蛋白酶产生菌LN02发酵玉米黄粉蛋白的条件优化

韩秋菊，张倩倩

(辽宁石油化工大学环境与生物工程学院，辽宁 抚顺 113001)

玉米黄粉蛋白是玉米淀粉生产的主要副产物，是由玉米籽粒经湿磨法工艺制得的粗淀粉乳经淀粉分离机分出的蛋白质水(即麸质水)，经浓缩离心机或沉淀池浓缩后，再经脱水干燥制成，俗称黄粉子。玉米黄粉蛋白含有丰富的蛋白质，尤其是中性氨基酸和芳香族氨基酸含量较高，但由于醇溶性蛋白多，疏水性强，很难直接应用[1～3]。为了提高其利用率，必须先对其进行修饰水解。作者利用一株蛋白酶产生菌LN02对玉米黄粉蛋白进行水解发酵，初步优化了发酵条件，为玉米黄粉蛋白的进一步开发利用提供了一条新的途径。

1 实验

1.1 菌株与培养基

蛋白酶产生菌LN02，自行提供。

种子培养基(LB)：蛋白胨1.0%，酵母粉0.5%，NaCl 1.0%。

发酵培养基：玉米黄粉蛋白，Mandel盐培养液。Mandel盐组成：A盐：NaNO32.0%，KH2PO41.5%，CaCl20.3 g·L-1，MgSO40.3 g·L-1；B盐：FeSO4·7H2O 5.0 mg·L-1，MnSO4·H2O 1.6 mg·L-1，ZnSO4·H2O 1.4 mg·L-1，CoCl20.5 mg·L-1。

1.2 方法

利用液体发酵方法水解玉米黄粉蛋白，通过检测蛋白酶的活性，来判断菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的效果。首先通过单因素实验考察底物浓度、发酵温度、初始pH值、发酵时间、装料量等因素对菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的影响，确定影响玉米黄粉蛋白发酵的主要因素。在此基础上设计4因素3水平的正交实验以确定最佳发酵条件[4]。正交实验因素与水平见表1。

表1 正交实验因素与水平

1.3 酶活的测定

酶活的测定采用Folin-酚法。

酶活的定义：在30 ℃、pH值7.5的条件下，玉米黄粉蛋白发酵1 h产生1 μg酪氨酸所用酶量定义为一个酶活力单位(U)。

U=A/0.5

式中：A为样品的OD值在标准曲线[5]上对应的酪氨酸量，μg；0.5为反应时间，h。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 底物浓度对菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的影响

固定其它条件，考察底物浓度对菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的影响，结果见图1。

图1 底物浓度对玉米黄粉蛋白发酵效果的影响

由图1可看出，随着底物浓度的增大，蛋白酶活力逐渐升高；当底物浓度为7%时，酶促反应的底物基本达到饱和，蛋白酶活力达到最高。因此，选择7%的玉米黄粉蛋白进行后续实验。

2.1.2 初始pH值对菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的影响

固定其它条件，考察初始pH值对菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的影响，结果见图2。

图2 初始pH值对玉米黄粉蛋白发酵效果的影响

由图2可看出，初始pH值为5.5时，菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的效果最好。

2.1.3 发酵温度对菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的影响

固定其它条件，考察发酵温度对菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的影响，结果见图3。

图3 发酵温度对玉米黄粉蛋白发酵效果的影响

由图3可看出，发酵温度为30 ℃时，菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的效果最好。

2.1.4 装液量对菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的影响

培养基中溶解氧影响着菌株LN02的生长繁殖，进而影响发酵效果。摇瓶中溶解氧的大小主要与转速和装液量有关。本实验主要从装液量来考察溶解氧和蛋白酶活力之间的关系。

固定其它条件，考察装液量对菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的影响，结果见图4。

图4 装液量对玉米黄粉蛋白发酵效果的影响

由图4可看出，当装液量为60 mL/250 mL三角瓶时，菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的效果最好。

2.1.5 发酵时间对菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的影响

固定其它条件，考察发酵时间对菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的影响，结果见图5。

图5 发酵时间对玉米黄粉蛋白发酵效果的影响

由图5可看出，发酵时间为4 d时，菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的效果最好。

2.2 正交实验结果与分析(表2)

表2 正交实验结果与分析

由表2可知，各因素对菌株LN02发酵玉米黄粉蛋白的影响大小依次为：A>B>C>D，即初始pH值>装样量>发酵温度>发酵时间。确定最佳条件为A2B2C3D3，即初始pH值5.5、装液量60 mL/250 mL三角瓶、发酵温度35 ℃、发酵时间5 d。为玉米黄粉蛋白的进一步开发利用提供了一条新的途径。

3 结论

通过单因素实验和正交实验，初步确定蛋白酶产生菌LN02发酵玉米黄粉蛋白的最优条件为：初始pH值5.5、装液量60 mL/250 mL三角瓶、发酵温度35 ℃、发酵时间5 d。为玉米黄粉蛋白的进一步开发利用提供了一条新的途径。

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