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琼脂 琼脂的成分与分子结构 琼脂(agar)产自石花菜或其他几种红海藻,包含有两个组分:一个是可以形成结实而强力的凝胶,称“琼脂糖”(agarose);另一个则是不会发生凝胶化的组分,称“琼脂胶”(a garopectin)。琼脂糖约占天然琼脂80%,琼脂胶是琼脂糖的硫酸酯。由于琼脂的来源不同,琼脂糖和琼脂胶的含量也随之变化。琼脂糖分子以线型链的形式存在,它是红海藻的一个成分,与iota 和kappa 卡拉胶成镜像关系。这一线型分子链包含有以(1→3)联结的β-D 吡喃半乳糖基单元(A单元)与以(1→4)联结的3,6 失水α-D 吡喃半乳糖基单元(B单元)相联结。A单元及B单元构成二糖单元,因3,6 失水环接近于每个B单元,它可以很容易变化而发生水解。琼脂糖的二糖单元及二级结构: 形态特征:成品琼脂一般分为细长条状和粉末状。细长条状的琼脂在市场上常被称为“洋菜”,色类白或淡黄色;半透明,表面皱缩,微有光泽,质轻软而韧,不易折断;完全干燥后,则脆而易碎;无嗅无味[。 溶解性:高纯度的琼脂在常温下实际上不溶于水,只吸收水分发生溶胀和微微地溶于乙醇胺和甲酰胺,在接近沸腾的情况下可分散到中水形成溶胶。其浓度达到15g/L的溶液时仍清澈透明。 凝胶化温度:琼脂的凝胶化温度远低于凝胶融化温度,其可用于微生物固体培养基的凝固剂也是因为这一点。由不同种类的原料所制取的琼脂,明显地具有不同的凝固温度,但来自相同原料的琼脂,其凝固温度基本上是一致的。用于微生物固体培养基凝固剂琼脂的凝胶化温度一般在35℃～40℃,而凝胶熔点应在75℃～85℃。酸碱度对琼脂的凝固性影响很大,而高温高压(1 1kg/cm2,1×105Pa)的影响很小。酸碱度是琼脂在正常浓度范围内能否凝固的关键因素。当4. 30 琼脂的凝胶化原理 凝胶化是指体型缩聚反应进行到一定程度,反应体系的黏度突然增加,并且出现具有弹性凝胶的现象。此时,体系中包含了两部分:一部分是凝胶,它具巨型网络结构,不溶于一切溶剂;另一部分是溶胶,其分子量较小,被笼罩在凝胶的网络结构中。因此,凝胶是介于固体和液体之间的一种物质状态。根据交联方式,凝胶可分为化学交联和物理交联两种。化学交联是高分子链段间以共价键交联起来,这种交联很牢固,使高分子只发生溶胀,而不能熔融更不溶解。物理交联包括有氢键、库伦力、配位键及物理缠结等形成的线性分子间的交联。琼脂依靠高分子链段相互作用间可形成氢键而成为凝胶结构。这种氢键会因加热等而被破坏,使凝胶变为溶胶。琼脂的凝胶化主要是其琼脂糖之间氢键结合的结果,其含有的大量的水在网络结构稳定上发挥了重要的作用。凝胶中水有几种状态存在,在高分子网络附近的水与网络有很强的相互作用。将紧挨着高分子网络的,在极低温度下也不冻结的水称为不冻水;而将在 10℃ 20℃才冻结的水称为束缚水;离网络很远的水,显示与普通水同样的性质,称作自由水。在溶胶状态,温度接近水沸点时,琼脂分子是一种随机卷曲状态。温度降至凝固点,在凝胶状态时,琼脂分子相互交联,形成三维网络结构,基本结构为左手双螺旋。沿着螺旋轴两侧有很大的空穴,使琼脂能结合足够多的水。琼脂的流变性变化是琼脂凝胶化过程中的一个重要特征。在温度高时,其流变行为与稀溶液中的聚合物流变行为相似;在温度低至凝固点以下时,流变行为像交联的聚合物;温度在溶胶和凝胶的变化过程中,流变性更为复杂。另外,琼脂的流变性受琼脂的浓度、分子量以及其它的物质(如甘油)的影响。 琼脂在微生物固体培养基凝固剂方面的应用 琼脂是微生物固体培养基和半固体培养基中最常用的性能优良的凝固剂。在液体培养基中加10～20g/L的琼脂后加热融化,凝固后即可得固体培养基,加5g/L的琼脂可得半固体培养基。陈宏伟经过多次试验后提出:用凝胶强度来计算琼脂的用量更为科学。固体培养基的适宜凝胶强度为250～450g/cm2之间,这样硬度的固体培养基,既有利于物质的扩散和微生物对物质的吸收,又有一定的硬度,有利于划线、涂布和影印等技术的操作。而半固体培养基的适宜凝胶强度为90g/cm2左右,这样的培养基既可以凝固而不流动,又不影响菌体的运动,用手轻轻敲打试管即可使培养基破碎。 |
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