提高米曲霉代谢产物量的途径探究

熊丽娜 李思媛 刘余凡 赖慧娟

摘要：米曲霉的代谢产物可广泛应用于食品等发酵行业，其应用过程中的一个关键问题是提高它的代谢物产量。因此，本文分别从固态和液态培养基中的培养物及不同的培养技术对米曲霉代谢产物产量的影响进行综述，以期为提高米曲霉代谢产物的产量提供方法与借鉴。

1.前言

米曲霉是一种需氧型曲霉属丝状真菌，在发酵中米曲霉会产生大量的蛋白酶和淀粉酶[1]，蛋白酶可以将不易消化的大分子蛋白质降解为蛋白胨、多肽及各种氨基酸;而淀粉酶可以將原料中支链淀粉和直链淀粉降解成糊精及各种低分子的糖类，如葡萄糖、麦芽糖等[2]。现今，米曲霉已在食品行业展现出广泛的应用前景，因此如何增加米曲霉代谢产物的产量，对其工业应用非常重要。本文分别从培养基及培养技术方面探讨影响米曲霉生长的因素。

2.固体培养基

由固体培养基获得的米曲霉的菌丝体可用作生产子实体的一个重要的初步步骤，可以提高米曲霉代谢产物中的酶产量，还可以延长产品的稳定性和低生产成本。为了增加米曲霉的代谢产物，可以通过调整培养温度、培养时间、水分活度、底物配比及pH、改进葡糖淀粉酶编码基因启动子，调整碳和氮的通量和氧气通量等方法。王振猛等人通过优化固态培养基的成分及工艺来提高米曲霉产蛋白酶量，研究发现：采用麸皮作为碳源和氮源，固体培养基含水量和接种量分别为60.7%和2%，培养温度和培养时间分别为28℃和83.3h，米曲霉所产蛋白酶酶活力最佳。辛娜等人利用单因素试验方法，研究不同接种方式、不同发酵方式、不同翻堆频率、原料灭菌与否等因素对发酵豆粕菌数、粗蛋白增加率及酸溶蛋白占粗蛋白比值的影响，研究表明：较优的发酵条件为：28℃发酵3d，原料灭菌组优于不灭菌组。Shinkawa等人研究了以米曲霉为宿主微生物，通过碱性预处理调整PH的稻杆为底物培养米曲霉，发现用于生产酱油和微增的菌株在试验条件下生长的更好，碱性预处理后的稻草中含有大量的乙酸。Zhao等人对米曲霉固态培养豆粕和麦麸酱油原料进行了研究，发现碳通量和氨基酸生物合成相关的代谢物被证实受到蛋白酶和糖苷水解酶生产的调控，蛋白酶产率得到了提升。上述研究结果表明：通过调整固体培养基组分及其工艺，可以有目的的提高米曲霉的代谢产物。

3.液体培养基

由于液态培养的菌丝体的产生比固态培养耗时短和需要更小的空间，使得液态培养基比固态培养基更适用于工业化生产。米曲霉在液体培养基中形成菌丝聚集物或菌丝球。在早期阶段，孢子聚集并形成成核体以促进成球生长，菌丝生长和相互连接的萌发孢子创造了颗粒结构，菌丝颗粒的形成降低了液态培养的生产力。因此，可以通过调整培养条件，如初始pH值、培养基组成、添加剂和曝气等来提高米曲霉的代谢产物量 。Kurakake等人探讨了非离子表面活性剂吐温对液体培养基中球状真菌粒径影响，结果显示：液体培养基中加入非离子表面活性剂吐温20，40和80时，随着HLB值的增加，微球粒径减小。Miyazawa等人发现：半乳糖胺半乳聚糖和 α-1，3-葡聚糖都有助于液体培养中米曲霉菌丝的聚集，当 α-1，3-葡聚糖合酶的基因编码细胞壁被破坏时，在液体培养条件下米曲霉代谢产物中的酶产量将增加，满足工业化生产要求。Belgacem等人研究了米曲霉S2的液体培养工艺，结果显示：培养温度为24℃，尿素浓度为1g/L，C/N为2的条件下，淀粉酶最大活性为750U/mL。李童团队发现在液态培养的条件下，脂肪酶活力最高的转化子酶活力比初始菌株高10.16U/mL。游见明等研究者发现米曲霉NJ132液态培养分生孢子产生的适宜条件为：培养基为10 mg/L混合无机盐+马铃薯培养基，培养基用量为120mL，摇床转速为100 r/min，25℃和20℃下分别培养5天和1天，光照/黑暗循环培养1天。可见，在调整液体培养基的配方及工艺条件之后，可以有效提高米曲霉的代谢产物量。

4.培养技术

现今，许多研究小组已在提高米曲霉代谢产物量方面开展了研究，并取得了许多显着的成果[3-4]。Veerana等人发现非热常压等离子体技术可以提高米曲霉的孢子萌发率和α-淀粉酶分泌量。Zhang等人发现常压室温等离子体诱变技术是微生物育种领域的一种有效工具，可增加微生物的代谢产物。Tamano等人通过在米曲霉中共过表达延长酶和两个去饱和酶基因，提高了不饱和游离脂肪酸的产量。王常高等人[5]发现在虾头和虾壳粉末的固体培养基中，紫外线诱变后的米曲霉蛋白酶产酶水平是未诱变的2.22倍。

5.结束语

综上所述，影响米曲霉代谢产物量的因素包括营养物质和相关的物理化学参数（pH值、温度、水活性和光照条件等），它们共同影响微生物的代谢。通过单因素试验或者正交因素试验来调控优化米曲霉的培养条件，或采用新的培养技术，可以提高米曲霉代谢产物量，进一步扩大米曲霉的应用。

参考文献

[1] 王振猛，江晓，孙建安，毛相朝.米曲霉固态发酵产蛋白酶酶解虾头工艺探究[J].中国渔业质量与标准，2020 （03）：19–30.

[2] 辛娜，郭亮，邓露芳，黄玉海，宗文丽，张勇，刘宪辉，班文杰.固态发酵豆粕发酵工艺的优化[J].畜牧产业，2020 （09）：71–74.

[3] 李童，李燕萍.米曲霉黄酒小曲4转化体系的构建及脂肪酶的异源表达[J].南昌大学学报（理科版），2019 （03）：246–250+256.

[4] 游见明，吕开斌，曹新志.米曲霉菌株NJ132液态发酵产孢子条件初步筛选[J].食品研究与开发，2017 （21）：177–180.

[5] 王常高，杜馨，林建国，赵泽鑫，蔡俊，酿造虾头虾壳功能性调味料用高产菌株选育研究，中国调味品，2021 （46）：17–19.

项目名称：江西省大学生创新训练计划项目（S202111318057）