速效营养对碱性蛋白酶发酵过程的影响及其解析.pdfVIP

摘要

芽孢杆菌发酵生产的碱性蛋白酶制剂，具有重要工业应用价值，广泛应用于洗

涤、食品、制药、皮革和废物处理等行业。改良其发酵工艺以提高产品产量和品

质，是研究的热点。目前，碱性蛋白酶芽孢杆菌发酵主要采取浊液发酵工艺，以豆

粕为氮源，以淀粉为碳源，具有能耗高、周期长、产品杂酶含量高纯度低等问题，

因此开发以可溶速效营养为基础的清液发酵工艺具有重要意义。本研究首先考察了

CN

不同种类速效源和源对解淀粉芽孢杆菌发酵产酶的影响，然后基于组学技术对

发酵过程中氨基酸、有机酸等胞内外代谢物的动态变化进行比较分析，最后通过对

发酵过程中关键基因的转录分析探究不同碳源影响发酵产酶的可能机制。

NCC

首先，分别对不同速效源和源的培养基进行了发酵对比，结果表明源的

种类对发酵产酶的影响更大，其中阿拉伯糖作为C源时产酶水平最高，其次是麦芽

糖，产酶最低的是葡萄糖，葡萄糖表现出明显产酶阻遏效应。针对这些差异，从代

谢和基因转录的角度探究其背后的可能机制对于指导发酵工艺优化具有重要理论意

义。

其次，对发酵过程中代谢物的动态变化进行了解析。氨基酸分析结果显示，相

同碳架来源的氨基酸在发酵过程中的变化相近。大部分氨基酸的含量在发酵后期小

幅升高。基于GC-MS的非靶向代谢组学分析结果显示，不同C源种类和不同发酵时

间点代谢组存在显著差异，差异代谢物主要涉及三羧酸循环等代谢途径。基于LC-

MSG6PFBPPEP

的靶向代谢组学分析揭示了发酵过程中胞内代谢物、、、丙酮酸、

FBP

琥珀酸和富马酸的动态变化，结果显示，当以葡萄糖作为碳源发酵时，在菌体

胞内呈现逐渐积累的趋势，推测这可能是葡萄糖对产酶产生碳阻遏效应的主要媒介

代谢物。

最后，对可能参与葡萄糖产酶阻遏效应的关键基因进行了转录水平比较分析，

通过差异分析探究其对产酶阻遏效应的影响。碱性蛋白酶的酶活表达水平高低与其

基因AprE的转录水平高低基本呈现对应关系，显示葡萄糖作为碳源发酵时碱性蛋白

酶启动子的活性明显受到碳阻遏效应（CCR）的影响。与CCR效应密切相关的碳代

谢基因glk、pfk、eno和hpr，在以阿拉伯糖发酵时的转录水平明显低于以葡萄糖发

酵时的水平，同时CCR效应物G6P、FBP、PEP的含量也是前者低于后者，这些结

果很好地解释了阿拉伯糖相比葡萄糖显著降低碱性蛋白酶转录阻遏效应的内在机

制。

本研究解析了速效碳源影响碱性蛋白酶发酵产酶的过程及其内在可能机制，为将

来优化碱性蛋白酶清液发酵工艺建立了基础，对于进一步提高发酵水平和产品质量

具有重要意义。

关键词：碱性蛋白酶；代谢组；解淀粉芽孢杆菌；速效营养

ABSTRACT

AlkalineproteasepreparationproducedbyBacillusfermentationhasimportant

industrialapplicationvalueandiswidelyusedinwashing,food,pharmaceutical,leather

andwastetreatmentindustries.Itisthefocusofresearchtoimprovethefermentation

processtoimprovetheyieldandqualityoftheproduct.Atpresent,thefermentationof

alkalineproteasesporebacteriamainlyadoptsturbidliquidfermentationprocess,using

soybeanmealasnitrogensourceandstarchascarbonsource,