第26卷第5期 食品与生物技术学报 Vo1.26 No.5 2007年9月 Journal of Food Science and Biotechnology Sep. 2007 文章编号:1673—1689(2007)O5一O11O—O6 海洋细菌Bn一103产抑菌物质发酵条件 及部分理化性质 张超, 祖国仁 孑L繁东, 文0阳 (大连轻工业学院生物与食 品工程学院,辽宁大连116034) 摘要:对从海泥中分离到的一株海洋细菌Bn一103产抑菌物质的培养基、发酵条件及所产抑菌物 质的热稳定性、pH值稳定性进行了初步研究。结果表明,海洋细菌Bn-103适宜培养基成分组合 为:葡萄糖1 g/dL,蛋白胨0.1~O.3 g/dL,酵母膏0.1 g/dL,海水添加量6O ~8O ;培养基初始 pH 5.O~7.0;接种体积分数2 ~4 ;发酵时间48~72 h;抑茵物质8O℃处理90 min,保留活性 8O 以上,pH值稳定在pH 3~8之间。 关键词:海洋细菌;抑菌物质;发酵条件 中图分类号:TQ 920.1 文献标识码:A Study on The Fermentation Conditions and Characteristics 0f Antibacterial Substance Produced by a Marine Bacteria Bn-103 ZHANG Chao, ZU Guo-ren, KONG Fan—dong, LIU Yang (School of Bilolgical and Food Engineering,Dalian Institute of Light Industry,Dalian 116034,China) Abstract:The manuscript investigated the culture medium and fermentation conditions on the antibacterial substance produced strain Bn一103 which was isolated from oozed sea water.Its stability to the pH and temperature were also investigated.The result showed that the optimum medium for strain Bn一103 was:1 glucose,0.1~O.3 g/L peptone,0.1 g/L yeast extract,60 ~8O sea water.The best pH was 5.0~7.0 the inoculate ratio was 2 ~4 ,fermentation time was 48~72 h.The antibacterial substance was treated under 80 for 90 min,the activity remained up to 80%,it iS stable between the pH 3 to 8. Key words:marine bacteria;antibacterial substance;fermentation condition 微生物是自然界中生物的一大类群,与人类生 些腐烂菌和病原菌,在食品的防腐保鲜方面起重要 活密切相关。一些具有抑菌生物活性的物质,如乳 作用 。近几年来,研究者逐渐将目光转移到海洋 酸菌细菌素、杆菌肽等,可以杀死或抑制食物中一 微生物。由于独特的生存环境及海洋生物物种间 收稿日期:2007—01—06. 作者简介:张超(1981一),男,山西栖霞人,生物活性物质硕士研究生.Email:superman19811106@sohu.tom 通讯作者:祖国仁(1963一),男,吉林四平人,副教授,工学硕士,主要从事微生物活性物质方面的研究. Email:rgz321@163.tom 维普资讯 http://www.cqvip.com
第5期 张超等:海洋细茵Bn一103产抑茵物质发酵条件及部分理化性质 111 的生态作用远比陆生物种复杂和广泛_3],因此,赋 予海洋生物的活性远比陆生生物要强,尤其重要的 是这些物质化学结构丰富多样,许多分子结构新颖 独特,是陆生生物所不具有的【4]。丰富的海洋生物 资源无疑是天然药物筛选的重要来源。从天然产 物中寻找新的抗肿瘤活性物质已成为抗癌新药开 发的研究热点。据估计,目前只有不足5 的海洋 微生物可以鉴定,已发现的活性物质只占总数的 1 。因此,海洋微生物资源的研究开发和应用越 来越受到世界各国特别是沿海国家的重视_5 ]。作 者报导一株海洋细菌Bn-103产抑菌物质的发酵条 件及其部分理化性质。 1材料与方法 1.1实验材料 1.1.1 茵株 海洋细菌Bn-103:从大连黑石礁海 域海泥中分离得到;指示菌:藤黄八叠球菌(Sarcina litea),大肠埃希氏菌(Escherichia coli):由大连轻 工业学院生物与食品工程学院微生物教研室保藏。 1.1.2培养基 1)指示菌培养基:牛肉膏蛋白胨培养基[9]。 2)发酵培养基:葡萄糖10 g,蛋白胨2 g,酵母 膏1 g,海水600 mL,蒸馏水400 mL[1 。 3)种子培养基:同发酵培养基。 4)试管斜面培养基:发酵培养基加2 g/dL琼 脂。 1.1.3仪器YXQ-SG46-280SA手提式高压消毒 器:上海市医疗仪器厂制造;ZHWY-2102C空气恒 温振荡器:上海智城分析仪器制造有限公司制造; TGL-16G高速离心机:上海安亭科学仪器厂制造; HH一6型恒温水浴锅:江苏金坛市中大仪器厂制造; 牛津杯等。 1.2实验方法 1.2.1抑茵试验一管碟法 将指示菌培养基2O mL倒人灭菌的平皿,凝固后,滴人0.1 mL指示菌 菌液(指示菌体浓度2.5×10。cfu/mL,稀释倍数 10。),用三角刮刀涂匀后,于培养皿中放人无菌牛 津杯,滴人离心后(16 000 r/min离心15 min)的发 酵液8O L,以空白培养基作对照,3O℃下培养48 h,测定抑菌圈大小(抑菌圈为测量值减去空白值), 每个试验点做6个平行样,以平均值作为最终试验 值El1]。 1.2.2培养条件试验 1)培养基配方优化设计:以发酵培养基中对海 洋细菌Bn-103生长和产抑菌物质影响较大的因 素,葡萄糖、蛋白胨和海水添加量为试验因素,设计 3个水平,进行L。(3 )正交试验,见表1。 表1正交试验因素水平表 Tab.1 The orthogonal experiment 2)发酵条件试验:海洋细菌Bn一103活化菌株 一环接人种子培养基,28℃,180 r/min摇床振荡 24 h,取一定量加入250 mL发酵三角瓶中,28℃摇 床振荡一定时间,按方法1.2.1测定不同条件的抑 菌活性。 1.2.3海洋细菌Bn一103发酵液中抑茵物质部分 理化性质 1)热稳定性试验:离心后的发酵液分别置于不 同的水浴中处理不同时间,测定抑菌活性。 2)pH值稳定试验:离心后的发酵液分别调至 不同pH值,处理一定时间,测定抑菌活性。 2结果与分析 2.1培养基配方各组分优化 按方法1.2.2培养基配方优化设计进行正交 试验,测定不同组合的抑菌效果,结果见表2。 由表2的极差大小可知,各因素影响主次顺序 为:对大肠埃希氏菌C>A>B,即海水添加量>葡 萄糖>蛋白胨;抑菌效果最好的因素水平组合A。 B。C。,即葡萄糖1 g/dL,蛋白胨0.3 g/dL,海水添 加量60 g/dL;对藤黄八叠球菌C>B>A,即海水 添加量>蛋白胨>葡萄糖;抑菌效果最好的因素水 平组合A。B。C。,即葡萄糖1 g/dL,蛋白胨0.1 g/dL,海水添加量8O 。从试验结果可知,影响海 洋细菌Bn-103发酵产抑菌物质的首要因素是海水 的添加量,其次才是碳源或氮源,培养基配方中海 水添加量的多少影响培养基中无机元素的含量。 当培养基中碳源含量相同,有较高的海水添加量和 较低的蛋白胨质量分数时,海洋细菌Bn-103产抑 菌物质对革兰氏阳性细菌藤黄八叠球菌抑菌效果 较好;而有较高的海水添加量和较高的蛋白胨质量 分数时,则对革兰氏阴性细菌大肠埃希氏菌抑菌效 果较好。图1,2为海洋细菌Bn一103产抑菌物质分 别对大肠埃希氏菌和藤黄八叠球菌的抑菌效果。 维普资讯 http://www.cqvip.com
112 食 品 与 生 物 技 术 学 报 第26卷 图1大肠埃希氏菌 Fig.1 Escherichia coli 图2藤黄八叠球菌 Fig.2 Sarcina Utea 维普资讯 http://www.cqvip.com 第5期 张超等:海洋细菌Bn-103产抑菌物质发酵条件及部分理化性质 113 2.2培养基初始pH值对海洋细菌Bn一103产抑茵 活性物质的影响 在一定基质中,接种量的多少直接影响微生物 的生长,进而影响微生物代谢产物的量。选取生长 对数期种子大量接种,使微生物迅速繁殖产生大量 菌体,有利于产生较高代谢产物;但培养基质有限, 对发酵培养基调取初始pH值,分别为4.0、 5.0、6.0、7.0、8.0、9.0按1.2.2方法进行抑菌试 验,结果见表3。 捣 7 8 2 接种量过高时,也影响其生长和代谢产物的产生, 6 8 2 表3培养基初始pH值对Bn-103产抑菌物质的影响 Tab.3 Effect of initial pH to the production of antibacterial SUbstance by Bn-103 培养基 抑菌圈直径/mm 初始pH值 藤黄八叠球菌 大肠埃希氏菌 4.0 1O.1 5.0 15.4 6.0 2O.5 7.0 2O.4 8.0 1O.8 9.O 9.7 不同种类的微生物都有其最适生长pH值范 围,而且同一种微生物在不同的生长阶段和不同的 生理、生化过程中也有不同的最适pH值要求。研 究其规律,控制发酵过程中的pH值,促使微生物产 生有益的物质十分必要。由表3可见,海洋细菌 Bn一103在培养基初始pH值5.0~6.0时,发酵产 抑菌物质对藤黄八叠球菌抑菌效果较好,以pH 6.0 抑菌效果最好;而在pH 6.0~7.0对大肠埃希氏菌 抑菌效果较好。 2.3接种量对菌株Bn一103产抑茵活性物质的影 晌 将活化的海洋细菌Bn-103接入装有种子培养 基的三角瓶中,在一定温度下培养一定时间,分别 选取体积分数1 9/5、2 、4%、6 、8 9/5、10 9/5接种量 进行抑菌试验,结果见表4。 表4接种量对Bn-103产抑菌活性物质的影响 Tab.4 Effect of the inoculate ratio on the production of anti- bacterial substance by Bn-103 抑菌圈直径/ram 接种体积分数/ —— 藤黄八叠球菌 大肠埃希氏菌 而从生产实际考虑也是不经济的,因此采用体积分 数2 9/6和4 9/5的接种量。 2.4培养基装液量对菌株Bn-103产抑茵活性物质 的影响 选取发酵培养基装液量分别为25、50、75、100、 125、150 mL,进行抑菌试验,结果见表5。 表5培养基装液量对Bn-103产抑菌活性物质的影响 Tab.5 Effect of volume of culture medium on the production of antibacterial substance by Bn-103 抑菌圈直径/ram 装液量/mL—— 藤黄八叠球菌 大肠埃希氏菌 ∞ 在一定体积的容器和一定摇床转速条件下,培 养基装液量的多少会影响氧的含量,通氧量的多少 会直接影响菌体的生长和代谢产物的产生。由表5 ¨ H 他 3 5 2 8 5 2 可知,当培养基装量为50 mL/250 mL时,海洋细菌 Bn一301发酵产抑菌物质对藤黄八叠球菌抑菌活性 较强;当装量为100 mL/250 mL时,对大肠埃希氏 菌抑菌活性较强。从试验结果可以看出,较强的通 氧量有利于产生抑制革兰氏阳性细菌藤黄八叠球 菌的活性物质。 2.5发酵时间、茵体生长量与海洋细菌Bn-103产 抑茵物质关系 选取发酵时间分别为24、48、72、120、144、168、 192 h,测定其抑菌活性,同时测定其菌体生长的生 物量,结果见图3。 细菌的生长是有一定规律的,一般是接种后过 了迟缓期就进入了高速对数生长期,菌体的生物量 大量积累,之后进入稳定期,许多重要的代谢产物 在此时产生。由图3可知,海洋细菌Bn一103在24 h 就开始进入快速生长期,120 h达到生长高峰,之后 进入稳定期。但产生抑菌物质的时间并不是在稳 定期,而是从菌体生长就开始了,对大肠埃希氏菌 抑菌效果最好的时间是48 h,对藤黄八叠球菌抑菌 维普资讯 http://www.cqvip.com 114 效果最好的时间是在72 h。 食品 与 生物技术 学报 第26卷 降低;当pH达到10以上时,抑菌物质活性完全 丧失。 表7 Bn-103产抑菌物质pH稳定性试验 Tab.7 The pH stability experiment of antibacterial substance 妻 罂 发酵时间 图3发酵时间、菌体生长与Bn-103产抑菌物质的关 系 Fig.3 The relationship among fermentation time。myce。 lium growth and production of antibacterial sub。 stance by Bn-103 2.6海洋细菌Bn-103产抑菌物质部分理化性质 ^ 2 3 4 2.6.1 热稳定性发酵液离心后,在70、80、90℃ 茸 中水浴。分别放置30、60、90 min,测定其抑菌活 性,结果见表6。 表6 Bn-103产抑菌物质热稳定性试验 Tab.6 The thermostability experiment of antibacterial sub- stance produced by Bn-103 7 2 1 6 ・ 抑菌圈直径/ram 项目 水浴时间 对照 30 rain 60 rain 90 rain (70℃)藤黄八叠球菌 32.8 32.6 2 32.81 2 c; 31.3 L 2 3 O 4 2 大肠埃希氏菌 23.6 23.7 23.1 22.9 (80℃)藤黄八叠球菌 32.8 32.9 31.8 28.6 大肠埃希氏菌 23.6 23.5 21.4 19.6 (90℃)藤黄八叠球菌 32.8 29.5 24.0 20.8 大肠埃希氏菌 23.6 21.3 18.6 16.5 由表6可见,随着温度的升高,时间的延长,海 洋细菌Bn-301抑菌物质的抑菌生物特性变化不 大,在70℃下处理90 min,对海洋细菌Bn一301产 生的抑菌活性物质稳定性影响不大;80℃处理90 min抑菌物质活性仍保留在8O 以上,9O℃处理 90 min抑菌物质活性保留为60 ,说明该物质的热 稳定性比较强。 2.6.2 pH值稳定性发酵液离心后分别调至pH 值为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11,室温放置30 min,测 定其抑菌活性,结果见表7。 从表7可见,在pH 3~8之间,抑菌物质活性 变化不大;当pH 2或pH 9时,抑菌物质活性明显 produced by Bn-103 培养基 抑菌圈直径/mm 初始pH值 藤黄八叠球菌 大肠埃希氏菌 6 7 8 9 u 4 O 揪 6 2 无 无 3 结 论 2 1)海洋细菌Bn-103产抑菌物质适宜培养基成 2 1 & 1 L 无 无 分组合为:对藤黄八叠球菌,葡萄糖1O 5 6 O g/dL,蛋白胨 0.1 g/dL,酵母膏0.1 g/dL,海水添加量80 9/6,蒸馏 水20 ;对大肠埃希氏菌,葡萄糖1 g/dL,蛋白胨 0.3 g/dL,酵母膏0.1 g/dL,海水添加量60 ;蒸馏 水40 。 2)海洋细菌Bn-103在培养基初始pH 5.0~ 6.0,接种体积分数2 9/6,培养基装液量50 mL/250 mL,对藤黄八叠球菌抑菌效果较好;而在培养基初 始pH 6.0~7.0,接种体积分数4 ,培养基装液量 100 mL/250 mL,对大肠埃希氏菌抑菌效果较好。 3)海洋细菌Bn-103培养24 h进入对数生长 期,120 h达到生长高峰,对大肠埃希氏菌和藤黄八 叠球菌抑菌效果最好的培养时间分别为48 h 和72 h。 4)海洋细菌Bn-103产抑菌物质对热稳定性较 强,在70℃下处理90 min,抑菌物质生物活性变化 不大;80℃处理90 min抑菌物质活性仍保留在 80 以上,90℃处理90 min抑菌物质活性保留为 60 。在pH 3~8之间,抑菌物质生物活性差异不 5 2 2 L 8 维普资讯 http://www.cqvip.com 第5期 张超等:海洋细菌Bn一103产抑菌物质发酵条件及部分理化性质 115 大,当pH 2或pH 9时,抑菌物质活性降低明显;当pH达到10以上时,抑菌物质活性完全丧失。 参考文献(References): [1]沈莲清,苏光耀,王向阳.植物乳杆菌素研究进展[J].食品与生物技术学报,2006,25(5):121—126. 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