2结果与讨论


2.1植物乳杆菌KLDS1.0386的生长曲线


植物乳杆菌KLDS1.0386的生长曲线如图1所示,该菌生长情况稳定,8 h时就进入了对数期,当培养到15 h时达到稳定期初期,可用于酶活的测定。


2.2单因素实验


2.2.1最佳碳源的筛选在微生物的生长代谢过程中,碳源是必要的营养物质,选用最佳碳源,可以让微生物的生长达到最佳状态。如图2所示,几种碳源对植物乳杆菌KLDS1.0386产胆盐水解酶的影响不同,其中葡萄糖对胆盐水解酶比酶活影响最大,可达0.96 U/mg,可溶性淀粉的影响最小,比酶活为0.28 U/mg,因此最佳碳源确定为葡萄糖。

图1植物乳杆菌KLDS1.0386的生长曲线

图2不同碳源对胆盐水解酶比酶活的影响


2.2.2最佳氮源的筛选以葡萄糖为碳源,分别添加25 g/L的蛋白胨、胰蛋白胨、牛肉膏、大豆蛋白胨、硫酸铵、酵母粉作为氮源,研究不同氮源对胆盐水解酶活性的影响。结果如图3所示,氮源不同,胆盐水解酶的产量也不同,其中蛋白胨和酵母粉对胆盐水解酶产量有很大的促进作用,比酶活分别为0.9 U/mg、0.85 U/mg,因此被选出进行复合氮源优化。

图3不同氮源对胆盐水解酶比酶活的影响


2.2.3最佳组合氮源的筛选从四种组合中筛选出最佳的氮源组合,由图4可知,2号和4号对胆盐水解酶产量影响较大,其中4号的胆盐水解酶比酶活达到1.49 U/mL,酵母粉能够为菌的生长提供生长因子等营养物质,但由于高含量的酵母粉可能会抑制该菌的生长,少量即能达到最佳生长状态。

图4不同氮源组合对胆盐水解酶产量的影响


2.3Plackett-Burman实验结果


Plackett-Burman实验的回归分析如表4所示,当Prob>F值小于0.05时,说明该因素对胆盐水解酶的产量有显著影响,而且F值越大,该因素对胆盐水解酶的比酶活影响越大。对胆盐水解酶产量影响显著的依次是:A、B、E,且可信度在95%置信区间内,回归方程为:Y=1.78+0.15A+0.058B+0.042C+8.333E-003D-0.052E-0.032F+0.025G-0.018H,R2=0.9933,说明方程拟合很好,而其他因素对胆盐水解酶产量影响很小。因此选择A、B、E 3个因素进行最陡爬坡实验,筛选出显著性因素的产BSH最佳浓度梯度。

表3 Plackett-Burman实验结果

表4 Plackett-Burman实验的回归分析表


2.4最陡爬坡实验


最陡爬坡实验以葡萄糖、蛋白胨和乙酸钠作为影响因素,步长为1 g/L,结果如表5所示,当葡萄糖为18 g/L、蛋白胨为15 g/L、乙酸钠为3 g/L时,植物乳杆菌KLDS1.0386所产胆盐水解酶含量最高,因此,该组合被定为Box-Behnken实验设计的中心点,进行响应面分析。

表5最陡爬坡实验结果


2.5Box-Behnken实验优化结果


根据2.4最陡爬坡实验结果设计Box-Behnken实验,各因素编码及结果如表6所示。以胆盐水解酶比酶活为响应值(Y),进行3因素,15次的Box-Behnken实验进行优化,并利用Design-Expet软件对数据进行回归分析,得到二次多项式方程:Y=3.24+0.13A+0.015B+0.05E+0.01AB-0.04BE-0.34A2-0.2B2-0.2E2,决定系数R2=0.9648。由表7可知,模型p=0.0040<0.05,说明方程拟合度较好;p失拟项为0.5659>0.05,说明失拟不显著;校正性决定系数R2Adj=0.9015,表明该模型可信度较高,可用于实验结果的计算。


2.6模型验证实验


根据以上模型预测,当显著性因素葡萄糖为18.20 g/L、蛋白胨为15.03 g/L、乙酸钠为3.13 g/L时,模型预测值为3.256 U/mg,在上述条件下进行三次模型验证实验,测得的胆盐水解酶比酶活为(3.37±0.21)U/mg,与误差在允许范围内,因此该模型具有一定的实践价值,可以很好地预测该菌产胆盐水解酶实际发酵情况。

表6响应面设计及结果


3结论


本实验首先通过单因素实验筛选出适合植物乳杆菌产胆盐水解酶的最佳碳源和组合氮源,然后采用Plackett-Burman实验法对初始培养基的主要成分进行了筛选,最终选出葡萄糖、蛋白胨和乙酸钠为影响植物乳杆菌KLDS1.0386产胆盐水解酶的显著因素。利用最陡爬坡实验确定了显著因素的最佳浓度值,并以此为中心点进行了Box-Behnken实验设计,

表7模型方差分析表


最终确定了植物乳杆菌KLDS1.0386产胆盐水解酶的最佳培养基成分为:葡萄糖18.2 g/L、蛋白胨15.03 g/L、酵母粉9.97 g/L、乙酸钠3.13 g/L、柠檬酸氢二铵2.00 g/L、磷酸氢二钾2.00 g/L、硫酸锰0.25 g/L、硫酸镁0.58 g/L。优化前植物乳杆菌KLDS1.0386产胆盐水解酶的量为1.04 U/mg,经过培养基的优化后,胆盐水解酶的比酶活为3.37 U/mg,比优化前提高了3.24倍。


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