊断

病菌形态,大小、结构、寄生部位培养性状和病害症状、传播介体,传病特点等都能用来进行病害的诊断。生物学试验很花费时间,超薄切片的电子显微镜观察方法又较复杂,且需特殊设备。近年来发展一些快速的检测诊断技术,常用的有真空抽滤病组织汁液,离心浓缩,染色后直接在相差显微镜下观察细菌的形态。此外,用琼脂双扩散和酶联免疫吸附的血清学方法也是一种快速可靠的检测方法,尤其是对无症状寄主和介体昆虫的检测和诊断。

苜蓿花叶病毒组

Alfalfa mosaic virus group

梁训生

属于单链核糖核酸(ssRNA)、无包膜的杆菌状三分体基因组病毒。苜蓿花叶病毒的核酸有RNA1~RNA4四种,其核酸含量分别为16.8%(RNA1),15.5%(RNA2及RNA3),15.4%(RNA4),核酸分子量依次为1.1×106,0.8×106,0.7×106及0.34×106。病毒外壳蛋白质含量为83.2%~84.6%,其分子量为25~30×103。苜蓿花叶病毒组的编码程式是R/l∶1.1~0.34/15.4~16.8∶U/V∶S/O,C/Ap。组名是1975年在印度马德里第二届国际病毒分类委员会上制定的,由英语组成,尚未正式拉丁化。该组内仅有一个成员苜蓿花叶病毒(Alfalfa mosaic virus)。

形态结构

在电子显微镜下,病毒粒子主要为短杆状,直径16纳米左右,其长短分别为56、43、35及30纳米。多态性病毒粒子的结构,究竟属于2个5邻体棱柱和若干个6邻体棱柱所形成的螺旋对称杆菌状结构,还是由正20面体对称结构伸长装配所构成,尚不了解。病毒粒子中存在着这4种线状的正链ssRNA分子,其中RNA1为底部(B层)组分,RNA2为中部(M层)组分,RNA3为中上部(Tb层)组分,RNA4为上部(Ta层)组分,病毒粒子中的核酸主要为中部组分。病毒粒子内部核酸的碱基组成比例为鸟嘌呤22.9~23.9,腺嘌呤24.4~26.8,胞嘧啶20.4~24.0,尿嘧啶27.7~29.8。在ssRNA分子的5′—末端均为帽式结构(m7G5’ppp5’Gp…),在衣壳蛋白质中还具有信使核糖核酸(mRNA)。病毒粒子的外壳蛋白质由多肽链所构成,多肽是由18种,297个氨基酸所组成。

理化特性

病毒粒子的分子量在7.3~3.8×106,沉降系数S20·w为94~66S,在硫酸铯中密度近似1.278克/立方厘米。吸收光谱260/280纳米比值分别为RNA15.1,RNA2和RNA3均为4.8,RNA4为4.7。等电点为pH值4.6。苜蓿花叶病毒的稳定性较差,病株压汁在60~65℃以上或稀释到1000倍以上或置室温下2~4天以上病毒就失掉侵染能力。

生物学特性

苜蓿花叶病毒的寄主范围广,能寄生于双子叶植物中的47个科305种植物。其中包括苜蓿、三叶草、草木樨、田菁、马铃薯、番茄、辣椒、烟草、黄瓜、大豆、菜豆、豇豆、赤小豆、绿豆、棉豆、草石蚕和啤酒花等,主要呈现花叶症状。在苜蓿上呈现花叶和叶片皱缩,植株严重矮化。侵染马铃薯后发生杂斑病,使上、中部叶片沿中脉对称出现鲜黄斑块,后向两侧发展,致使叶片皱缩、畸形。苜蓿花叶病毒侵染大豆后发生花叶病,叶片出现鲜黄斑及斑驳等。病毒汁液容易接触摩擦传染,也可通过介体桃蚜等14种蚜虫进行非持久性传毒,有的株系还可以通过种子或花粉传毒。如苜蓿花叶病毒在甜椒种子上的传毒率为1%~5%,在苜蓿种子上为0.2%~55%,在苜蓿花粉上传毒率为0.5%~26.5%,菟丝子亦能传毒。

株系与血清学

按苜蓿花叶病毒的致病性可分成苜蓿黄色花叶病毒株系,菜豆的系统侵染株系和局部坏死株系,豇豆的系统侵染株系和局部坏死株系,以及马铃薯杂斑株系等。该病毒的抗原性较弱,但能制备出效价为1∶1024的抗血清,各株系间不存在血清学上的差异。

分布和为害

苜蓿花叶病毒在世界各地均有发生,在牧草、马铃薯和豆类上造成病害。

耐病性

tolerance to disease

商鸿生

植物受到病原物侵染后发病较轻或充分发病后对产量或品质影响较小的特性。耐病性是一个表示侵染与病情、病情与损失之间相对数量关系的概念。只能在相同侵染水平或发病水平下,定量比较不同植物或不同品种的发病程度和损失率才能确定其耐病水平。

1894年科布(Nathan Augustus Cobb)在澳大利亚发现严重感染锈病的小麦品种仍有较高的产量。此后,各国学者相继研究了小麦、大麦、燕麦和玉米品种的耐锈性,以及多种植物对病毒和根病的耐病性。因此,植物的耐病性有一定的应用价值,在缺乏抗病品种或品种抗病性“丧失”时,种植耐病品种可以减轻损失。耐病品种多用于防治麦类锈病、全蚀病、赤霉病,多种作物的枯萎病、病毒病等。

耐病性的类型

1986年英国的克拉克(D.D.Clarke)区分出两种类型的耐病性,即耐寄生(tolerance to parasite)和耐发病(tolerance to dis-ease)。耐寄生是指植物耐受病原物的侵染而发病较轻,损失较少的特性。多种病毒在特定植物和作物品种体内能正常繁殖但不表现症状或症状较轻。如耐大麦黄化矮缩病毒寄生的大麦品种被侵染后,叶片黄化较轻,植株无明显的矮缩现象,产量降低较小。植物对黄萎轮枝菌的耐寄生也较常见,病原真菌在植株体内正常扩展和繁殖,但症状很轻。耐发病是指植物耐受较高的病害水平而产量和品质较少受损失的特性,狭义的耐病性专指耐发病,以麦类作物耐锈性最典型。

耐病性机制

一般认为耐寄生的植物能合成较多碳水化合物和吸收较多无机营养,足以供应寄生物的消耗。也可能因植物细胞对寄生物的毒素或其它活性物质不敏感所致。耐发病的植物或作物品种通常具有较强的生理调节和补偿能力。其叶片未被侵染的部位,光合作用增强或较快地长出新叶,以补偿因叶片被病害破坏所造成的光合产物减少。例如,小麦耐叶锈品种“耐锈二号”病叶未受害部分光合速率增高,能部分补偿病原物的消耗,同时营养器官中贮藏物质的利用增强,输入籽粒中的氮、磷和糖类没有明显减少。此外,有些耐锈小麦品种的发根能力强,根系发达或发病后根系吸水能力增强,能够补充叶部病斑因蒸腾量增高造成的水分消耗。大麦对全蚀病耐病能力比小麦强,因为大麦病株根部被病菌侵染后,茎基部能长出多数不定根,部分地代替病根的作用。某些种类的十字花科植物根系发达,耐根肿病的能力强。

拟粒线虫属(Subanguina)

Subanguina

杨荣铮

属垫刃目、粒线虫科,与粒线虫属较相似。1967年前苏联帕尔蒙诺夫(A.A.Parmonov)建立新属,定名为拟粒线虫属,分布于欧洲以及北美和亚洲部分国家,中国云南有发生,对小麦产量有较大影响。

此类线虫虫体肥大或线状,一般长1000~2000微米,两端稍细,体表有细环纹,唇区较平,口针10~15微米,口针基部球明显,中食道球椭圆形,峡部细长,个别虫种较粗,后食道球宽梨形,单卵巢先端回折1~2次,卵母细胞1~2列,不呈轴状排列。阴门位于体后部80%左右,有后阴子宫囊。雄虫单精巢,先端通常有四折,有交合刺和引带,抱片常包达尾的亚端部,两性尾均为长圆锥形。

拟粒线虫主要为害小麦、大麦、黑麦和牧草等禾本科植物。寄主被栖根拟粒线虫为害后,根部出现瘿瘤,有些种,如车前草拟粒线虫可引起茎、叶和花形成瘿瘤,植株端部可造成枯死。阿斯肯纳西拟粒线虫侵染藓类植物茎枝,诱发端瘿。拟粒线虫侵染后地上部常表现植株矮小,分蘖少,穗小而少。瘿瘤内的幼虫抗力强,可度过不良环境,当条件适宜时,则吸水外出侵染寄主。虫瘿是翌年传播的重要来源。栖根拟粒线虫侵染期为四龄幼虫,S.mobilis侵染期则为三龄幼虫。

栖根拟粒线虫(S.radicicola)是最重要的种,广泛分布于斯堪的纳维亚地区,前苏联、英国、德国、荷兰、波兰、加拿大、美国以及亚洲的部分国家,为害数百种禾本科作物和牧草,中国云南省剑川县的小麦、大麦、黑麦、野燕麦及狗牙根等植物上有发生。主要侵染根尖引起局部肿大,形成瘿瘤,瘤坚硬,多呈弯曲状,表面光滑,其内含大量同一个龄期幼虫。完成一代生活史一般30~60天。被害植株高矮不一,分蘖少,幼苗有时出现叶片褪绿,降低顶端生长。该线虫同一虫种在各地为害的寄主范围不同,可能存在不同的寄生专化类型。土壤湿润和砂质壤土有利线虫活动。控制拟粒线虫主要采用与非寄主作物轮作和铲除田间杂草等方法。

等待的香烟
勤奋的蜻蜓
2026-01-30 16:41:36
微生物功能性油脂的研究

董欣荣 曹 健

摘要 从影响微生物油脂合成的重要因素、微生物油脂的制备、微生物油脂的定性分析、产品的理化指标和质量指标及利用微生物生产功能性油脂等几个方面,对国内外微生物功能性油脂的研究进行了综述。

关键词 微生物;功能性油脂;制取

分类号 TS218.01

FUNCTIONAL FATS AND OILS FROM MICROORGANISMS

Dong Xinrong Cao Jian

(Bioengineering department,Zhengzhou Grain College,Zhengzhou 450052)

Abstract This paper gives a general review of the prod uction of fats and oils from microorganisms,the important factors that work duri ng the process,qualitative analysis,physical and chemical properties and quality properties of the products as well as the microorganism is applied to make the functional oils and fats at home and abroad.The production of functional fats an d oils from microorganisms are also investigated.

Key words microorganismfunctional fats and oilsproduction

0 前言

微生物油脂一般又称单细胞油脂,很多微生物如细菌、霉菌、酵母菌及藻类等在一定条件下,可在菌体内产生大量油脂,有的干基菌体含油高达70%以上,而且这些油脂与一般植物油脂有类似的脂肪酸组成(见表1)〔1〕。微生物油脂的研究始于第一次世界大战期间,德国为了解决当时的油源匮乏而利用产脂内孢霉生产油脂,之后美国也开始着手微生物油脂的生产,但没有实现工业化。直至第二次世界大战前夕,德国科学家筛选到了适于深层培养的菌株,开始在德国工业化生产微生物食用油。

表1 部分微生物油脂的脂肪酸组成

菌株 12∶0 14∶0 1 6∶0 16∶1 18∶0 18∶1 18∶2 18∶3 其它

假丝酵母(Candidal0) - tr 32 - 15 44 8 -

隐球酵母

(Cryptococcus terricolus) - tr 36 1 14 36 8 tr

红酵母

(Rhdotorula glatiuis) - - 18 1 6 60 12 2 24∶0 1%

Rhythium irregulare 1 6 26 15 5 26 5 6a 20∶0 7%

产脂内孢霉 - 2 25 70 17 47 5 1

麦角菌霉 - tr 23 6 2 19 8 - 18∶1-OH 42%

串珠镰孢 - 1 14 - 11 30 42 1

米黑毛霉 - 1 20 4 6 48 16 5a

少根根霉 tr 1 18 4 11 29 16 tra

淀粉核衣藻 - - 30.7 2.6 0.8 4.1 35.3 7.5b 16∶2 16.2%

16∶3 2.7%

高山被孢霉

Ovder Mucorales b b b b b b 15 0

20∶3 3%

20∶4 30%

20∶5 15%

说明:a——γ—亚麻酸;b——未知;tr——痕量;br——支链酸;-— —OH羧基酸

与动植物油的生产相比,微生物油脂的生产有许多优点:1、微生物适应性强,繁殖速度快 ,生产周期短;2、微生物生长所需的原料丰富多样,特别是可以利用农副产品、食品工业及造纸业中产生的废弃物,如亚硫酸纸浆、木材糖化液、废糖液、制造淀粉产生的废料废液等,同时还保护了环境;3、微生物方法生产油脂可节约劳动力,同时不受场地、气候、季节的影响,一年四季可连续生产;4、利用不同的菌种和培养基产品构成变化较大的特点,尤其适合于开发一些功能性油脂。如富含油酸、γ—亚麻酸、花生四烯酸、EPA、DHA、角鲨烯、二元羧酸等的油脂以及代可可脂。此外,由于人口的增长使得油脂需求量与自然资源严重短缺的矛盾日益尖锐,开辟新油源—微生物油脂更具有重要的现实意义〔2、3〕 。

目前利用微生物生产油脂的技术可行性已不存在太大问题,主要还是经济可行性。微生物生 产油脂受多种因素影响,而且生产油脂的菌种有限,只有那些干基菌体含油率高,油脂转化率也较高的微生物才有可利用的价值。目前筛选的微生物干基菌体含油率一般为30%~60%,少数为70%~80%。油脂转化率一般为15%,个别菌种达20%~25%。因此,一般的微生物油脂经济价值还无法与植物油相抗衡,对微生物油脂的研究主要集中在利用微生物生产经济价值高的特殊营养油脂、特殊工业用途油脂。这类油脂的主要营养成分在天然动植物油脂中存在量很少,甚至不存在,但具有较大的生理功能和特殊用途,因而我们统称为微生物功能性油脂。目前通过微生物油脂分提制取可可脂、采用酵母发酵生产代可可脂都已在日本得以实现,以霉菌生产的γ—亚麻酸油脂已在日、英问世,生产富含花生四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸、中碳酸及蓖麻酸油脂的真菌、藻类菌种也已找到〔1,6,21〕。微生物功能 性油脂作为动植物油脂的必要补充在促进人类健康方面正起着越来越重要的作用,所以对微 生物功能性油脂的研究具有极其重大的意义。

1 影响微生物油脂合成的重要因素

1.1 培养基的C/N比

油脂的生成由细胞油脂含量与细胞收获量的乘积决定。微生物生产油脂的 过程可分为两阶段:细胞增殖阶段和产油阶段。这两个阶段所用培养基的C/N比不同,细胞增殖期要 求氮素营养相对偏高以获取足量菌体细胞;产油期则是在获取足量菌体细胞后,增加碳素营养物 质,为菌体大量积油创造条件〔9〕。

1.2 pH值

产生油脂的最适pH值依微生物种类而不同,酵母为3.5~6.0,霉菌为中 性至偏碱性。构巢曲霉在pH2.8~7.4培养时,随pH值上升,油酸含量增加。而培养油脂 酵母的增养基最初pH值越接近中性,稳定期细胞油脂含量越高〔7〕。

1.3 无机盐和微量元素

一般地对于真菌,适当增加无机盐和微量元素的使用量,可提高产油速度 及产油量。Carrid等人对构巢曲霉的研究表明,调整Na+、Mg2+、SO42- 、PO43-等离子的含量比,可使油脂含量由25%~26%(生成率6.7~7.9)提高到51 %(生成率17.2)。一项有关油脂酵母产油的实验证明,在培养基中增加铁离子浓度可加快油 脂合成,而增加锌离子浓度(有些菌株要求维生素B)可提高积累量。

1.4 温度

油脂生成的最适温度大多在25℃左右。温度可影响油脂的组成、含量,培 养温度低时不饱和脂肪酸含量将增加。

1.5 培养时间

培养时间对油脂的合成也很重要。如黑曲霉、米曲霉、根霉、红酵母、酿 酒酵母 最佳培养时间分别为3d、7d、7d、5d、6d。培养时间不足,微生物菌体总数达不到最 大量而影响油脂量;培养时间过长,微生物个体变形、自溶,形成的油脂进入培养基中难以 收集,同样影响油脂产量。

1.6 孢子数量

菌体生长期孢子数量过多,单细胞油脂产量反而可能低。细胞内积存的油 脂过多,又会使菌体失去增殖能力。因此培养产油菌时应使之达到最佳孢子数量,以保持菌 体的增殖能力和产油生理状态。

1.7 氧气供给量

微生物利用基质糖类合成油脂及不饱和脂肪酸都需要氧气参与,因此必须供应充足的氧气。

1.8 添加

添加脂肪酸合成的中间物或能形成中间物的二碳化合物如乙醇、乙酸盐、乙醛等可增加油脂含量。

2 微生物油脂的制备

2.1 菌株的选择

用于生产微生物油脂的菌株要求具备以下条件:

(1)具备或改良后具备合成油脂的能力,油脂积累量大,含油量稳定在50%以上且油 脂转化率不低于15%。

(2)能利用农副产品及工业废水、废料。

(3)繁殖力旺盛,杂菌污染困难,沉淀、过滤、分离油脂容易。

(4)油脂风味良好,食用无害,易消化吸收。

(5)用于工业化生产时能适应工业化深层培养,装置简单〔4,5〕。此 外菌种不同,培养条件不同,产品也不同。一些菌株油脂的脂肪酸组成、类型及甘三酯组成 见表1和表2。

表2 微生物油脂的立体专一分析

油脂 Sn 14∶0 16∶0 16∶1 17∶0 17∶1 18∶0 18∶1 18∶2 19tr 20∶0 22∶0 24∶0 24∶1

Mycobacterium 1 1 8 9 tr 2 7 60 - 7 1 1 1 1

snegmatis 2 7 57 13 2 1 6 9 - 1 tr tr 1 tr

3 1 7 7 tr tr 16 18 - 6 7 7 18 7

(油脂酵母) 1 3 14 8 - - 4 61 10 10 - - - -

Lipomyces 2 - 1 2 - - - 88 9 - - - - -

lipoferus 3 6 29 13 - - 9 37 6 - - -

- -

2.2 培养基

需配制的培养基有斜面培养基、种子液培养基、基础摇瓶培养基、发酵培养基等。斜面培养基是培养该菌种的普通培养基;种子培养基与基础培养基成分变化不大 ,主要是为了稳定菌种的性状;发酵培养基要使碳源比重增加,氮源比重下降,同时增加通气量,使菌体充分合成油脂〔28,29〕。

配制时所用的碳源有乳糖、葡萄糖、果糖、蔗糖、石蜡、废糖蜜、纸浆工业废水、木材水解 液、淀粉厂废水等;氮源有铵盐、尿素、硝酸盐、氨基酸、酵母水、玉米浆等;无机盐类有KH2 PO4、MgSO4、CaCl2等;生长素有酵母膏、蛋白胨等;如果要诱变改良菌种,还需配制诱变培养基,所用的诱变剂有亚硝基胍、N—甲基—N—亚硝基胍、硫酸二乙酯、紫外线、激光、离子束等。

2.3 培养方法

2.3.1 菌种的活化

将保存的菌种转接到斜面培养基上,28 ℃培养4 d。

2.3.2 种子液的制备

活化菌种以少量无菌水洗,入装有种子液培养基的三角瓶中,24~30 ℃ , 转速150~300 r/min,培养2~5 d。培养温度、时间、摇瓶速度依菌种的类型和数 量而定,通常种子液培养基装液量为三角瓶的1/5。

2.3.3 摇瓶培养

采用与(2)同样容积的三角瓶,内装1/5容积的种子液培养基,接入种子液 2~3 mL,温度、转速同(2),培养时间比(2)延长1~2 d。

2.3.4 大罐发酵

装液量为灌体的2/3,接种5%,罐压0.5 kg/cm2,搅拌速度提高至原来的2倍,罐温与上述温度相同。有时为了逐渐诱导产脂,可采用三级发酵的方法,使培养 基营养的供给趋向于碳源逐渐升高,氮源逐渐减少,通气量加大,pH值也逐渐接近微生物合 成油脂的最适值。

2.4 菌体的收集

培养好的菌体经镜检后,以滤布(纱布、的确凉布)过滤,用蒸馏水洗三次 ,称湿重,取部分湿菌体60 ℃烘干,称干重,以确定湿菌体的含水率。收集大量菌体时则 采用离心法。

2.5 提油前菌体的前处理及菌体油脂的提取

微生物油脂存在于坚韧的细胞壁中,且部分以脂蛋白、脂多糖的形式存在 ,因此提油前必须对菌体进行前处理。前处理的方法主要有四种:(1)干菌体磨碎法(将菌体 与砂子一起进行研磨);(2)干菌体、稀盐酸共煮法(共煮使细胞分解便于获油);(3)菌种自 溶法(50 ℃下保温2~3 d);(4)菌体蛋白变性法(用乙醇或丙醇使结合蛋白变性)〔10〕 。另外还有利用高压匀浆、球磨、膨化、高渗透压等处理使菌体破裂的办法。

用于油脂浸提的有机溶剂主要有乙醚、异丙醚、氯仿、乙醚—乙醇、石油醚、氯仿—甲醇等 ,浸提后再通过减压蒸馏等手段回收溶剂。

3 微生物油脂定性分析

经苏丹黑染色法染色后,菌体中的脂肪粒呈现蓝紫色或蓝灰色,而菌体 为红色。根据脂肪粒大小可初步判断脂肪含量的多少,还可用于确定最佳产油时间〔5〕。

4 微生物油脂各项理化指标与质量指标的测定

采用AOCS方法,分析指标主要包括以下几方面:(1)折光指数;(2) 比重; (3)透明度;(4)气味、滋味;(5)水分;(6)酸价;(7)过氧化值;(8)碘价;(9)色泽;(10)2 80℃实验;(11)脂肪酸组成;(12)甘三酯组成;(13)不皂化物。

5 利用微生物制取功能性油脂

通过细胞融合、细胞诱变等手段,可使微生物生产出比动植物油脂 更符合人体需要的高营养油脂或某些特定脂肪酸组成的油脂〔27〕。现分述如下:

5.1 油酸、亚油酸

亚油酸是一种人体必需脂肪酸,通过人体的△6脱氢酶作用可以转 变成 人体所需的γ—亚麻酸。尽管这类油脂在植物中存在较为普遍,但亚油酸含量达到70%以上 的只有红花油、葵花油。据报道利用纤维素作碳源来培养丝状菌马铃薯黑痣病薄膜霉 ,所产 生的油脂亚油酸含量高达71.8%~76.3%〔11〕。国外资料报道有利用产脂内孢霉 工业化生产富含油酸、亚油酸的油脂。微生物油脂中油酸、亚油酸常常同时存在,二者可占 总脂量的65%~78%,这一点与许多植物油脂非常相似,此外熔点、折射率、比重、酸价、过 氧化值、皂化值、碘值等物理化学特性的分析结果,也与植物油接近〔9〕。

一份关于38株假丝酵母的全细胞脂肪酸分析表明:这些酵母油酸含量达34%~69%,亚油酸含 量达5%~34%,而且有的菌株棕榈油酸含量达15.9%〔2,3〕。油脂酵母、红酵母、 掷孢酵母合成的油脂以油酸为主要成份,脂肪酸组成与常用植物油中的橄榄油、菜籽油相近 〔2,13〕。

5.2 γ—亚麻酸(GLA)

GLA天然存在量很少,只有在乳脂和特殊野生植物种子中含量较高,人体 △6脱氢酶的存在及活力常受肥胖、癌症、 病毒感染、老龄等健康及营养因素的影响,阻碍摄入的亚油酸转变为GLA,使PG(前列 腺素)不能顺利合成,从而导致动脉硬化、血栓症、糖尿病等,故富含GLA的油脂是一类保健 性油脂〔14〕。

传统上,GLA主要从月见草种子油中提取,1948年Bernhard和Albercht首先从布拉克须霉的 菌丝体脂肪中鉴定出真菌CLA,含量达16%,Nugtern证明其结构与月见草种子油GLA相似。19 64年Show又发现藻状菌纲的菌株含有GLA,而不含α-亚麻酸。最近,日本Ona da Cement公司生物工程研究室的Morio Hiramo和东京农业与技术大学生物工程系的Yunki M iura等利用新鲜海水培养钝顶螺旋藻和一种小球藻(Chlorella sp.NKG4240)生产GLA, 其含量可达总脂肪酸的10%〔15〕。

在发酵生产GLA方面,1985年Osama Suzuki等利用深黄被孢霉、葡酒色被孢霉,拉曼被孢霉 和矮被孢霉以高 浓度葡萄糖(60~400 g/L)为碳源发酵培养,菌体油脂含量达35%~70%,其中GLA占3%~11% 。 1987年蓑岛良一等用雅致小克银汉霉发酵生产GLA,GLA含量达18%。英国使用爪哇镰刀菌, 以小麦淀粉生产的葡萄糖作为培养基进行发酵,产物经提纯达到食用标准,γ—甘油三亚麻 酸酯含量高达16%。利用发酵法生产γ—亚麻酸酯的John &Starge有限公司产量达100 t/a 〔4,26〕。1986年以来,英国Sslby factory of sturge Biochemicals、日本出光 化 学公司已有微生物GLA产品上市,主要用于医药、保健食品、功能性饮料和高级化妆品 〔11〕。

我国上海工业微生物研究所在500L发酵罐中用M102菌株发酵生产GLA,GLA含量达到8% 。1993年,南开大学生物系用深黄被孢霉As3.3410为出发菌株,经紫外诱变得变异株,在1 0L 罐中发酵产生GLA时,菌体得率为29.3%,油脂含量达44.7%,其中GLA含量达9.44%〔 12〕;1998年福建师范大学生物工程学院以深黄被孢霉As3.31410为出发菌株,经紫外 、硫酸二乙酯、亚硝基胍复合诱变处理后,进行了60m3罐三级发酵,菌体油脂含量高达79 .2%〔16〕。

5.3 花生四烯酸(AA)

AA传统上来自鱼油,但含量极低,一般小于0.2%(W/W)。AA与二十碳五烯 酸(EPA)是花生酸代谢的重要中间产物,它们在营养学、医学上的地位为世人瞩目,这主要 是 由于二十碳酸代谢产物PG、TX、LT具有调节脉管阻塞、血栓、伤口愈合、炎症及过敏等生理 功能〔1〕。1990年Buranova等发现几株被孢霉能聚集二十碳三烯酸(DGLA又称二高γ —亚麻酸)和AA,并且在一定条件下生产EPA。80年代以来,GLA、AA含量高的微生物油脂 相继在日本、英国、法国、新西兰等国投入工业化生产,日本、英国已有AA发酵产品投入市 场〔17〕。国内朱法科等以一株被孢霉为出发菌株,通过紫外诱变得到一株AA高产菌 ,AA得率达0.83g/L。研究还指出:培养不同时间的菌丝(3d~5d)在室温下老化15d,菌丝 体中总脂含量由18%~30%上升至36%~41%;菌丝体中AA含量则由1.1%~2.6%上升至2.6%~ 3.7%〔18〕。

5.4 二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)

天然EPA、DHA通常在海洋动物和海洋浮游植物中含量丰富。EPA、DHA属于 ω—3多不饱和脂肪酸(PUFA),其生理功能主要表现在:(1)预防和治疗动脉粥状硬化、血栓 形成及高血压。(2)治疗气喘、关节炎、周期性偏头痛、牛皮癣、肾炎。(3)治疗乳腺、前列 腺和结肠癌。目前ω—3PUFA的商业来源是海洋鱼及其油。鱼油中ω—3PUFA的构成与含量随 鱼种类、季节、地理位置等变化;为了提高其氧化稳定性,多数鱼油常常要经过氢化、调和 等步骤从而使EPA、DHA受到破坏。

1988年Shimizu等人提出高山被孢霉是生产EPA的一个潜在来源,在12℃的低温条件下生长时 ,可积累15%以上的EPA。Thraustochytrium aureum则是一种海生真菌,DHA含量达34%。许 多 海生藻可产高含EPA和DHA的油脂。金藻纲、黄藻纲、哇藻纲、红藻纲、褐藻纲、绿藻纲、绿 枝藻纲、 隐藻纲、Eustigmatoohyceae中的一些藻都高含EPA;甲藻纲的藻DHA含量高,而甲藻纲 中Amphidinium carteri的EPA和DHA含量都很高〔15〕。

培养基组成、通气、光强、温度、培养时间等对EPA、DHA等PUFA的合成、积累起着重要作用 ,氮源的数量影响饱和与不饱和脂肪酸的比例,光照不足将增加ω—6脂肪酸的合成和抑制 ω—3脂肪酸的合成,对数生长期末尾或在稳定期的开始时微生物PUFA的浓度达到最大。 此外使用基因工程选育菌种,有可能大大增加藻类、真菌产生EPA、DHA及其他PUFA的潜力, 而且藻油中的EPA比鱼油中有着更大的氧化稳定性,且没有鱼油的气味和滋味。

表3 可生产类可可脂的微生物

菌种 干菌体量

PC/g.L-1 脂质含

量/% 脂肪酸组成/% 1、3-二饱和、3不饱

和甘 油酯含量/%

16∶0 18∶0 18∶1

红冬孢酵母

(Rhodosporidium toruloi des) 12.8 59.8 25.0 12.7 46.4 47.9

红酵母(Rhodotorula glaminis) 8.0 35.8 29.8 11.8 35.5 32.8

产脂内孢霉 8.5 10.4 25.1 12.3 47.1 30.6

被孢霉(Mortierella vinacea ) 5.0 33.7 27.9 12.7 48.0

被孢霉(MM nana) 4.5 51.3 25.1 16.6 44.4

被孢霉(M.ramanianaver

anguispora) 3.2 13.4 28.1 16.6 40.8

5.5 长链二元酸

长链二元酸在工业上有广泛的用途,是生产聚合体、粉末涂料、可塑剂、 润滑油、香料、农药等的出发原料和中间体。C10以下的短链二元羧酸在自然界存在 广泛,合成较为容易,但C11以上的长键二元羧酸几乎没有天然存在的,合成也很 困难。很多微生物经发酵可得到C11~C18饱和及不饱和二元酸,这方面的应用 在日本最为广泛,且经使用效果良好。

5.6 角鲨烯

角鲨烯资源也非常短缺,主要存在于深海鲸鱼和鲨鱼肝油中,橄榄油和米 糠油中含量也较高。角鲨烯在油中具有抗氧化作用,但它全氧化后又成为助氧剂。其氢化物 是优良的化妆品基质和钟表等精密机械的润滑剂。以癸烷为碳源,利用深黄被孢霉发酵得到 的油脂,角鲨烯含量可达50mg/L。

5.7 代可可脂

可可脂是世界上最贵重的油脂之一,天然可可脂是以可可豆为原料经清洗 、去皮,水压法提取而得到的,其甘三酯组成为POS52%、SOS19%、POP6%。天然可可脂具有 风味良好、不易氧化且不被脂解酶分解、加工粘度适合、易于脱模等特性,成为制取巧克力 不可缺少的一种油脂成分。由于天然可可脂货源不足且价格昂贵,因此出现了多种多样的类 可可脂、代可可脂。利用微生物制取可可脂包含两方面的内容:(1)利用微生物酶作为催化 剂,催化油脂酯交换,达到可可脂要求的甘三酯组成,用这种方法可制得类可可脂。(2)培 养微生物菌株,使其在菌体内产生理化性质或甘三酯组成与可可脂接近的类可可脂和代可可 脂。

莫斯科工业研究所利用红酵母属、红冬孢酵母属、隐球酵母属菌株生产油脂 的一 项研究表明:Rhodotorula gracilis K-76及Rhodosporidum sphaerocarpum L-103产生 的2 位为油酸的甘三脂产量很高,经分提得到的油脂理化性质近似于可可脂、橄榄油、棉籽油; 荷兰利用假丝酵母属、类酵母属、红酵母属 油脂酵母属等14个属的酵母变异种生产可可脂 及其代用品,以N-甲基-N-亚硝基胍诱变后得到高产菌种,经培养油脂含量达30%,且其中95 %的甘三酯具有P 37.6%、S 14.3%、O 37.5%的脂酸肪组成〔21〕;加拿大以脱 蛋白乳清为培养基培养酵母,通过添加所需晶型得到了甘三酯组成及含量与可可脂相似的类 可可脂,并且不经分提即可市售,产品均匀稳定〔22〕。

在利用微生物合成可可脂方面研究最多的是日本。在一项专利中,将乳酸杆菌、双歧杆菌菌 种接种到一种由油、脂、发酵的奶粉、糖类制成的混合物中,并按比例添加有全奶粉、蔗糖 、乳糖、磷脂、香料、柠檬酸及天然色素,在低于45℃的条件下发酵后,所得产品经感官检 验具酸乳酪味,可代替可可脂用于食品中〔23〕。

还有一项专利是将一种对苹婆酸及其衍生物敏感的假丝酵母进行摇瓶培养,培养后测得其甘 三酯组成中POP占18.6%、POS占39.0%、SOS占14.6%,可作为可可脂使用〔24〕 。另有一项专利使用被孢霉生产代可可脂,成效也非常显著〔25〕。

综上所述,微生物功能性油脂的研究是21世纪的发展方向,它将使油脂行业的范围更广 ,也将使微生物应用到更为广阔、重要的领域。

作者简介:董欣荣:女,1973年生,硕士研究生

作者单位:郑州粮食学院生物工程系,郑州 450052

参考文献

1 徐学兵,郭良玉,杨天奎,等.油脂化学,北京:中国商业出版社,1 993.327~330

2 罗玉萍,杨荣英,陈英,等.酵母油脂脂肪酸组成的研究.中国粮油学报,1994,9(3) :44~48

3 韩丽华,郝确.生物工程在油脂开发和加工中的应用.郑州粮食学院学报,1987(2):94 ~97

4 至诚,晓娄.微生物食用油脂生产发展动向.粮油食品科技,1990(2):15 ~16

5 傅金衡,刘晓龙.12种酵母产油脂量的探讨.中国油脂,1994,19(4):7~9

6 张峻,邢来君,王红梅.γ—亚麻酸高产菌株的选育及发酵的分离提取.微生物学通报 ,1993,20(3):140~143

7 殷蔚申.食品微生物.北京:中国财经出版社,1990.270~273

8 赵福耀译.微生物产油法.食品科学,1981(6):34~35

9 张聚元.单细胞油脂.中国油脂,1988,13(3):14~18

10 李魁,徐玉民,吴平格,等,真菌油脂的合成条件及预处理方法.中国油脂,1996(6) :3~5

11 EVGENE W SEITZ.Industrial Application of Microbial Lipase:A Review,JAOCS,197 4,51(2):12~16

12 史国利,吕宪禹,周与良.全细胞长链脂肪酸在假丝酵母属分类中应用初探.真菌学 报,1992,11(2):150~157

13 史国利,周与良.深红酵母相关菌株全细胞长链脂肪酸分析及其数值分类.真菌学报, 1993,12(2):131~137

14 张秀鲁.微生物生产油脂的展望.浙江粮油科技,1990(1):1~5

15 钟辉,张峻,邢来君.微生物发酵法生产γ—亚麻酸进展,微生物学通报,1994,21(4 ):237~239

16 黄建中,施巧琴,周晓兰等.深黄被孢霉高产脂变株的选育及其发酵的研究.微生物学 通报,1998,25(4):187~191

17 李浪,杜平定.生物工程与油脂工业.郑州粮食学院学报,1995,16(3):94~100

18 朱法科,鲍时翔,林炜铁等.菌丝老化对被孢霉产花生四烯酸的影响.中国油脂,1997 ,22(3):40~42

19 徐天守.利用生物技术生产二十碳五烯酸和二十碳六烯酸.食品与发酵工业,1995(1) :56~63

20 Zaitseva L V etc.Maslo-Zhir.Pom-st1985(6):17~18(Russ)

21 Wssanen Nederland B V Neth.Appl.NL8700,783 Nov 1988 Appl 87/783

22 Beavan,MichaelIndusty Apply Single Cell Oils,Illinois:AOCS Press,1992.156 ~84

23 Hideki Baba,etc.Eur Pat Appl,EP 704164.Appl.1994/215:1~12

24 Ofuji,etc.Jpn.Kokai Tokkyo Koho JP 61282091 Appl.1985/125.818:605~609

25 Agency of Industrial Sciences and Technology.Jpn.Kokai Tokkyo Koho JP 607529 2 Appl.1983/160753:473~475

26 张秀鲁,陈霄,吴昕等.发酵法生产高含量γ—亚麻酸油脂的研究.中国粮油学报,1993,(2):24~29

27 李小松,余扬帆等.微生物油脂.食品科技,1997(5):8~9

28 杨宏,林娟,欧阳瑞珍.产油微生物的培养.福州大学学报,1997,25(5):103~106

29 陈少洋.酵母菌变异株M413的培养及发酵培养基的优选.福州大学学报,1997,25(5) :107~110

收稿日期 1999-06-25

明理的往事
风中的丝袜
2026-01-30 16:41:36
2.矿粉对混凝土收缩性能的影响

收缩性能是混凝土的一项重要指标,指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小

现象。一般分为塑性收缩(又称沉缩),化学收缩(又称自身收缩),干燥收缩及碳化收缩,较大的收缩会引起混凝土开裂。

引用刘延东等人对矿粉混凝土与基准混凝土收缩性的实验研究 ]2[,依据“