產單寧酶菌株的篩選及選育

陶素芬，趙祥穎，劉建軍,,*

(1.山東輕工業學院食品與生物工程學院，山東 濟南 250353；

2.山東省食品發酵工程重點實驗室，山東 濟南 250013)

產單寧酶菌株的篩選及選育

陶素芬1，趙祥穎2，劉建軍1,2,*

(1.山東輕工業學院食品與生物工程學院，山東 濟南 250353；

2.山東省食品發酵工程重點實驗室，山東 濟南 250013)

為得到高產單寧酶的菌株，從多年種植的茶園、柿子園以及掩埋柿子、五倍子和茶葉的花園土壤中通過平板初篩和三角瓶固體發酵復篩篩選到一株產單寧酶的曲霉菌株DNM1-39，固體培養其產單寧酶活力為1.58U/g。以DNM1-39為出發菌株，經紫外線照射、硫酸二乙酯單獨處理和紫外線照射-硫酸二乙酯復合誘變處理，獲得突變株UD-6，其產酶活力達2.80U/g。連續傳代實驗結果表明，該菌株產酶活力不變，性能穩定。

單寧酶；單寧；沒食子酸；篩選；誘變

單寧酶即單寧酯酰水解酶，它可以水解沒食子酸單寧中的酯鍵和縮酚羧鍵，生成沒食子酸和葡萄糖[1]。單寧酶在食品、啤酒、葡萄酒、飼料加工和精細化工等行業都有著廣泛的應用，例如可以用來處理茶飲料的渾濁及酒類的沉淀，降低它們的澀味，提高它們的感官品質，具有高效、無毒副作用的優勢[2-3]。

生產單寧酶的關鍵就是要有高產酶能力的菌株，目前國內外關于這方面的報道，篩選出的菌多是黑曲霉[4-5]、青霉[6]、細菌[7-8]，少量的毛霉、根霉[9-10]。高產單寧酶菌種的選育是提高單寧酶產量和質量的先決條件。本研究從茶園土壤中篩選單寧酶產生菌，并對其進行物理化學誘變，以獲得單寧酶產量高、遺傳性狀穩定的菌株。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

土樣采自日照茶園、柿子園以及筆者掩埋柿子、五倍子和茶葉的花園土壤。茶葉購自濟南某茶葉店，五倍子購自濟南某中藥鋪。

沒食子酸標準品 中國藥品生物制品檢定所；硫酸二乙酯(DES)等所用試劑均為國產分析純。

1.2 培養基

富集培養基[11]：五倍子粉10g、水10mL。平板初篩培養基：蔗糖20g、NaNO33.0g、K2HPO41.0g、MgSO4·7H2O0.5g、KCl 0.5g、FeSO4·7H2O 0.01g、1%溴酚藍 30mL、單寧 10g、瓊脂 20g、加水定容至1000mL，pH值自然，121℃滅菌20min。 斜面培養基：馬鈴薯 200g，切成小塊，加1000mL水煮沸30min，用雙層紗布濾成清液，加水補充減少的水分，蔗糖 30g、單寧 1.5g、瓊脂 20g、121℃滅菌30min。固體初篩培養基：將麩皮(每100g麩皮添加2g單寧)與鹽溶液(鹽溶液(g/L)：NaCl 1、MgSO4·7 H2O 1、NH4Cl 10)按固液比1:1(m/V)混合均勻，121℃滅菌30min。固體復篩培養基：同固體初篩培養基。平板完全培養基：蔗糖 2 0 g、N a N O33.0 g、K2H P O41.0 g、MgSO4·7H2O 0.5g、KCl 0.5g、FeSO4·7H2O 0.01g、單寧10g、瓊脂 20g、加水定容至1000mL，pH值自然，121℃滅菌20min。

1.3 儀器與設備

GNP-9080型隔水式恒溫培養箱 上海精宏實驗設備有限公司；HG-超凈工作臺 北京東聯哈爾濱儀器制造有限公司；CHK-BI45光學顯微鏡 日本日立公司；BH-2 Olympus顯微鏡 日本Olympus Optical公司；722型可見分光光度計 上海菁華科技儀器有限公司；HH-S21-4電熱恒溫水浴鍋 北京長安科學儀器廠；DGB/20-002臺式干燥箱 重慶實驗設備廠。

1.4 方法

1.4.1 菌株篩選方法

1.4.1.1 平板初篩

取1g土樣，磨碎后加入到富集培養基中，30℃恒溫培養36h，適當稀釋后涂布于平板初篩培養基上，30℃恒溫培養72h，觀察菌落生長情況，將產透明圈較大或使培養基變黃的單菌落轉接到斜面保藏培養基上。

1.4.1.2 菌種初篩

每個250mL三角瓶裝10g固體初篩培養基，以1株接1瓶的方式進行接種，30℃恒溫培養72h。發酵結束后，測定各株菌發酵產物的酶活力，選取較高的菌株進行下一步的復篩。

1.4.1.3 菌種復篩

每個250mL三角瓶裝10g固體復篩培養基，以1株接3瓶的方式接種初篩所得菌株，30℃恒溫培養72h，然后測定各菌株發酵產物的酶活力。經多次復篩，多次傳代培養，以得到酶活力很高且能穩定遺傳的菌株。

1.4.2 單寧酶的浸提

培養結束后向三角瓶中加入50mL pH5.0的檸檬酸緩沖液，用玻璃棒使固體發酵基質分散，然后置于搖床上，振蕩浸提90min，然后用濾紙過濾，濾液用于酶活力測定[11]。

1.4.3 單寧酶活力的測定[12]

取7支試管，分別為空白管(0)、樣品管(1、2、3)、對照管(4、5、6)，并依次標記。試管中分別加入0.25mL 1mmol/L沒食子酸丙酯溶液，放入30℃水浴中預熱5min，然后在空白管中加入0.25mL檸檬酸緩沖液，在樣品管和對照管中，分別加入0.25mL對應的經預熱后的浸提酶液和沸水浴滅活酶液，再放入30℃水浴中保溫5min。所有試管分別加入0.3mL 0.05mol/L乙醇-繞丹寧溶液，30℃水浴中再保溫5min，再分別加入0.5mol/L的KOH溶液0.2mL，30℃再保溫5min，然后每支試管再加4mL蒸餾水，30℃保溫5min后在520nm波長處測定反應混合物的吸光度。所有測定都做3個平行實驗，取算術平均值。酶活力單位定義：在上述反應條件下每分鐘產生1μmol沒食子酸所需的酶量定義為一個酶活力單位(U)。

1.4.4 菌種誘變

1.4.4.1 孢子懸浮液制備

取培養96h的新鮮斜面培養基，刮取孢子兩環于裝有玻璃珠和30mL無菌生理鹽水的250mL三角瓶中，充分打散，過濾去除菌絲體和成團孢子，再用無菌生理鹽水洗滌兩遍，加入生理鹽水振蕩，使孢子均勻懸浮在液體中，使孢子濃度控制在108～109個/mL。

1.4.4.2 紫外線(UV)誘變[13]

20W的紫外燈預熱20min，取孢子懸液10mL，置于直徑9cm的無菌培養皿中，放置于紫外燈誘變箱內，照射距離為30cm，照射時間分別為60、75、90、105、120、150s，適當稀釋后涂布完全培養基的平板，未經處理的孢子懸液適當稀釋后也涂布完全培養基的平板，30℃恒溫避光培養96h，統計兩種平板上的菌落數以及菌落周圍透明圈大小，分別計算誘變致死率和正突變率。選擇正突變率最高的照射時間處理篩選獲得的產酶菌株，挑選透明圈直徑和菌落直徑比(D/d)較大的菌落，進行固體發酵初篩、復篩。并做傳代穩定性實驗。致死率和正突變率計算公式如下。

1.4.4.3 硫酸二乙酯誘變[14-15]

吸取50%的硫酸二乙酯-乙醇溶液0.3mL于250mL三角瓶中，加入0.1mol/L pH 5.0的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液5mL和待誘變菌株的孢子懸液5mL，于30℃分別振蕩處理15、30、45、60、75min，處理完畢后加入1mL 25%的硫代硫酸鈉溶液終止反應，適當稀釋后涂布平板完全培養基，30℃恒溫培養96h，計算誘變致死率和正突變率，選擇最佳處理時間。

用所選時間處理待誘變菌株的孢子懸液，挑選透明圈直徑和菌落直徑比(D/d)較大的菌落，進行固體發酵初篩、復篩。并做傳代穩定性實驗。

1.4.4.4 UV-硫酸二乙酯復合誘變處理

吸取孢子懸液9.5mL，置于直徑9cm的無菌干燥培養皿中，在培養皿中加入50%的硫酸二乙酯-乙醇溶液0.5mL，用20W的紫外燈照射，照射距離30cm，照射一定時間，適當稀釋后涂布于完全培養基平板上，30℃恒溫避光培養96h，挑選D/d較大的菌落，進行固體發酵初篩、復篩。

2 結果與分析

2.1 產單寧酶菌株的篩選結果

從篩選材料中，經過平板初篩共計得到290株產透明圈的菌株，將上述菌株接種固體發酵培養，然后測定各菌株酶活力的大小。通過3輪篩選，得到30株產酶活力較高的菌株，再以1株接3瓶復篩得到12株產酶活力高且穩定的菌株，結果見表1。

表1 產單寧酶菌株的篩選Table 1 Screening of tannase-producing strains

由表1可見，分離自茶園土樣的霉菌菌株1-3 9(DNM1-39)產單寧酶活力最高，經過多次傳代培養，該菌株產酶性能穩定，因此選擇該菌株為出發菌株進行誘變處理，進一步提高其產酶活力。

2.2 菌株DNM1-39的誘變

2.2.1 紫外線照射誘變結果

圖1 紫外線照射時間與致死率和正突變率的關系Fig. 1 Relationships between ultraviolet irradiation time and lethal rate or positive mutation rate

由圖1可以看出，隨著照射時間的延長致死率逐漸升高直至穩定，而正突變率在開始90s內呈上升趨勢，處理時間再延長正突變率反而下降，所以選取90s作為紫外線誘變的照射時間。

將被紫外燈照射90s的菌懸液稀釋涂布分離平板，30℃恒溫培養72h后，選取透明圈較大的183株菌，經過發酵初篩、復篩后得到10株的酶活力較高的菌株(表2)，其中酶活力最高的為突變株UV-27，酶活力達到1.95U/g，是出發菌株DNM1-39的1.23倍。

表2 紫外線照射誘變菌株篩選結果Table 2 Mutant strains with high tannase activity induced by ultraviolet irradiation

對菌株UV-27進行傳代培養實驗，傳至第6代，發酵酶活力仍為1.94U/g，表明該突變株產酶性能穩定。為了獲得更高酶活力的菌株，選擇菌株UV-27進行下一輪硫酸二乙酯誘變選育。

2.2.2 硫酸二乙酯誘變結果

圖 2 硫酸二乙酯處理時間與致死率和正突變率的關系Fig. 2 Relationships between DES treatment time and lethal rate or positive mutation rate

由圖2可知，隨著處理時間的延長致死率逐漸升高，而正突變率在處理時間為45min時達到最大，因此選取45min作為硫酸二乙酯誘變的處理時間。

菌株UV-27經過硫酸二乙酯處理45min的初篩、復篩后結果見表3。其中產酶活力最高的突變株為菌株DES-10，酶活力達到2.19U/g，是菌株UV-27的1.39倍。且多次傳代后能穩定產酶。繼續對菌株DES-10進行紫外線和硫酸二乙酯復合誘變處理。

表3 硫酸二乙酯誘變處理篩選到的高產菌株Table 3 Mutant strains with high tannase activity induced by DES

2.2.3 UV-硫酸二乙酯復合誘變處理DNM1-39，通過對其進行物理、化學誘變，選育到一株產酶活力有明顯提高的菌株UD-6，其酶活力達到了2.80U/g，是出發菌株DNM1-39的1.77倍。菌種選育是實現發酵生產最關鍵的一步。紫外線照射誘變和硫酸二乙酯誘變均使單寧酶的產量得到了提高，并且得到遺傳性狀穩定的菌株。

表4 UV-硫酸二乙酯復合誘變處理篩選到的高產菌株Table 4 Mutant strains with high tannase activity induced by both ultraviolet irradiation and DES

由表4可知，菌株DES-10經紫外線和硫酸二乙酯復合誘變處理后經過多次初篩、復篩，最終得到1株單寧酶產量較高的菌株UD-6，連續傳代6次，其單寧酶活力仍能達到2.55U/g。

按照1.4.1.3節的方法，考察突變株UD-6的產單寧酶固體發酵進程，結果見圖3。

圖3 菌株UD-6發酵進程曲線Fig. 3 Fermentation course curve of strain UD-6

由圖3可見，突變株UD-6培養前期主要進行菌體的生長，酶活力增加比較緩慢。培養30h后酶活力迅速增加，50h后候趨于平穩，60h時單寧酶活力達最高值2.80U/g。由此分析，如果進行發酵條件的進一步優化，菌株UD-6所產單寧酶活力仍有進一步提升的空間。

3 結 論

本實驗從自然環境中分離篩選到一株單寧酶產生菌

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Breeding and Screening of a High-Yield Tannase-Producing Strain

TAO Su-fen1，ZHAO Xiang-ying2，LIU Jian-jun1,2,*
(1. School of Food and Biological Engineering, Shandong Polytechnic University, Jinan 250353, China；
2. Research and Design Institute of Food and Fermentation Industries of Shandong Province, Jinan 250013, China)

Tannase plays an important role in the food and fine chemical industries. The breeding and screening of a strain with high tannase activity are desired. A tannase-producing strain, DNM1-39, was isolated from resources rich in tannin. The activity of tannase in solid state medium after fermentation by the strain was 1.58 U/g. The strain was identified asAspergillusthrough morphologic observation. A mutant strain named as UD-6 was obtained from DNM1-39 mutagenization with ultraviolet irradiation alone, DES treatment alone and both of them. The tannase activity produced by UD-6 was 2.80 U/g. The tannaseproducing ability of UD-6 remained the same after continuous passages and displayed excellent genetic stability.

tannase；tannin；gallic acid；screening；mutagenesis

Q815

A

1002-6630(2012)01-0226-04

2011-01-26

陶素芬(1985—)，女，碩士研究生，研究方向為微生物資源開發。E-mail：taosufen3729@126.com

*通信作者：劉建軍(1962—)，男，教授，博士，研究方向為微生物資源開發。E-mail：liujj-2000@163.com