三種微生物發酵生產SOD工藝條件的比較

【摘 要】超氧化物歧化酶SOD是一類重要的氧自由基清除劑， 具有抗炎、抗衰老和抗輻射的作用， 作為一類新型的治療酶制劑已廣泛應用在醫療、保健、食品等方面。本文總結近年來常用的三種微生物發酵生產SOD的方法，并對產酶工藝條件進行比較，提出展望。

【關鍵詞】超氧化物歧化酶（SOD）；微生物發酵；工藝條件

【Abstract】Superoxide Dismutase(SOD) is a category of important oxygen free radical scavenger， which has anti-inflammatory， anti-aging and anti-radiation effects. As a new class of therapeutic enzyme，SOD has been widely used in the fields of medicine， health，food and so on. The summarization of the commom-used microbial fementation production of SOD in the recent years and the comparison of three process conditions of enzyme prodution gives us a prospect to a better use of SOD in the future.

【Key words】SOD；Microbial fermentation；Process conditions

超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD，EC 1.15.1.1）是一類廣泛存在于動物、植物和微生物等多種生物體內的金屬酶，與銅（Cu）、鋅（Zn）、鐵（Fe）、錳（Mn）等金屬元素結合[1]。SOD以自由基O2-為底物，催化自由基O2-與H+反應生成H2O2和O2，H2O2在過氧化氫酶、過氧化物酶和谷胱甘肽過氧化物酶等作用下轉變為H2O，在機體內形成一套解毒系統，從而對機體起防護作用[2]。SOD是一類重要的氧自由基清除酶，具有抗炎、抗衰老和抗輻射的作用，作為一類新型的治療酶制劑已受到廣泛重視和應用[3]。用于制備提取SOD的常用的三種微生物是酵母菌、大腸桿菌和芽孢桿菌。本文總結近年來這三種微生物發酵生產SOD的方法，并對產酶工藝條件進行比較，提出展望。

1.酵母菌發酵生產SOD

廖湘萍等人[4]利用異丙醇破壁、丙酮二次純化提取SOD生產工藝， 最佳提取條件為: 異丙醇濃度為90%、時間120min、pH7.0，粗酶液的收率為73%，所得SOD的酶比活為3048.7U/mg。

周建琴[5]選用25株酵母菌進行發酵生產SOD的篩選，得到1株高產SOD菌株，并通過單因素試驗確定其適宜的培養基組成、pH 值、發酵時間等工藝條件。結果表明，最適宜的碳源為麥芽糖，氮源為蛋白胨，碳氮比為6：1，發酵時間為18h，pH值為5.0。

2.大腸桿菌發酵生產SOD

胡濱等人[6]用90%異丙醇浸泡大腸桿菌菌體，攪拌抽提，離心分離，取上清液（粗酶液）提取SOD，純化后用連苯三酚法測定酶活力，結果表明，所選的七個因素對SOD產量的影響依次為：搖床轉速＞培養時間＞ZnSO4＞FeSO4＞MnSO4＞CuSO4＞培養溫度。最佳工藝條件分別為：搖床轉速200r/min，以保證充足的氧氣供應，但過量的氧對產量影響不大，培養時間14h，此時菌體產量達到最大，SOD含量最高，ZnSO4、MnSO4、FeSO4、CuSO4的加入量分別為50μmol/L、50μmol/L、30μmol/L、30μmol/L，其中CuSO4 加入量處于邊緣水平，但因其在七個因素中對單位質量濕菌體產酶量影響較小，故可兼顧其他因素而做調整，培養溫度38℃，在七個因素中對單位質量濕菌體產酶量的影響程度最小，產酶量達7726IU/g 濕菌體。

3.芽孢桿菌發酵生產SOD

張軍霞等人[7]用異丙醇浸泡枯草芽孢桿菌菌體，抽濾攪拌，高速冷凍離心，制備SOD粗酶原液，選用熱變、等電點沉淀、硫酸銨分級鹽析等方法處理粗酶液，用鄰苯三酚自氧化法測定酶活力，結果表明，硫酸銨分級鹽析法純化操作簡單，條件溫和，提純效果顯著，處理后酶液的酶活力可達688U/mL。

4.展望

美國和日本先后開發了用發酵法生產SOD，但由于SOD為胞內酶，發酵法提取純化工藝極為復雜，至少需要6步，一般經過細胞破碎、離心、鹽析、透析、離子交換層析(2～3 次)和凝膠層析等才能達到比活＞3000U/mg。SOD收率只有30%左右。Grunow開發的凍融法破碎細胞及疏水色譜純化工藝，將分離工藝簡化到5步，SOD收率達到68%，但凍融法破碎細胞及疏水色譜都很難放大[8]。

綜上所述，超氧化物歧化酶需氧量是優先控制的工藝條件，而該酶耐溫性較佳，因此，培養溫度是最次要的工藝條件。進行細胞破碎操作時，可以選用高濃度異丙醇，效果較為理想。進行純化操作時，選擇常規的硫酸銨分級鹽析法，更利于提高分離效率。若應用基因工程等手段，使超氧化物歧化酶的基因能在微生物體內表達，就可以選育高產菌株，節約目前使用動物血生產SOD的經濟成本，加快生產周期，提高生產效率。

【參考文獻】

［１］李敬璽，王選年，銀梅，等.超氧化物歧化酶（SOD）的研究、應用和展望[A].中國畜牧獸醫學會獸醫病理學分會第十五次、中國病理生理學會動物病生專業委員會第十四次學術討論會論文集[C]，2007.

［２］杜開書，柴立英.郎劍鋒意大利蜜蜂蛹超氧化物歧化酶提取技術研究[J].安徽農業科學，2006（23）.

［３］遲乃玉，張慶芳，劉長江.SOD的化學特性及其應用[J].沈陽農業大學學報，1999-04，3（2）：171-175.

［４］廖湘萍，徐功瑾，付三喬.利用啤酒酵母生產SOD的提取條件研究[J].釀酒科技，2007.

［５］周建琴.酵母SOD 高產菌的選育及發酵條件的研究[J].安徽農業科學，2008（36）31：13494-13495，13554.

［６］胡濱，趙艷麗，吳兆亮.大腸桿菌發酵生產SOD最佳條件研究[J].生物技術，2002，12（3）.

［７］張軍霞，仲平，李蘭.從枯草芽孢桿菌中提純SOD的幾種方法比較[J].生命科學儀器，2009（7）.

［８］王素芳，蔣琳蘭，趙樹進. 微生物超氧化物歧化酶的研究進展[J].藥物生物技術，2002，9（6）：378-380.