提高米曲霉代謝產(chǎn)物量的途徑探究

熊麗娜 李思媛 劉余凡 賴慧娟

摘要：米曲霉的代謝產(chǎn)物可廣泛應(yīng)用于食品等發(fā)酵行業(yè)，其應(yīng)用過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是提高它的代謝物產(chǎn)量。因此，本文分別從固態(tài)和液態(tài)培養(yǎng)基中的培養(yǎng)物及不同的培養(yǎng)技術(shù)對(duì)米曲霉代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的影響進(jìn)行綜述，以期為提高米曲霉代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量提供方法與借鑒。

1.前言

米曲霉是一種需氧型曲霉屬絲狀真菌，在發(fā)酵中米曲霉會(huì)產(chǎn)生大量的蛋白酶和淀粉酶[1]，蛋白酶可以將不易消化的大分子蛋白質(zhì)降解為蛋白胨、多肽及各種氨基酸;而淀粉酶可以將原料中支鏈淀粉和直鏈淀粉降解成糊精及各種低分子的糖類，如葡萄糖、麥芽糖等[2]?，F(xiàn)今，米曲霉已在食品行業(yè)展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景，因此如何增加米曲霉代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，對(duì)其工業(yè)應(yīng)用非常重要。本文分別從培養(yǎng)基及培養(yǎng)技術(shù)方面探討影響米曲霉生長(zhǎng)的因素。

2.固體培養(yǎng)基

由固體培養(yǎng)基獲得的米曲霉的菌絲體可用作生產(chǎn)子實(shí)體的一個(gè)重要的初步步驟，可以提高米曲霉代謝產(chǎn)物中的酶產(chǎn)量，還可以延長(zhǎng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和低生產(chǎn)成本。為了增加米曲霉的代謝產(chǎn)物，可以通過(guò)調(diào)整培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時(shí)間、水分活度、底物配比及pH、改進(jìn)葡糖淀粉酶編碼基因啟動(dòng)子，調(diào)整碳和氮的通量和氧氣通量等方法。王振猛等人通過(guò)優(yōu)化固態(tài)培養(yǎng)基的成分及工藝來(lái)提高米曲霉產(chǎn)蛋白酶量，研究發(fā)現(xiàn)：采用麩皮作為碳源和氮源，固體培養(yǎng)基含水量和接種量分別為60.7%和2%，培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)時(shí)間分別為28℃和83.3h，米曲霉所產(chǎn)蛋白酶酶活力最佳。辛娜等人利用單因素試驗(yàn)方法，研究不同接種方式、不同發(fā)酵方式、不同翻堆頻率、原料滅菌與否等因素對(duì)發(fā)酵豆粕菌數(shù)、粗蛋白增加率及酸溶蛋白占粗蛋白比值的影響，研究表明：較優(yōu)的發(fā)酵條件為：28℃發(fā)酵3d，原料滅菌組優(yōu)于不滅菌組。Shinkawa等人研究了以米曲霉為宿主微生物，通過(guò)堿性預(yù)處理調(diào)整PH的稻桿為底物培養(yǎng)米曲霉，發(fā)現(xiàn)用于生產(chǎn)醬油和微增的菌株在試驗(yàn)條件下生長(zhǎng)的更好，堿性預(yù)處理后的稻草中含有大量的乙酸。Zhao等人對(duì)米曲霉固態(tài)培養(yǎng)豆粕和麥麩醬油原料進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)碳通量和氨基酸生物合成相關(guān)的代謝物被證實(shí)受到蛋白酶和糖苷水解酶生產(chǎn)的調(diào)控，蛋白酶產(chǎn)率得到了提升。上述研究結(jié)果表明：通過(guò)調(diào)整固體培養(yǎng)基組分及其工藝，可以有目的的提高米曲霉的代謝產(chǎn)物。

3.液體培養(yǎng)基

由于液態(tài)培養(yǎng)的菌絲體的產(chǎn)生比固態(tài)培養(yǎng)耗時(shí)短和需要更小的空間，使得液態(tài)培養(yǎng)基比固態(tài)培養(yǎng)基更適用于工業(yè)化生產(chǎn)。米曲霉在液體培養(yǎng)基中形成菌絲聚集物或菌絲球。在早期階段，孢子聚集并形成成核體以促進(jìn)成球生長(zhǎng)，菌絲生長(zhǎng)和相互連接的萌發(fā)孢子創(chuàng)造了顆粒結(jié)構(gòu)，菌絲顆粒的形成降低了液態(tài)培養(yǎng)的生產(chǎn)力。因此，可以通過(guò)調(diào)整培養(yǎng)條件，如初始pH值、培養(yǎng)基組成、添加劑和曝氣等來(lái)提高米曲霉的代謝產(chǎn)物量 。Kurakake等人探討了非離子表面活性劑吐溫對(duì)液體培養(yǎng)基中球狀真菌粒徑影響，結(jié)果顯示：液體培養(yǎng)基中加入非離子表面活性劑吐溫20，40和80時(shí)，隨著HLB值的增加，微球粒徑減小。Miyazawa等人發(fā)現(xiàn)：半乳糖胺半乳聚糖和 α-1，3-葡聚糖都有助于液體培養(yǎng)中米曲霉菌絲的聚集，當(dāng) α-1，3-葡聚糖合酶的基因編碼細(xì)胞壁被破壞時(shí)，在液體培養(yǎng)條件下米曲霉代謝產(chǎn)物中的酶產(chǎn)量將增加，滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求。Belgacem等人研究了米曲霉S2的液體培養(yǎng)工藝，結(jié)果顯示：培養(yǎng)溫度為24℃，尿素濃度為1g/L，C/N為2的條件下，淀粉酶最大活性為750U/mL。李童團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在液態(tài)培養(yǎng)的條件下，脂肪酶活力最高的轉(zhuǎn)化子酶活力比初始菌株高10.16U/mL。游見(jiàn)明等研究者發(fā)現(xiàn)米曲霉NJ132液態(tài)培養(yǎng)分生孢子產(chǎn)生的適宜條件為：培養(yǎng)基為10 mg/L混合無(wú)機(jī)鹽+馬鈴薯培養(yǎng)基，培養(yǎng)基用量為120mL，搖床轉(zhuǎn)速為100 r/min，25℃和20℃下分別培養(yǎng)5天和1天，光照/黑暗循環(huán)培養(yǎng)1天?？梢?jiàn)，在調(diào)整液體培養(yǎng)基的配方及工藝條件之后，可以有效提高米曲霉的代謝產(chǎn)物量。

4.培養(yǎng)技術(shù)

現(xiàn)今，許多研究小組已在提高米曲霉代謝產(chǎn)物量方面開(kāi)展了研究，并取得了許多顯著的成果[3-4]。Veerana等人發(fā)現(xiàn)非熱常壓等離子體技術(shù)可以提高米曲霉的孢子萌發(fā)率和α-淀粉酶分泌量。Zhang等人發(fā)現(xiàn)常壓室溫等離子體誘變技術(shù)是微生物育種領(lǐng)域的一種有效工具，可增加微生物的代謝產(chǎn)物。Tamano等人通過(guò)在米曲霉中共過(guò)表達(dá)延長(zhǎng)酶和兩個(gè)去飽和酶基因，提高了不飽和游離脂肪酸的產(chǎn)量。王常高等人[5]發(fā)現(xiàn)在蝦頭和蝦殼粉末的固體培養(yǎng)基中，紫外線誘變后的米曲霉蛋白酶產(chǎn)酶水平是未誘變的2.22倍。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，影響米曲霉代謝產(chǎn)物量的因素包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和相關(guān)的物理化學(xué)參數(shù)（pH值、溫度、水活性和光照條件等），它們共同影響微生物的代謝。通過(guò)單因素試驗(yàn)或者正交因素試驗(yàn)來(lái)調(diào)控優(yōu)化米曲霉的培養(yǎng)條件，或采用新的培養(yǎng)技術(shù)，可以提高米曲霉代謝產(chǎn)物量，進(jìn)一步擴(kuò)大米曲霉的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 王振猛，江曉，孫建安，毛相朝.米曲霉固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)蛋白酶酶解蝦頭工藝探究[J].中國(guó)漁業(yè)質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)，2020 （03）：19–30.

[2] 辛娜，郭亮，鄧露芳，黃玉海，宗文麗，張勇，劉憲輝，班文杰.固態(tài)發(fā)酵豆粕發(fā)酵工藝的優(yōu)化[J].畜牧產(chǎn)業(yè)，2020 （09）：71–74.

[3] 李童，李燕萍.米曲霉黃酒小曲4轉(zhuǎn)化體系的構(gòu)建及脂肪酶的異源表達(dá)[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)（理科版），2019 （03）：246–250+256.

[4] 游見(jiàn)明，呂開(kāi)斌，曹新志.米曲霉菌株NJ132液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)孢子條件初步篩選[J].食品研究與開(kāi)發(fā)，2017 （21）：177–180.

[5] 王常高，杜馨，林建國(guó)，趙澤鑫，蔡俊，釀造蝦頭蝦殼功能性調(diào)味料用高產(chǎn)菌株選育研究，中國(guó)調(diào)味品，2021 （46）：17–19.

項(xiàng)目名稱：江西省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（S202111318057）