材料与方法
1.1样品
试验所用样品采集地点为河北省衡水市某面粉厂、某食品加工厂、某学校食堂。
1.2培养基
筛选培养基:10 g/L蛋白胨,3 g/L牛肉膏,5 g/L NaCl,2 g/L 可溶性淀粉,20 g/L琼脂,加蒸馏水至1 000 mL,调节pH值为7.0~7.2。
摇瓶发酵培养基:除不加琼脂外,其他成分同筛选培养[LL]基。
1.3试验方法
1.3.1产淀粉酶菌株的筛选初筛:取1 g不同地点采集的样品溶解于9 mL灭菌蒸馏水中,然后进行梯度稀释,直到10-7稀释度为止。取0.1 mL不同稀释倍数的样液涂布到筛选培养基上,30 ℃培养数天,划线纯化,直到获得单菌落为止。将得到的单菌落接种到筛选培养基上,30 ℃培养2~4 d,经碘液染色后根据水解圈的大小,初步筛选出产淀粉酶的菌株。
复筛:将初筛到的菌株接种到摇瓶发酵培养基上,30 ℃、120 r/min摇床培养48 h。将发酵液于5 000 r/min离心 10 min,取上清液测定酶活性,选取酶活性较高的菌株作为试验菌种。
1.3.2发酵条件的优化
1.3.2.1单因素试验在摇瓶发酵培养基中,分别加入05%不同碳源(麦芽糖、蔗糖、可溶性淀粉、葡萄糖、甘油、乳糖)替换其碳源成分,进行碳源优化试验。在最优碳源的基础上,分别以不同氮源(硝酸铵、尿素、硫酸铵、胰蛋白、牛肉膏、蛋白胨)替换培养基中氮源成分,进行氮源优化试验。
1.3.2.2筛选显著因素用Design Expert 7.0软件中的Plackett-Burman对可溶性淀粉含量、蛋白胨含量、牛肉膏含量、温度、转速、装液量、初始pH值等7个因素进行设计,每个因素分别按低水平(-1)、高水平(+1)进行设计(表1),
1.3.2.3响应面法优化以“1.3.2.2”节筛选到的显著因素为基础,利用中心组合设计原理,对选取的显著因素从5个水平进行考察,确定最优条件,并验证其准确性。
1.3.3淀粉酶活性测定淀粉酶活性测定采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)法[5]。酶活性单位定义:1 U(单位酶活)表示在试验条件下1 min释放出1 μmol还原糖需要的酶量。
2结果与分析
2.1菌株的筛选
样品经涂布及多次纯化后,将得到的单菌落接种到筛选培养基上,进行淀粉酶水解圈试验。经初步筛选共有32株菌株产生了透明圈,其中水解圈/菌落直径比(即D/d值)大于2的菌株共有8株,分别命名为WB-1、WB-2、WB-3、WB-4、WB-5、WB-6、WB-7、WB-8;D/d值最大的为 WB-3,其次为WB-4,再次为WB-2(表2)。因此,初步筛选这3株菌株进行复筛。
将初筛得到的3个菌株WB-2、WB-3、WB-4接种到摇瓶发酵培养基上培养一定时间后,进行酶活性测定。结果显示,WB-2、WB-3、WB-4的酶活性分别为126.4、137.3、156.5 U/mL。水解圈的大小在一定程度上可以反映酶活性的高低,但是却不能完全代表菌株產酶能力的强弱,其原因可能是不同菌株在生长、产酶速度上存在差异、菌苔的大小及其在平板上的堆积情况存在差异,此外,还有可能是由于固体培养基、液体培养基的培养条件存在差异等[6]。因此,在选择菌株时不能以水解圈的大小作为唯一标准。虽然WB-4的 D/d 值小于WB-3,本试验综合考虑水解圈大小及产酶能力的高低,最终选择WB-4作为目的菌株。
2.2发酵条件的优化
2.2.1单因素试验用6种不同碳源替换摇瓶发酵培养基中的碳源,于30 ℃、120 r/min培养48 h,测定上清液淀粉酶活性。从图1可以看出,以可溶性淀粉作为碳源时,酶活性最高,乳糖次之,甘油最低,因此选择可溶性淀粉作为碳源。
用6种不同氮源替换摇瓶发酵培养基中的氮源,于 30 ℃、120 r/min培养48 h,测定上清液淀粉酶活性。从图2可以看出,以蛋白胨作为氮源时,淀粉酶活性最高,以牛肉膏作为氮源时也能取得较好的效果。而以硫酸铵、硝酸铵、尿素等无机物质作为氮源,产酶效果较差。因此,本试验选择蛋白胨作为氮源。