劉 賽 男, 顧 艷 麗, 張 慧, 李 憲 臻

(大連工業(yè)大學 生物工程學院, 遼寧 大連 116034)

0 引 言

麥芽糖是重要的淀粉糖品種,在人體代謝中不需胰島素就能被吸收[1]。純麥芽糖可用于糖尿病患者靜脈輸液,是糖尿病患者的營養(yǎng)劑和輔助治療劑,所以高純度的麥芽糖在醫(yī)藥上具有重要的價值[2]。目前的麥芽糖生產(chǎn)是將淀粉通過真菌淀粉酶和β-淀粉酶處理[3],產(chǎn)生由葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖、四糖等麥芽低聚糖以及多糖組成的普通麥芽糖漿[4]。要得到高麥芽糖漿,還要再添加脫支酶和β-淀粉酶共同作用,或用葡萄糖淀粉酶等對普通麥芽糖漿進行后處理[5]。由于后處理所添加的酶都能水解麥芽糖,造成原料的浪費,并且難以獲得高產(chǎn)率的純麥芽糖[6-9]。

寡糖特異性麥芽糖酶可以作用于麥芽三糖、四糖等麥芽糖低聚糖生成葡萄糖和麥芽糖,從而提高麥芽糖的含量和純度[10]。本研究以分離到的一株能夠降解麥芽低聚糖的寡糖特異性麥芽糖酶產(chǎn)生菌M136為對象,并以實驗室自制麥芽低聚糖作為酶解底物對菌種的產(chǎn)酶條件進行了優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 微生物菌株

寡糖特異性麥芽糖酶生產(chǎn)菌M136,本實驗室分離保存。

1.2 培養(yǎng)基

固體培養(yǎng)基：普通麥芽糖漿20 g/L,酵母浸粉1.0 g/L,瓊脂20 g/L。

基礎(chǔ)培養(yǎng)基：普通麥芽糖漿/麥芽低聚糖漿(實驗室自制)20 g/L,酵母浸粉1.0 g/L。

1.3 酶活力分析方法

以自制麥芽低聚糖(500 g/L)作為酶解底物,將0.96 mL粗酶液與40 μL麥芽低聚糖混合后,在37 ℃水浴中反應1 h,用DNS法測定還原糖。

酶活力單位定義：每小時催化麥芽低聚糖降解生成1 mg還原糖所需的酶量為一個酶活力單位。

1.4 產(chǎn)酶條件優(yōu)化

分別調(diào)整菌體生長時間、溫度、基礎(chǔ)培養(yǎng)基初始pH、碳源的種類和質(zhì)量濃度以及氮源的種類和質(zhì)量濃度,在轉(zhuǎn)速為150 r/min的搖床培養(yǎng)24 h。9 000 r/min離心后取上清液為粗酶液,測定酶活力并比較以確定最佳產(chǎn)酶條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 培養(yǎng)基初始pH對產(chǎn)酶的影響

將基礎(chǔ)培養(yǎng)基的初始pH分別調(diào)至4.0～10.0進行發(fā)酵培養(yǎng)24 h,觀察pH對產(chǎn)酶的影響,結(jié)果見圖1。pH在6.0～7.5產(chǎn)酶相對較高,在pH為6.5時產(chǎn)酶最高。可以在較廣的pH范圍內(nèi)保持一定的產(chǎn)酶量。

圖1 培養(yǎng)基初始pH對產(chǎn)酶的影響

2.2 碳源種類對產(chǎn)酶的影響

分別在培養(yǎng)基中加入葡萄糖、果糖、木糖、半乳糖、蔗糖、麥芽糖、麥芽低聚糖、糊精、可溶性淀粉和纖維糊精等碳源,考察碳源對產(chǎn)酶的影響,結(jié)果如圖2所示。作為碳源,單糖和二糖不如低聚糖和多糖效果好,而由不含單糖和多糖的麥芽低聚糖作為碳源更能提高產(chǎn)酶,可能存在一定誘導作用。

2.3 碳源濃度對產(chǎn)酶的影響

以麥芽低聚糖作為碳源,調(diào)整碳源的質(zhì)量濃度依次為10、20、30、40、50和60 g/L,對菌種進行發(fā)酵培養(yǎng)24 h,觀察不同碳源濃度對產(chǎn)酶的影響。結(jié)果如圖3所示。隨著碳源濃度升高,酶產(chǎn)量也升高,50 g/L時達到最高,碳源的質(zhì)量濃度高于50 g/L,對產(chǎn)酶具有一定的抑制作用。

圖2 碳源對產(chǎn)酶的影響

Fig.2 Effect of carbon source on production of maltogenase

圖3 碳源的質(zhì)量濃度對產(chǎn)酶的影響

Fig.3 Effect of concentration of carbon source on production of maltogenase

2.4 氮源種類對產(chǎn)酶的影響

以麥芽低聚糖作為碳源,分別加入蛋白胨、酵母浸粉、胰蛋白胨、牛肉膏、硝酸銨和尿素等氮源,觀察不同氮源對產(chǎn)酶的影響,結(jié)果如圖4所示。無機氮源不利于產(chǎn)酶,有機氮源較適合產(chǎn)酶,其中酵母浸粉為最佳氮源。

圖4 氮源對產(chǎn)酶的影響

Fig.4 Effect of nitrogen source on production of maltogenase

2.5 氮源濃度對產(chǎn)酶的影響

以酵母浸粉作為氮源,調(diào)整氮源的質(zhì)量濃度依次為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 g/L,對菌種進行發(fā)酵培養(yǎng)24 h,觀察氮源質(zhì)量濃度對產(chǎn)酶的影響,結(jié)果如圖5所示。隨著氮源濃度升高,酶產(chǎn)量也升高,2.0 g/L時達到最高,碳源的質(zhì)量濃度高于2.0 g/L時,對產(chǎn)酶具有一定的抑制作用。

圖5 氮源的質(zhì)量濃度對產(chǎn)酶的影響

Fig.5 Effect of concentration of nitrogen source on production of maltogenase

2.6 溫度對產(chǎn)酶的影響

選擇20、28、37、45和50 ℃作為培養(yǎng)溫度,觀察菌體在不同溫度下培養(yǎng)24 h的產(chǎn)酶情況,結(jié)果見圖6。在37 ℃時,寡糖特異性麥芽糖酶的產(chǎn)量最高,溫度過高和過低對產(chǎn)酶都有影響。

圖6 溫度對產(chǎn)酶的影響

Fig.6 Effect of temperature on production of maltogenase

3 結(jié) 論

實驗結(jié)果表明,M136菌能夠生產(chǎn)寡糖特異性麥芽糖酶,該酶具有將麥芽低聚糖降解并生成葡萄糖和麥芽糖的能力,該菌株可以在較廣的pH范圍內(nèi)保持一定的產(chǎn)酶量。以單糖和二糖作碳源不如低聚糖和多糖的效果好,而由不含單糖和多糖的麥芽低聚糖作為碳源更能提高產(chǎn)酶,存在一定誘導作用。隨著碳源濃度升高,酶產(chǎn)量也升高,而過高的碳源濃度對產(chǎn)酶反而具有一定的抑制作用。無機氮源不利于產(chǎn)酶,有機氮源較適合產(chǎn)酶。隨著氮源濃度升高,酶產(chǎn)量也升高,碳源濃度過高對產(chǎn)酶具有一定的抑制作用。在37 ℃時,寡糖特異性麥芽糖酶的產(chǎn)量最高,溫度過高和過低對產(chǎn)酶都有影響。綜上所述,該菌株最佳產(chǎn)酶條件為：以麥芽低聚糖作為碳源,碳源的質(zhì)量濃度為50 g/L,以酵母浸粉作為氮源,氮源的質(zhì)量濃度為2 g/L,發(fā)酵時間為24 h,溫度為37 ℃,培養(yǎng)基初始pH為6.5。

[1] 袁衛(wèi)濤. 麥芽糊精與麥芽低聚糖[J]. 發(fā)酵科技通訊, 2006, 35(3):43-45.

[2] 王克民. 麥芽糖漿的生產(chǎn)技術(shù)及應用[J]. 食品科技, 1998(5):30-31.

[3] 周家華,羅發(fā)興,張力田. 超高麥芽糖漿的生產(chǎn)[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 1994(5):39-43.

[4] 姜錫瑞,段鋼. 提高麥芽糖生產(chǎn)水平[J]. 山東食品發(fā)酵, 2003(1):42-45.

[5] GAOUAR O, ZAKHIA N, AYMARD C, et al. Production of maltose syrup by bioconversion of cassava starch in an ultrafiltration reactor[J]. Industrial Crops and Products, 1998, 7(2/3):159-167.

[6] HAUSSER A G, GOLDBERG B S, MERTENS J L. An immobilized two-enzyme system and its use in the continuous production of high conversion maltose containing corn syrups[J]. Biotechnology and Bioengineering, 1983, 25(2)：525-539.

[7] KATZ F R. Maltodextrins[J]. Cereal Foods World, 1986, 31(12):866-867.

[8] 金豐秋,金曄,金其榮. 結(jié)晶麥芽糖生產(chǎn)工藝研究[J]. 山西食品工業(yè), 2004(1):15-17.

[9] 張偉偉. 麥芽糊精的功能[J]. 華糖商情, 2001(20):38.

[10] 張亞楠,韓秋惠,李憲臻. α-1, 4葡聚糖麥芽糖苷酶生產(chǎn)菌的篩選及發(fā)酵條件[J]. 大連工業(yè)大學學報, 2009, 28(1):1-3.

(ZHANG Ya-nan, HAN Qiu-hui, LI Xian-zhen. Isolation and some properties of β-amylase producing strain from soil samples[J]. Journal of Dalian Polytechnic University, 2009, 28(1):1-3.)