膏桐饼中佛波酯类毒性成分的微生物降解

The effective use of Jatrohpa curcas kernel cake, the largest by-product of the J. curcas bio-diesel industry, plays an important role in significantly reducing the cost. Owing to its virtue of high protein content and low fiber content, J. curcas kernel cake is suitable for to be transformed into resource-shorting animal feed. Phorbol ester compounds，the most recalcitrant components to be detoxified in the cake，restrict its development into animal feed. The separation, purification and structural analysis of the phorbol ester compounds in the kernel cake will be performed by toxic tracking (the determination of the toxicity of each toxic component); screening more efficient microbial strains that are able to degrade phorbol ester compounds; different single microbial strains with high detoxification effect obtained will be used to degrade different single purified phorbol esters respectively, to purify and analyze the main intermediates produced (structure elucidation), to study the toxicity of the main intermediates and finally to clarify the degradation mechanism of the single phorbol esters first.The kinds,quantity,and sequence of intermediates are present in the fermented kernel cake will be determined to elucidate the detoxification mechanism of the phorbol compounds in the cake by fermentation process. This project will deepen our understanding of the microbial transformation and degradation of phorbol esters in the detoxification process, increase the molecule diversity, and provide a theoretical guidance and ideal microbial strains for the development of J. curcas kernel cake as feed. Other achievements of the project will be 3-5 articles published in SCI journals, 1-2 patents.

膏桐饼作为膏桐生物柴油生产过程中产生的最大宗副产物，能否有效利用对降低膏桐生物柴油的生产成本具有重要作用。膏桐饼高蛋白、低纤维含量的特性使其很适宜于开发成资源紧缺的蛋白饲料。限制膏桐饼饲料化的最大障碍是难降解的佛波酯类毒性成分。根据毒性追踪，对膏桐饼中的佛波酯类毒性成分进行分离、纯化和结构解析并测定其毒力；筛选获得更为高效的脱毒菌株；利用具有良好脱毒效果的不同种类的单一微生物菌株分别发酵纯化后的毒性单体化合物，并对降解产物进行纯化、结构解析并测定主要降解产物的毒性，先阐明单体毒性成分的微生物降解机制，再根据单体毒性成分降解产物出现于脱毒饼中的种类、数量、顺序推测毒性成分在饼中的降解行为来阐明膏桐饼的脱毒机制。完成该项目，对认识佛波酯类成分的微生物转化和降解规律、增加化合物的分子多样性具有重要作用，也将为开发膏桐饼作为脱毒饲料提供理论指导。发表SCI论文3-5篇，申请专利1-2项。

根据毒性模型追踪，对2吨膏桐饼中的毒性成分进行了系统地分离，获得了22个成分，其中毒性成分10个，否定了以前文献所广泛认为的膏桐饼的毒性成分是佛波醇酯的看法，确立了膏桐饼的毒性成分是12-羟基-10E-烯-十八碳脂肪酸、11-羟基-9E-烯-十八碳脂肪酸和12-羟基-10Z-烯-十八碳脂肪酸三个化合物的新结论。对100公斤膏桐油中的毒性成分进行了分离，证明了油中的毒性成分和膏桐饼中的毒性成分基本相同。.毒性成分组分2对人、小鼠、鱼具有多方面的毒性。主要毒性表现有：5-10ppm浓度下会引起鱼的死亡，皮肤接触毒性成分会引起荨麻疹症状、接触眼睛会引起角膜毛细血管大面积破裂、涂抹皮肤会引起皮肤组织坏死、灌胃会引起腹泻，毒性成分能促进肠道和子宫收缩，静脉注射毒性成分会引起肺出血和凝血、小鼠尾部皮下注射毒性成分会引起尾部坏死等。.膏桐饼毒性成分的毒性机制主要有：抑制UCP3的表达、升高ROS的产生、促进血小板CD62P的表达、促进肥大细胞脱颗粒、促进乳腺癌细胞MCF-7的增殖。.从578株微生物中获得了3株脱毒效果好、生长速度快、能耐受膏桐毒性、具有产业化前景的菌株，并通过形态和分子方法对3株脱毒菌株进行了鉴定：杂色曲霉原变种A003、粪生链霉菌 3、短帚霉 E290。经多次重复实验，3株菌株发酵后饼粕的毒性经过鲤鱼毒性模型测定后分别为：A003脱毒率为100%，E290脱毒率为100%，3号菌株脱毒率为90%。尤其是杂色曲霉A003菌株，脱毒效力最高，脱毒效果最为稳定，发酵速度快，是最理想的脱毒菌株。但菌株本身还会产生致癌物杂色曲霉毒素，目前正在计划对此菌株进行改造，以满足脱毒饲料生产的要求。.毒性成分羟基脂肪酸的降解机制研究方面，由于在转化反应过程中间，并未出现新的成分，加之事前计划采用的TLC、HPLC分析手段对羟基脂肪酸类成分的分析不灵敏，故未能取得预期的进展。.已发表基金标注的SCI源期刊论文2篇，申请专利1项。后续研究成果将于近期发表。