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纳豆激酶高产菌株的筛选鉴定及特性研究

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第5期(总第100期) 2007年5月 农产品加工‘学刊 Academic Periodical of Farm Products Processing No.5 May. 文章编号:1671—9646(2007)05-0004-04 纳豆激酶高产菌株的筛选鉴定及特性研究 满丽莉,张丽萍 (黑龙江八一农垦大学,黑龙江大庆1633 19) 摘要:从5种不同样品中分离得到30株菌株,通过初筛和复筛,筛选出1株纳豆激酶高产菌株T-3,其产酶活性可 达到3 158.97 Iu,mL,并对菌株的个体形态、菌落形态和生理生化特征进行了鉴定,确认菌株T-3属于枯草芽孢杆菌 属。该菌株对温度、pH值和胆盐具有较好的耐受性,并且具有良好的传代稳定性。 关键词:纳豆激酶;菌株;筛选;特性 中图分类号:Q946.5 文献标志码:A Study on Screening,Identiicatfion and Characteristics of Strain with Hi.sh Nattokinase Ac vity Mall I/li, Iaping (Heilongjiang August First Land Reclamation University,Daqing,Heilongjiang 1633 19,China) Ab吐阿 :Screening 30 strains from five diferent samples,we gained strain T-3 whose nauokinase activiy coultd reach 3 1 58.97 IU/mL by the fisrt selection and the second selection.According to morphological,physiological and biochemical characteristics,the baciHus subilits stain was identifid.Sterin T-3 haas good tolerance to temperature,pH,gallbladder salt, nd good generaation stability. Key :nattokinase;strain;screening;characteristics 0引言 1.1.2培养基 酪蛋白高盐平板:酪蛋白为1%,酵母提取物为 血栓性疾病是一类严重危害人类健康和生命的常 0.5%,NaCI为4%,琼脂为1.8%~2%,pH值为 见病与多发病flJ。据统计,全世界每年患血栓栓塞性 7.2~7.4,在温度121 oC下灭菌20 min。 基础种子培养基:牛肉膏为0.3%,蛋白胨为 病的约有1 500万人,潜在的溶栓剂市场有20 NaCI为0.5%,pH值为7.2~7.4,在温度121 oC下灭 菌20 min。 1.2力祛 1.2.1 菌种的分离与初筛 取3~4粒纳豆样品放入灭菌试管中,加入5 mL 灭菌生理盐水洗涤后,分装于离心管中,以转速 1材料与方法 5 000 r/airn离心5 min后,将上清液倒掉,用无菌生 1.1材料 理盐水将菌体悬起,在温度85℃水浴5 min以杀死 1.1.1供试样品 大部分的营养体及杂菌。将菌液进行10倍的梯度稀 1%,0.01%,分别吸 供分离的样品分别来源于日本的旭松有机纳豆、 释,选取其质量分数为1%,0.镰食山纳豆,中国的永川豆豉、太和豆豉及其自然发 取0.5 mL菌液涂布4%的酪蛋白高盐平板,在温度 酵的纳豆。 37℃下培养24~36 h,目测透明圈大小,在每个培养 收稿日期:2007—04—02 基金项目:黑龙江省教育厅:纳豆激酶发酵工艺条件及产业化提取的研究(10541150)。 亿美元[21。纳豆激酶作为一种新型的溶血栓药物,与 当前使用的溶血栓药物相比,具有众多优点【3j。然而 目前国内分离得到的产纳豆激酶菌种的产酶活性并不 高,如南京农业大学的梁思宇分离到的菌种最高产酶 活性为390.09 IU/mLt4],分离筛选纳豆激酶高产菌种 是急需解决的问题之一。本研究从不同的样品中分离 菌种,筛选出1株纳豆激酶高产菌株,并对其特性进 行了研究,为纳豆激酶的生产奠定了良好基础。 1%,NaCI为0.5%,pH值为7.2~7.4,在温度121 oC 下灭菌20 min。 基础发酵培养基:葡萄糖为2%,蛋白胨为2%, 作者简介:满丽莉(1981一),女,黑龙江人,在读硕士,研究方向:生物工程。E—mail:manlilizhaopian@126.com。 通讯作者:张丽萍,女,教授。 维普资讯 http://www.cqvip.com

2007年第5期 满丽莉,等:纳豆激酶高产菌株的筛选鉴定及特性研究 ・5・ 皿中选择透明圈与菌落比值大的菌落挑菌,采用酪蛋 的基础种子培养基中,于温度37℃下培养60 min,  mL,经适当稀释后,涂布平板计数,计 白平板对分离出的菌株反复进行初筛,并对菌株进行 取培养液l算存活率,以此判断菌株T一3对胆盐的耐受性。 斜面保藏和甘油保藏。 1.2.2菌种的复筛 (1)通过SDS—PAGE Electrophoresis进行第1次 存活室一力“十』△丕回 廑妲盐盟壶适 垩 堕 一 未加入胆盐时存活的平均菌数 。 复筛:据有关资料显示,纳豆激酶的相对分子质量为 27~35 kDa,在SDS一聚丙烯酰胺凝胶电泳中,从5 株菌中筛选出杂蛋白带和在纳豆激酶分子量范围内条 带数均较少的菌株。SDS一聚丙烯酰胺凝胶电泳方法 (4)传代稳定性:将复筛得到的l株菌在传代斜 面培养基上连续传代培养2O次,培养温度为37℃, 培养时间为24 h。将不同代次的菌株接种于基础种 子培养基,在温度37℃,转速150 r/min下振荡培养 见文献【5】。 (2)对第1次复筛出的菌株,通过纤维蛋白平板 测定酶活并进行第2次复筛:将相同条件下培养的种 子液以5%的接种量接种于装有1/5基础发酵培养基 的锥形瓶中,于温度37℃,转速150 r/min下振荡培 养96 h,发酵液以转速5 000 r/min,离心10 min后, 取上清液,适当稀释后即为粗酶液,加样液lO L 于琼脂糖一纤维蛋白平板,纤维蛋白平板的具作 方法见《中华人民共和国卫生部WS一011(X—OO6) 95))关于“蚓激酶的部颁标准”中“尿激酶琼脂糖一 纤维蛋白平板法”进行测定。 1.2.3纳豆激酶高产菌株的鉴定 按文献【6】的方法对菌种的个体形态、菌落形态 和生理生化进行鉴定。 1.2.4纳豆激酶高产菌株的特性研究 (1)对温度的耐受性:将菌株用基础种子培养基 培养24 h,取发酵液1 mL,采用无菌操作,将其稀 释至一定的倍数,对最后两个梯度的发酵液分别稀释 若干支,分别置于温度93℃和98℃中水浴5 min, 10 min,15 min和20 min,流水冷却,以室温下未经 水浴的菌株作为对照,采用平板计数法计算水浴后菌 株的存活率,据此判断其对温度的耐受性。 存活率= 镶 鞍翳。 (2)对pH值的耐受性:将菌株接种于基础种子 培养基,在温度37℃,转速150 r/min下振荡培养 12 h,使菌种的OD鲫值控制在1.5~1.6,并将此种子 液保存备用。将此种子液以一定量接种于具有不同 pH值的基础种子培养基中,于温度37℃下培养 45 min,取培养液1 mL,经适当稀释后,涂布平板 计数,计算相对存活率,以此判断其对pH值的耐受 性。 相对存活率=丽 善器 挈葛蓄甄。 (3)对胆盐的耐受性:将菌株接种于基础种子培 养基,在温度37℃,转速150 r/min下振荡培养 12 h,使菌种的OD鲫值控制在1.5~1.6,将此种子液 保存备用。将此种子液以一定量接种于含有0.00%, 0.05%,0.10%,0.20%,0.30%,0.40%和0.50%胆盐 12 h,使菌种的OD600值控制在1.5一1.6。再以5%的 接种量接种在装有1/5基础发酵培养基的锥形瓶中, 于温度37℃,转速150 r/min下振荡培养96 h,发 酵液以转速5 000 r/min离心10 min后,取上清液, 适当稀释后即为粗酶液。加样液lO L于琼脂糖一 纤维蛋白平板测定酶活,观察不同代次的菌株产酶活 性有无变化,确定菌株的传代稳定性。 2结果与讨论 2.1菌种的分离与初筛 从5种样品中分离出菌株3O株,菌株的分离见 图l。由于纳豆激酶属于丝氨酸蛋白酶,能在酪蛋白 平板上产生透明圈,因此初筛以菌种在酪蛋白高盐平 板上产蛋白酶量为指标,获得5株高产蛋白酶的菌 株,编号为D一3,x一5,Y一5,T-3,Z一6,这5株菌 在酪蛋白平板上的溶解圈直径与菌落直径比值的平均 值越大,产蛋白酶的能力越强。 图1菌株的分离 2.2菌种的复筛 初筛菌株经过2次复筛,选出1株纳豆激酶高产 菌株T-3,并将菌株T一3进行个体形态、菌落形态及 生理生化鉴定。 2.2.1通过SDS-PAGE Electrophoresis进行1次复筛 据有关资料显示,纳豆激酶(NK)的分子量为 27 000~35 000 Da,SDS一聚丙烯酰胺凝胶电泳结果 维普资讯 http://www.cqvip.com

农产品加工・学刊 2007年第5期 见图2,由图2可见,D一3可清晰地看到4条带,其 中3条都在NK的分子量范围内;X一5可以看到5条 带,其中2条带在NK的分子量范围内;Y_5和T一3 都有2条带在NK的分子量范围内,但后者较前者 带要清晰,说明浓度要高于前者;菌株z一6产的酶 在电泳图中出现拖尾现象,说明其发生了自身降解。 D一3,x一5,Y一5,T一3的杂蛋白及在纳豆激酶分子 量范围内的条带数都较少,有利于纳豆激酶分离纯 化,需要用纤维蛋白平板法测定酶活,进行第2次 复筛,而z一6产的酶由于发生了自身降解,无法进 行后续纳豆激酶的分离纯化,在第1次复筛中就被 排除。 图2 SDS一聚丙烯酰胺凝胶电泳结果 2、2、2通过纤维蛋白平板测定酶活,进行第2次复筛 菌株产纳豆激酶的活性越高,在纤维蛋白平板 上的溶圈直径越大。D一3,X一5,Y一5,T一3的产酶 活测定结果见图3。由图3可知,T一3产生的纳豆 激酶活性最高,溶圈直径达到27.8 mm,酶活为 3 158.97 IU/mL 图3酶活测定结果 2.3纳豆激酶高产菌株的鉴定 2.3.1 纳豆激酶高产菌株的个体形态鉴定 分离菌T一3菌体形态和芽孢见图4。由图4可 图4分离菌T一3菌体形态和芽孢 见,革兰氏阳性菌,原生质中无聚B一羟基丁酸颗 粒,菌体大小为(I.1 ̄2.4)×(0.3~0.8),芽孢呈柱状, 次端生,孢囊不明显肿大。 2.3.2纳豆激酶高产菌株的茵落形态鉴定 琼脂穿刺:呈现根须状。 肉汤液体培养基:上层有一层菌膜,菌膜下呈絮 线状,膜沿管壁向上伸展1.0 cm左右,经振荡,菌 膜部分沉于底部,部分上浮。 肉汤固体斜面:菌苔为白色,生长良好,呈现小 刺状。在肉汤平板上,菌株T-3菌落形态见图5,菌 落为白色,圆形规则,大小为1.5 ̄9 mm,表面干燥、 褶皱,无光泽,中间有一深色圈,中间厚、边缘薄、 不透明,边缘整齐呈波状。 目5菌株 3菌落形态 2.3.3纳豆激酶高产菌株的生理生化鉴定 菌株T-3的生理生化特性见表1。表1个体形 态、菌落形态和生理生化特性鉴定结果显示,纳豆激 酶高产菌株T一3属于枯草芽孢杆菌属。 2.4纳豆激酶高产菌株的特性研究 2.4.1对温度的耐受性 菌株对温度的耐受性越强,则菌种的活性保存时 间越长,越不容易受温度影响而死亡。本实验选用了 维普资讯 http://www.cqvip.com

2007年第5期 满丽莉,等:纳豆激酶高产菌株的筛选鉴定及特性研究 .7. 表1菌株T一3的生理生化特性 项目 鉴定结果 项目 鉴定结果 料烬 延长,各菌株的存活率差值在温度93℃与98℃也 逐渐减小,与处理时问为5 min相比较,处理10 min 厌氧生长 一 产生物吲哚 一 运动性 + H2S + V.P反应 + 二羟丙酮 + V.P肉汤pH值 6.5 糊精结晶 一 MR试验 一 卵磷脂酶 + 产酸蔗糖 + 过氧化氢酶 + 木糖 一 B一半乳糖苷酶 + 葡萄糖 + 精氨酸双水解酶 一 麦芽糖 一 苯丙氨酸脱氨 一 阿拉伯糖 一 鸟氨酸脱羧 + 甘露醇 一 赖氨酸脱羧 + 木糖醇 一 柠檬酸盐利用 + 山梨醇 一 丙二酸盐利用 一 从葡萄糖产气 一 石蕊牛奶 胨化产酸 水解物酪素 + pH5.7肉汤生长 + 明胶 + NaCI 5% + 淀粉 + NaCI 7% + 酪氨酸 一 NaCIlO% + 脲酶 + 温度93℃和98℃进行了实验,菌种的存活率与温 度的关系见图6。 l 2 3 4 5 6 7 8 9 m .■.1。  .6 5 7 档加 温度9O℃水浴处理时间t/min 料 妲 灶 温度98℃水浴处理时间t/min 图6菌种的存活率与温度的关系 对于温度的耐受性实验表明,温度对菌株的存活 率有很大的影响。温度93℃和98℃虽然只相差 5℃,但是同样处理5 min时,同一菌株之间的存活 率相差特别大,达到39%,但随着处理时间的延长, 两者之间存活率的差值相对减小,处理10 min后, 二者的存活率差值为14%。随着处理时间的进一步 后菌株存活率出现了大幅度的减小,温度93℃与 ∞ ∞ ∞ ∞ 加 O 98℃时菌株存活率减幅分别约为70%和45%,当处 理时间达15 min时,其存活率均减少至不足10%。 2.4.2对pH值的耐受性 在菌株的保存和使用过程中,常常会遇到不同的 pH值,因此,对pH值有较强的适应性是很有必要 的。菌株T一3的存活率与pH值的关系见表2。 表2菌株T一3的存活率与pH值的关系 PH值 一 相对存活率 % 对pH值的耐受性实验表明,菌株对不同的pH 值范围有较好的适应性。在pH值为5.0~8.0,菌株存 活率都可以达到75%以上,存活率很高;在pH值 1.0~4.0,pH值对4种菌株的存活率影响较大,特别 是在很低的pH值(1.0~3.0),活菌株的损失率达 50%多,损失较大,因此,偏酸性环境不利于菌株 T一3的生长;在pH值为9.2 l 2 3 2 8 0~10.0,活菌株的存活率 低于20%左右,因此偏碱性环境也不利于菌株T一3 的生长。 2.4.3对胆盐的耐受性 胆盐是一种混合物,它能溶解细菌细胞的某些结 构成分。菌株的存活率与胆盐质量分数的关系见图 7。由图7可知,随着胆盐质量分数从0增至0.5%, 褂 妲 烛 0 0.05 0.10 0.2O O.3O O.4O O.5O 胆盐质量分数% 图7菌株的存活率与胆盐质量分数的关系 (下转第1O页) ∞∞8 维普资讯 http://www.cqvip.com

农产品加工・学刊 2007年第5期 3 3 因素影响的主次顺序为:B>C>A>E>D,即固液比> 为1O。 姗咖乙醇体积分数>提取温度>溶液pH值>提取时间, (2)本试验将为沙棘资源的进一步开发和利 最佳条件为:A 2B C ̄9,E ,即提取温度为6O℃,固液 用提供有力的技术支持,可使其尽快地获得经济效益 比为1:20,乙醇体积分数为80%,提取时间为4 h, 和社会效益。 溶液pH值为1O。从节省能源和提高效率综合考虑, 选择影响较小的浸提时间为3 h,并进行工艺验证试 参考文献: 验。 …1 维吾尔自治区林业厅.沙棘资源及其利用情况 3.2最佳工艺条件的实验 『G】.全国沙棘工作会议专辑.防护林科技,1995,25 最佳工艺条件不在所做的16次实验中,因此可 (4):55—63. 将它与正交试验中较好的方案比较。在乙醇体积分数 【2】 乌凤岐.提取黄酮类化合物的可行性研究fJ].辽宁工程 为80%,料液比为1:20,提取时间为3 h,提取温 技术大学学报,2003,22(2):275—277. [3]3 王尚义,郑玉霞,刘声普.水浸提沙棘叶总黄酮的工艺 度为6O℃,溶液pH值为1O的最佳条件下。测得吸 研究fJ】.沙棘,2001,14(2):27—29. 光度值为0.056 2,大于方案A 2B C 的0.O44 3, 【4】 付桂香,冯瑞芝,肖培根.不同种及不同采收时间沙棘 从而确定最优工艺条件为A 2B,C,D ̄E 。 叶中总黄酮的含量测定与比较【J].中国中药杂志, 1997,22(3):147—148. 4结论 [5 5】王昌利,宋小妹,胡亚迅,等.沙棘果皮总黄酮提取分 (1)通过单因素实验和正交试验,并且充分考虑 离工艺研究fJ1.中成药,1994,16(9):6-8. 到工作效率和成本,实验验证得到沙棘总黄酮常规提 【6】 刘莉华,宛晓春,李大祥.黄酮类化合物抗氧化活性构 取的最佳条件是:提取温度为6O℃,固液比为1:20, 效关系的研究进展fJ].安徽农业大学学报,2002,29 乙醇体积分数为80%,提取时间为3 h,溶液pH值 (23):265—270. (上接第7页) 起点,也是影响纳豆激酶产量和纯化的关键点。 菌株T一3的存活率逐渐下降,但胆盐质量分数高达 (2)本文通过从5种不同的样品中分离得到3O 0.5%时,菌株存活率也仅减少了10.75%。因此,菌 株菌种,经过第1次初筛和第2次复筛,最终筛选得 株T一3对胆盐具有很好的耐受性。 到1株酶活达到3 158.97 IU/mL的菌株T一3,同时根 2.4.4传代稳定性 据菌株的个体形态、菌落形态、生理生化特征鉴定为 菌株T一3在传代培养基斜面连续传代2O次,培 枯草芽孢杆菌属。 养温度为37℃,培养时间为24 h。发酵后取发酵液 (3)菌株T一3对温度、pH值和胆盐具有良好的 上清液,用纤维蛋白平板法测定酶活,菌株T一3的 耐受性,而且菌株传代2O次,其各代产纳豆激酶的 传代稳定性见图8。图8结果表明,不同代次菌株 活性基本保持不变,说明菌种的传代稳定性较好。 T一3的产酶能力基本保持不变,说明菌种传代稳定性 较好。 参考文献: …1 陈志文.产纤溶酶枯草芽孢杆菌发酵条件的研究fJ].食 品工业科技,2003,5:23~26. 【2】 周新萍,徐尔尼.胃蛋白酶对纳豆激酶的化学修饰研究 fJ】.食品科学,2005,7:19. [3 3]Urano T,Ihara H,Umemura K,et a1.The profibrinolytic enzyme subtilisin NAT puriifed from Bacillus subtilis Cleaves and inactivates plasminogen activator inhibitor type 1『J】.J Biol Chem,2001,276(27):24 690. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 1617 18 19 [4] 梁思宇.枯草杆菌溶纤酶高产菌株的选育及发酵条件的 优化.『J].南京农业大学学报,2000,6:18. 传代次数 【5]5 R.E.布坎南,N-E吉布斯.伯杰细菌学鉴定手册【M】. 图8菌株T一3的传代稳定性 北京:科学出版社,1984:735. [6】 杨革.微生物学实验教程[M】.北京:科学出版社, 3结论 2005:76. (1)纳豆激酶高产菌株筛选是对纳豆激酶研究的 

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