蛋白酶產生菌LN02發酵玉米黃粉蛋白的條件優化

韓秋菊，張倩倩

(遼寧石油化工大學環境與生物工程學院，遼寧 撫順 113001)

玉米黃粉蛋白是玉米淀粉生產的主要副產物，是由玉米籽粒經濕磨法工藝制得的粗淀粉乳經淀粉分離機分出的蛋白質水(即麩質水)，經濃縮離心機或沉淀池濃縮后，再經脫水干燥制成，俗稱黃粉子。玉米黃粉蛋白含有豐富的蛋白質，尤其是中性氨基酸和芳香族氨基酸含量較高，但由于醇溶性蛋白多，疏水性強，很難直接應用[1～3]。為了提高其利用率，必須先對其進行修飾水解。作者利用一株蛋白酶產生菌LN02對玉米黃粉蛋白進行水解發酵，初步優化了發酵條件，為玉米黃粉蛋白的進一步開發利用提供了一條新的途徑。

1 實驗

1.1 菌株與培養基

蛋白酶產生菌LN02，自行提供。

種子培養基(LB)：蛋白胨1.0%，酵母粉0.5%，NaCl 1.0%。

發酵培養基：玉米黃粉蛋白，Mandel鹽培養液。Mandel鹽組成：A鹽：NaNO32.0%，KH2PO41.5%，CaCl20.3 g·L-1，MgSO40.3 g·L-1；B鹽：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

利用液體發酵方法水解玉米黃粉蛋白，通過檢測蛋白酶的活性，來判斷菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的效果。首先通過單因素實驗考察底物濃度、發酵溫度、初始pH值、發酵時間、裝料量等因素對菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的影響，確定影響玉米黃粉蛋白發酵的主要因素。在此基礎上設計4因素3水平的正交實驗以確定最佳發酵條件[4]。正交實驗因素與水平見表1。

表1 正交實驗因素與水平

1.3 酶活的測定

酶活的測定采用Folin-酚法。

酶活的定義：在30 ℃、pH值7.5的條件下，玉米黃粉蛋白發酵1 h產生1 μg酪氨酸所用酶量定義為一個酶活力單位(U)。

U=A/0.5

式中：A為樣品的OD值在標準曲線[5]上對應的酪氨酸量，μg；0.5為反應時間，h。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗

2.1.1 底物濃度對菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的影響

固定其它條件，考察底物濃度對菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的影響，結果見圖1。

圖1 底物濃度對玉米黃粉蛋白發酵效果的影響

由圖1可看出，隨著底物濃度的增大，蛋白酶活力逐漸升高；當底物濃度為7%時，酶促反應的底物基本達到飽和，蛋白酶活力達到最高。因此，選擇7%的玉米黃粉蛋白進行后續實驗。

2.1.2 初始pH值對菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的影響

固定其它條件，考察初始pH值對菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的影響，結果見圖2。

圖2 初始pH值對玉米黃粉蛋白發酵效果的影響

由圖2可看出，初始pH值為5.5時，菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的效果最好。

2.1.3 發酵溫度對菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的影響

固定其它條件，考察發酵溫度對菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的影響，結果見圖3。

圖3 發酵溫度對玉米黃粉蛋白發酵效果的影響

由圖3可看出，發酵溫度為30 ℃時，菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的效果最好。

2.1.4 裝液量對菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的影響

培養基中溶解氧影響著菌株LN02的生長繁殖，進而影響發酵效果。搖瓶中溶解氧的大小主要與轉速和裝液量有關。本實驗主要從裝液量來考察溶解氧和蛋白酶活力之間的關系。

固定其它條件，考察裝液量對菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的影響，結果見圖4。

圖4 裝液量對玉米黃粉蛋白發酵效果的影響

由圖4可看出，當裝液量為60 mL/250 mL三角瓶時，菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的效果最好。

2.1.5 發酵時間對菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的影響

固定其它條件，考察發酵時間對菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的影響，結果見圖5。

圖5 發酵時間對玉米黃粉蛋白發酵效果的影響

由圖5可看出，發酵時間為4 d時，菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的效果最好。

2.2 正交實驗結果與分析(表2)

表2 正交實驗結果與分析

由表2可知，各因素對菌株LN02發酵玉米黃粉蛋白的影響大小依次為：A>B>C>D，即初始pH值>裝樣量>發酵溫度>發酵時間。確定最佳條件為A2B2C3D3，即初始pH值5.5、裝液量60 mL/250 mL三角瓶、發酵溫度35 ℃、發酵時間5 d。為玉米黃粉蛋白的進一步開發利用提供了一條新的途徑。

3 結論

通過單因素實驗和正交實驗，初步確定蛋白酶產生菌LN02發酵玉米黃粉蛋白的最優條件為：初始pH值5.5、裝液量60 mL/250 mL三角瓶、發酵溫度35 ℃、發酵時間5 d。為玉米黃粉蛋白的進一步開發利用提供了一條新的途徑。

[1] 張鋒斌，李維平.玉米蛋白粉的營養成分及應用[J].畜牧獸醫雜志，1998，17(4)：26-28.

[2] 翟瑞文.玉米蛋白在食品工業中的應用[J].廣州食品工業科技，1997，13(3)：39-41.

[3] 盧敏，王成剛.玉米濕磨副產品的營養價值及在飼料中的應用[J].飼料工業，1998，19(11)：26-27.

[4] 欒軍.現代試驗設計優化方法[M].上海：上海交通大學出版社，1995：128-196.

[5] 諸葛健，王正祥.工業微生物實驗技術手冊[M].北京：中國輕工業出版社，1994：211-212.