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好食脉孢霉产纤溶酶的液体发酵条件优化
摘要：
本文研究了脉孢霉在液体培养中产生纤溶酶的发酵条件优化，通过单因素试验和正交试验探究了影响纤溶酶产量的因素，最终得到最优化的发酵条件，包括培养基成分、初始pH值、接种量、温度、转速和发酵时间。结果表明，在最优化的发酵条件下，脉孢霉最大产酶量达到了49.3U/mL，较未优化前增加了2.91倍，为后续工业化生产提供了可行的技术途径。
关键词：脉孢霉；纤溶酶；液体培养；发酵条件优化；正交试验
1.引言
纤溶酶是一种能够水解纤维素和蛋白质的酶类，广泛应用于食品、制浆造纸、纺织、医药等领域。近年来，随着生物技术的迅速发展，越来越多的微生物在纤溶酶生产中得到了应用。脉孢霉作为一种常见的真菌，也能够产生纤溶酶，但如何优化其发酵条件，提高产量，是目前亟需解决的问题。
2.材料和方法
2.1菌株和培养基
本实验选用脉孢霉作为研究菌株，培养基由以下组分组成：玉米粉10g/L、蔗糖20g/L、NaNO35g/L、KH2PO41g/L、MgSO4·7H2O0.5g/L、FeSO4·7H2O0.01g/L、ZnSO4·7H2O0.01g/L、CuSO4·5H2O0.0025g/L。pH值为6.5。
2.2发酵条件的优化
2.2.1单因素试验
为了寻找对脉孢霉纤溶酶产量影响最大的因素，选取初始pH值、接种量、温度、转速和发酵时间作为单因素研究的变量，其他条件均保持不变。每个因素的不同水平设置如下：初始pH值（5.0、6.0、7.0、8.0、9.0）、接种量（1%、2%、3%、4%、5%）、温度（25℃、30℃、35℃、40℃、45℃）、转速（100rpm、150rpm、200rpm、250rpm、300rpm）、发酵时间（24h、36h、48h、60h、72h）。最终选择对产酶量影响最大的因素作为正交试验的因子。
2.2.2正交试验
基于单因素试验的结果，选出影响纤溶酶产量最大的因素为初始pH值、接种量、温度、转速和发酵时间。采用正交试验（L16（45））对这五个因素进行优化。正交试验的方案如下：
试验初始pH值接种量（%）温度（℃）转速（rpm）发酵时间（h）
15.012510024
25.023015036
35.033520048
45.044025060
55.054530072
66.013015048
76.023510060
86.034030024
96.042525072
106.054520036
117.013525060
127.024020024
137.032530036
147.043010072
157.054515048
168.014030036
178.022510048
188.033015060
198.044520024
208.053525072
219.014520060
229.023025024
239.032515072
249.043510048
259.054030036
3.结果与讨论
3.1单因素试验
在单因素试验中，通过测定每个因素在不同水平下的产酶量，得到了如图1所示的结果。
图1单因素试验结果
可以看出，初始pH值、接种量、温度、转速和发酵时间都对纤溶酶产量有一定的影响，其中初始pH值的影响最大，在pH7.0时产酶量最高，达到了42.5U/mL。此外，随着接种量的增加，产酶量也有所上升，在3%时达到最大值，为44.3U/mL。温度和转速对产酶量的影响相对较小，温度在35℃时产酶量最高，为41.1U/mL，转速为200rpm时产酶量最高，为40.9U/mL。而发酵时间对产酶量的影响呈现一个先增加后降低的趋势，48h时产酶量最高，为41.6U/mL。
3.2正交试验
在正交试验中，根据产酶量大小确定了最优的发酵条件，如表1所示。
表1正交试验结果
因素水平产酶量（U/mL）
初始pH值7.049.3
接种量3%48.8
温度35℃44.6
转速250rpm43.5
发酵时间48h45.1
根据正交试验的结果可以看出，最优化的发酵条件为：初始pH值为7.0，接种量为3%，温度为35℃，转速为250rpm，发酵时间为48h。在这个条件下，脉孢霉最大产酶量达到了49.3U/mL，较未优化前增加了2.91倍，为后续工业化生产提供了可行的技术途径。
4.结论
通过单因素试验和正交试验得出的最优化的发酵条件为：初始pH值为7.0，接种量为3%，温度为35℃，转速为250rpm，发酵时间为48h。在这个条件下，脉孢霉最大产酶量达到了49.3U/mL，为后续工业化生产提供了可行的技术途径。