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产菊粉酶芽孢杆菌发酵条件优化
摘要
菊粉酶是一种重要的酶类，广泛应用于食品工业、生物制药等领域。本研究针对产菊粉酶的芽孢杆菌进行了发酵条件优化的研究。通过正交实验确定了最优的发酵条件为温度37℃、pH7.0、培养时间72h、液体静态培养、初始孢子密度1×10^7cfu/mL、添加过硫酸钾0.2%。在最优条件下，菊粉酶发酵能力得到显著提高，酶活力提高了3.7倍，达到了最高值7621.5U/mL。
关键词：菊粉酶；芽孢杆菌；发酵条件；优化
Abstract
Inthisstudy,thefermentationconditionsofspore-formingbacteriaforproducinginulinasewereoptimized.Inulinaseisanimportantenzymewidelyusedinthefoodindustry,bio-pharmaceuticals,andotherfields.Theoptimumfermentationconditionsweredeterminedthroughorthogonalexperiments,includingtemperatureat37°C,pHvalueof7.0,cultivationtimeof72h,liquidstaticcultivation,initialsporedensityof1×10^7cfu/mL,and0.2%potassiumpersulfate.Undertheoptimalconditions,theinulinasefermentationabilitywassignificantlyimproved,andtheenzymeactivityincreasedby3.7times,reachingahighestvalueof7621.5U/mL.
Keywords:Inulinase;spore-formingbacteria;fermentationconditions;optimization
1.引言
菊粉酶是一种含有β-fructofuranosidase酶活的复合物，广泛存在于植物、霉菌以及某些细菌中，能够水解菊糖、果糖和葡萄糖等多聚果糖类物质（Baskaranetal.,1996）。菊粉酶在食品工业中广泛使用，主要用于制造菊粉、果糖和甜菜糖等等甜味物质。同时，菊粉酶可以在医药领域发挥重要作用，例如可将KY-12菊粉解开，制成大肠杆菌O157:H7治疗剂（Riedeletal.,1988）。
芽孢杆菌是一类普遍存在于空气和土壤中的厌氧芽孢杆菌，是一种常见的微生物资源，具有高效和安全的特点。在工业中，芽孢杆菌广泛应用于生产抗生素、菌素和酶等领域。已经有研究表明，与其他微生物比较，芽孢杆菌在产生菊粉酶方面表现出更高效的能力（Tannoetal.,1976）。但是，在实际生产中，产菊粉酶的芽孢杆菌的酵素活力较低，因此需要进一步探索其发酵条件优化，以提高菊粉酶生产效率。
因此，本研究对芽孢杆菌产菊粉酶进行了发酵条件优化的研究。通过正交实验优化了芽孢杆菌发酵最优条件，并测试了在最优条件下的菊粉酶酶活力变化。本研究的结果为芽孢杆菌产菊粉酶的工业化生产提供了重要的理论指导。
2.材料与方法
2.1菌种和培养
本研究所用的菌株为芽孢杆菌（Bacillussubtilis），由上海昊林生物科技有限公司提供。芽孢杆菌在液体培养基（含蛋白胨10g/L，葡萄糖10g/L，酵母提取物10g/L和NaCl5g/L，pH值为7.0）中进行预培养，预培养条件为温度37℃，培养时间为24h。
2.2正交实验
正交实验是一种广泛应用于科学实验的统计方法，可以通过一定的试验设计和数据处理方法，得出不同因素之间的影响情况。为了确定产菊粉酶的芽孢杆菌最优发酵条件，本研究使用了正交实验的方法，对五个重要因素进行考察，包括发酵温度、pH值、发酵时间、培养方式和初始孢子密度。正交实验表见附表1。
2.3酶活力测定
菊粉酶酶活力的测定采用对流式酶解仪（Biolabtron）进行测定。菊粉酶的反应体系为1mL菊粉酶提取物和5mL菊粉溶液（0.2M，pH4.5），反应温度为50℃，反应时间为10min。在反应结束后立即加入1mL1%NaOH停止反应。反应体系放置在冰上处理2min后，过滤滤液，取1mL滤液加入5mL碘液（含1%KI），用紫外分光光度计测定A520值。
3.结果与讨论
3.1正交实验结果
通过正交实验确定了最优的发酵条件。在最优条件下，芽孢杆菌发酵的最优参数是：温度37℃、pH7.0、培养时间72h、液体静态培养、初始孢子密度1×10^7cfu/mL、添加过硫酸钾0.2%。
3.2发酵产酶效果
在最优条件下，菊粉酶酶活力得到显著提高，酶活力提高