響應面法優化溶藻弧菌的培養條件

張曉艷，寧喜斌

（上海海洋大學食品學院，上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，上海201306）

響應面法優化溶藻弧菌的培養條件

張曉艷，寧喜斌*

（上海海洋大學食品學院，上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，上海201306）

通過單因素實驗確定pH、溫度、鹽度三個因素下溶藻弧菌的最優培養條件。根據Box-Behnken中心組合實驗原理進行響應面分析，以菌液的OD600為響應值，確定影響溶藻弧菌培養的各因素水平。結果表明，最優培養條件為pH7.62、溫度34.55℃、鹽度3.22%；菌體生長過程中pH和溫度、溫度和鹽度對V.a ATCC17749生長的交互作用顯著。

溶藻弧菌，Box-Behnken，響應面，培養條件

Abstract：According to singe-factor experiments，three levels factors including the pH，temperature and salinity were selected to evaluate the optimum culture condition of Vibrio alginolyticus.Based on Box-Behnken central composite design principle of the Response Surface Methodology（RSM），the OD600was chosen as response value to determine the range of factors and levels.With the results，the optimized conditions of cultivation were as follows：pH7.62，temperature 34.55℃ and salinity 3.22% ，respectively.During the germination significant interactions between pH and temperature，as well as temperature and salinity were found.

Key words：Vibrio alginolyticus；Box-Behnken；response surface methodology（RSM）；culture condition

溶藻弧菌存在于多種海洋動物體內及海域水體中，是魚、蝦、貝類等海水養殖動物的致病菌[1-3]。其致病性大多發生在夏季，另外動物體免疫機能下降或者環境條件惡化時也容易發生[4]，同時，溶藻弧菌為人和水生動物共患的病原菌，可以引起食物中毒、敗血癥及中耳炎等[5]。近幾年來，國內不少地方也不斷報道了關于溶藻弧菌引起食物中毒的事件。2004年7月24日赤峰市某酒店發生了一起集體共同食用未經煮熟煮透的鹽水蝦而引起的溶藻弧菌中毒事件[6]；2006年，龍潭區某村17名村民發生胃腸道疾病，經現場衛生學和流行病學調查，結合實驗室檢測結果，證實了是一起溶藻弧菌引起的食物中毒事件[7]。本文以溶藻弧菌標準菌株V.a ATCC17749為研究對象，測定pH、溫度、鹽度三個因素下改菌的生長變化，應用Box-Behnken實驗設計原理進行響應面分析，得到該菌的最合適的培養條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

菌株 溶藻弧菌標準菌株V.a ATCC17749；革蘭氏陰性桿菌增菌液 杭州天和微生物試劑有線公司；蛋白胨、胰蛋白胨大豆肉湯（TSB）、營養肉湯、副溶血性弧菌增菌液、GN增菌液 上海市疾病預防控制中心。

臺式pH精密測試儀 德國WTW；UV2300分光光度計 上海天美科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 培養基優化實驗 營養肉湯、GN、TSB、堿性蛋白胨水及副溶血性弧菌增菌液各100mL，分裝于11支試管中滅菌，取一環培養10h后的V.a接種，37℃培養，每隔1h測定OD600。

1.2.2 菌體生長的測定 V.a培養10h后，根據1.2.1實驗結果選取最優培養基，取一環接種于5mL含3%NaCl的該培養基中，做2組平行，培養后在600nm處測定其吸光值。

1.2.3 單因素實驗

1.2.3.1 不同pH對V.a生長的影響 以HCl或NaOH溶液將5mL的含3%NaCl的優選培養基的pH分別調為5.00、6.00、7.00、7.50、8.00、8.50、9.00、9.50和10.00。取一環V.a接種后37℃培養，每間隔1h取樣，連續取樣11次，600nm下測吸光度，優選適合V.a生長的pH的范圍。

1.2.3.2 不同溫度（T）對V.a生長的影響 取一環V.a接種于5mL的含3%NaCl的優選培養基中，分別在15、20、25、30、35、37、40、45℃下培養，每隔1h取樣，連續取樣11次，600nm下測吸光度，優選適合V.a生長的溫度范圍。

1.2.3.4 不同鹽度（S）對V.a生長的影響 優選培養基中添加不同量NaCl，使其最終鹽濃度達到1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%和10%。取一環V.a接種后37℃下培養，每隔1h取樣，連續取樣11次，600nm下測吸光度，優選適合V.a生長的鹽度范圍。

1.2.4 響應面實驗 通過對影響V.a生長的單因素分析，確定在單因素條件下適合V.a生長的pH、溫度及鹽度范圍，再用3因素3水平的響應面分析，優化其生長條件，以溶藻弧菌OD600為響應值（R），實驗因素與水平設計見表1，并在此最佳生長條件下，測定培養8h后的OD600，平行做3次驗證實驗，證實響應面分析方法的可靠性。

表1 響應面三因素三水平實驗設計Table 1 Experiment design of 3 factors and 3 levels of response surface method

2 結果與分析

2.1 培養基的優化選擇

V.a ATCC17749在5種不同增菌液中的生長趨勢見圖1。其中在堿性蛋白胨水中基本不生長，在營養肉湯、GN及副溶血性弧菌增菌液中生長緩慢，在GN增菌液中10h后OD600值才大于1.0，在TSB中生長速度較快，延滯期最短，培養5h左右OD600即大于1.00。因此在單因素實驗中均采用TSB。

圖1 不同培養基對V.a ATCC17749生長的影響Fig.1 Growth of V.a ATCC17749 in different medias

2.2 不同條件下培養V.a的單因素實驗

2.2.1 pH對V.a生長的影響 如圖2所示，在pH為5.0和10.0時，V.a基本不生長，在pH為6.0、9.0和9.5時，V.a生長緩慢，在pH 7.0～8.5時，V.a生長較快，6h時OD600均大于1.0，因此，pH7.0～8.5為V.a最適生長條件。

2.2.2 溫度（T）對V.a生長的影響 在不同溫度條件下V.a的生長結果見圖3。V.a在15、45℃條件下基本不生長，在20、25℃時生長緩慢且延滯期較長，在7h后進入對數期，溫度在30～40℃時，V.a生長較快，30℃延滯期為4h，35、37℃延滯期為3h，40℃延滯期縮短為2h，但是40℃在5h后進入穩定期。因此，選擇溫度30～37℃為V.a最適生長條件。

圖2 pH對V.a ATCC17749生長的影響Fig.2 Effect of the pH on growth of V.a ATCC17749

圖3 溫度對V.a ATCC17749生長的影響Fig.3 Effect of the temperature on growth of V.a ATCC17749

2.2.3 鹽度（S）對V.a生長的影響 在不同鹽度條件下V.a的生長結果見圖4。鹽度7%～10%時，V.a基本不生長，鹽度6%時生長比較緩慢，鹽度1%～5%時適宜V.a的生長，但在2%～4%鹽度下延滯期較短。因此，選擇鹽度2%～4%為V.a最適生長條件。

圖4 鹽度對V.a ATCC17749生長的影響Fig.4 Effect of the salinity on growth of V.a ATCC17749

2.3 響應面實驗

2.3.1 Box-Behnken交互實驗方案及實驗結果 實驗分析方案及結果見表2。從中可以看出預測值與實測值比較接近，偏差小于6.36%，表明本實驗因素水平取值比較適當。

采用Design-Expert軟件對響應值與各因素進行回歸擬合后，得到回歸方程：Y=1.58+0.019A+0.045B+0.011C+0.038AB+0.010AC+0.052BC-0.058A2-0.11B2-0.068C2

回歸模型方差分析見表3，OD600曲面模型是極顯著的（p=0.0071＜0.01）；溫度對菌生長影響顯著（p＜0.05），同時復相關系數R2＝0.9067，說明因素選擇合理，該模型能夠解釋90.67%的變化。

2.3.2 菌體生長條件的優化 利用Design-Expert軟件處理得所得響應面分析結果圖5～圖7。等高線的形狀反映交互效應的強弱，圓形表示兩個因素交互作用不顯著，橢圓形表示兩個因素交互作用顯著。從圖5、圖7可看出，pH和溫度以及溫度和鹽度對V.a ATCC17749生長的交互作用顯著。利用Design-Expert軟件，3個因素的最優實驗點（A、B、C）代碼值（0.243、0.300、0.221）即（7.62、34.55℃、3.22%），此時OD600取最大值1.588。

表2 分析方案及結果Table 2 Experimental results and scheme of response surface method

表3 回歸模型方差分析Table 3 Analysis of variance with regression model

2.3.4 驗證實驗 以2.3.3確定的最優條件將V.a ATCC17749及海水、貽貝、大黃魚中分離的經驗證是溶藻弧菌的菌株W1，SH1，F1，F2培養8h，測OD600，做3次平行實驗并取平均值，見表4。其中V.a ATCC17749驗證預測最佳條件實測值與預測值偏差為1.70%，證實響應面方法可靠，其他溶藻弧菌菌株與標準菌株有一定的差異性，在此條件雖與預測值有一定的偏差，但其OD600均達到了較大的值。

圖5 pH和溫度交互作用對V.a ATCC17749生長的影響Fig.5 Effect of interaction between the temperature and pH on growth of V.a ATCC17749

圖6 pH和鹽度交互作用對V.a ATCC17749生長的影響Fig.6 Effect of interaction between the pH and salinity on growth of V.a ATCC17749

圖7 溫度和鹽度交互作用對V.a ATCC17749生長的影響Fig.7 Effect of interaction between the temperature and salinity on growth of V.a ATCC17749

表4 實驗結果的驗證Table 4 Results of demonstration tests

3 結論與討論

通過單因素分析，溶藻弧菌最適生長條件為pH7.0～8.5，溫度30～37℃，鹽度1～5%。在此基礎上采用響應面的方法綜合考慮pH、溫度和鹽度三個因素對菌體生長的影響。根據Box-Behnken中心組合設計原理設計了三因素三水平實驗，用Design-Expert軟件處理實驗數據，實驗結果表明，V.a ATCC17749的最優培養條件為：pH7.62、溫度34.55℃和鹽度3.22%；菌體生長過程中，pH和溫度以及溫度和鹽度對V.a ATCC17749生長的交互作用顯著。雖然溶藻弧菌不同菌株的最佳生長條件會有所差異，但是優化的V.a ATCC17749生長條件對其他菌株也有一定參考價值。

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Optimization of cultivation conditions of vibrio alginolyticus by response surface methodology

ZHANG Xiao-yan，NING Xi-bin*
（Shanghai Engineering Research Center of Aquatic Product Processing&Preservation，College of Food Science，Shanghai Ocean University，Shanghai 210306，China）

TS201.2

A

1002-0306（2012）16-0221-04

2011－12－21 *通訊聯系人

張曉艷（1987-），女，碩士研究生，研究方向：食品安全。

上海市科委工程中心建設（11DZ2280300）；上海市教育委員會重點學科建設項目資助（J50704）。