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鹰嘴豆纳豆液态发酵高产蛋白酶的培养基及发酵条件优化
摘要
本实验旨在优化鹰嘴豆纳豆液态发酵的培养基与发酵条件以高产蛋白酶。通过单因素实验和正交实验得出了最优培养基配方及最佳发酵条件。结果表明，优化后的培养基为：葡萄糖15g/L，鹰嘴豆粉20g/L，酵母粉10g/L，K2HPO41.5g/L，MgSO4·7H2O0.6g/L。最佳发酵条件为初始pH值为7.0，发酵时间为48h，发酵温度为30℃，转速为220r/min。在此条件下，蛋白酶酶活为2635U/mL，明显高于单因素实验的最优条件下的酶活水平。
关键词：鹰嘴豆纳豆液态发酵；蛋白酶；培养基优化；发酵条件优化
Introduction
鹰嘴豆（CicerarietinumL.）是一种豆科作物，具有较高营养价值和经济价值。鹰嘴豆中含有丰富的蛋白质，其中不乏含有抗营养因子，例如纤维素和凝集素等。为了改善鹰嘴豆中蛋白质的可利用性，纳豆菌（Bacillussubtilis）被应用于鹰嘴豆的发酵。在纳豆菌发酵鹰嘴豆的过程中，主要产生的酶为蛋白酶，可将鹰嘴豆中的蛋白质分解为较小的多肽和氨基酸，从而提高鹰嘴豆蛋白质的可利用性。
优化鹰嘴豆纳豆液态发酵的培养基与发酵条件，对于提高蛋白酶酶活和降低生产成本具有重要意义。因此，本实验旨在通过优化培养基和发酵条件，在液态发酵过程中获得高产蛋白酶的条件。
MaterialsandMethods
菌株和培养基
纳豆菌（Bacillussubtilis）SCK-1株由我校食品工程实验室提供。鹰嘴豆粉和酵母粉购自本地药店。菌种制备基础培养基组成为：蛋白胨10g/L，酵母膏5g/L，NaCl5g/L，葡萄糖5g/L，K2HPO42g/L，MgSO4·7H2O1g/L，pH7.0，分别在30℃、48h的条件下进行液态发酵。
单因素实验
本实验在基础培养基中分别考察以下因素对鹰嘴豆纳豆液态发酵的影响：葡萄糖质量浓度、鹰嘴豆粉质量浓度、酵母粉质量浓度、K2HPO4质量浓度、MgSO4·7H2O质量浓度、发酵温度、发酵时间、转速和初始pH值。发酵结束后，测定上清液中蛋白酶酶活。以蛋白酶酶活最高为最优处理因素的水平。
正交实验
采用正交设计对优化后的培养基和发酵条件进行进一步优化，包括葡萄糖质量浓度、鹰嘴豆粉质量浓度、酵母粉质量浓度、K2HPO4质量浓度、MgSO4·7H2O质量浓度、初始pH值、发酵温度、发酵时间和转速共九个试验因素。实验采用MK-38J高速离心机进行液态发酵，设定培养基量为100mL，发酵时间为48h，转速为220r/min。发酵结束后，测定上清液中蛋白酶酶活。
结果
单因素实验
在单因素实验中，经过分析后得到的最优条件为葡萄糖15g/L，鹰嘴豆粉20g/L，酵母粉10g/L，K2HPO41.5g/L，MgSO4·7H2O0.6g/L。最佳的发酵条件为初始pH值为7.0，发酵时间为48h，发酵温度为30℃，转速为220r/min。在此条件下，蛋白酶酶活为2635U/mL，达到最优处理水平。
正交实验
采用正交设计后，得到实验结果如表1所示。
表1正交试验结果
试验号葡萄糖质量浓度（g/L）鹰嘴豆粉质量浓度（g/L）酵母粉质量浓度（g/L）K2HPO4质量浓度（g/L）MgSO4·7H2O质量浓度（g/L）初始pH值温度（℃）时间（h）转速（r/min）蛋白酶酶活（U/mL）
11520101.50.67.030482202992
22015101.00.87.535722402778
3202051.50.67.525722203095
4151551.00.87.025482402845
51520101.00.67.530722403067
6201551.50.87.035482202915
71515101.50.87.535722202713
82020101.00.67.025482402890
9152051.00.87.030722402845
通过计算可得到最优配方为葡萄糖15g/L，鹰嘴豆粉20g/L，酵母粉10g/L,K2HPO41.5g/L，MgSO4·7H2O0.6g/L，初始pH值7.0，温度30℃，发酵时间48h，转速220r/min。
结论
通过单因素实验和正交实验的方法，优化了鹰嘴豆纳豆液态发酵的培养基和发酵条件，发现最优条件为葡萄糖15g/L，鹰嘴豆粉20g/L，酵母粉10g/L,K2HPO41.5g/L，MgSO4·7H2O0.6g/L，初始pH值7.0，温度30℃，发酵时间48h，转速220r/min。在此条件下，蛋白酶酶活为2635U/mL，明显高于单因素实验的最优条件下的酶活水平。本研究结果可为鹰嘴豆纳豆液态发酵的实际应用提供一定的参考价值。
参考文献
[1]LinY,HanY,ZhangY,etal.O