大腸桿菌產(chǎn)β內(nèi)酰胺酶發(fā)酵條件研究

摘要 [目的]優(yōu)化大腸桿菌（Escherichia coli）產(chǎn)β內(nèi)酰胺酶發(fā)酵條件。[方法]選用大腸桿菌為供試菌株獲得β內(nèi)酰胺酶，通過對(duì)該菌種發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，提高β內(nèi)酰胺酶活力。[結(jié)果]確定大腸桿菌產(chǎn)β內(nèi)酰胺酶的最佳發(fā)酵條件為：溫度37 ℃、初始pH 7.8、接種量2.0%、裝液量65 ml/250ml發(fā)酵瓶。使用最佳發(fā)酵條件對(duì)大腸桿菌進(jìn)行培養(yǎng)，最終得到的β內(nèi)酰胺酶活力為178.54 U/ml，比優(yōu)化前提高了33%。[結(jié)論]研究可為分離純化β內(nèi)酰胺酶及其降解產(chǎn)物提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 β內(nèi)酰胺酶；大腸桿菌；發(fā)酵；優(yōu)化

中圖分類號(hào) S188+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）17-05642-03

Abstract [Objective] To optimize fermentation conditions of βlactamase produced by Escherichia coli. [Method] E. coli was selected as tested bacteria to obtain βlactamase， through optimization of the fermentation conditions， the activity of βlactamase was improved. [Result] The optimum fermentation conditions were： 37 ℃ fermentation temputure， pH 7.8， 2.0% inoculum volum， 170 r/min rotation speed， 65 ml/250 ml medium volume. The final yield of βlactamase activity is 178.54 U/ml， which is increased to 33% in comparison with that of the initial training. [Conclusion] The study can provide a certain reference basis for isolation and purification of βlactamase and its degradable products.

Key words βlactamase； Escherichia coli； Fermentation； Optimization

β內(nèi)酰胺酶最早是1940年在大腸埃希氏菌中被確定[1]，在《中國(guó)藥學(xué)詞典》中定義為：能裂解青霉素和頭孢菌素類抗生素的β內(nèi)酰胺環(huán)，使它們滅活的水解酶稱為β內(nèi)酰胺酶[2]。19世紀(jì)40年代，β內(nèi)酰胺類抗生素——青霉素首次被發(fā)現(xiàn)并廣泛使用以來，刺激了細(xì)菌產(chǎn)生β內(nèi)酰胺酶的能力，現(xiàn)已報(bào)道的β內(nèi)酰胺酶已達(dá)到300多種。因?yàn)棣聝?nèi)酰胺酶種類多、性質(zhì)復(fù)雜，而且在來源、結(jié)構(gòu)、底物、抑制劑等方面存在許多不同，因而使得β內(nèi)酰胺酶的系統(tǒng)分類較為復(fù)雜。

抗生素在用于治療和減輕人類和動(dòng)物的疾病方面作用顯著，是20世紀(jì)最偉大發(fā)明之一[3]。在奶牛飼養(yǎng)過程中，采用抗生素藥物在提高牛奶產(chǎn)量和治療疾病方面做出了相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。但是抗生素殘留會(huì)對(duì)人類健康產(chǎn)生危害，同時(shí)也降低牛奶的品質(zhì)，給牛奶經(jīng)營(yíng)者造成了經(jīng)濟(jì)損失[4]。微生物法檢測(cè)是檢測(cè)乳中抗生素的傳統(tǒng)方法，也是當(dāng)前乳中抗生素的最常用檢測(cè)手段[5]。但是由于牛奶中添加β內(nèi)酰胺酶制劑導(dǎo)致牛奶抗生素檢測(cè)出現(xiàn)假陰性，使乳及乳制品的安全問題依然存在。因此，對(duì)分離純化β內(nèi)酰胺酶及其降解產(chǎn)物的研究具有十分重要的意義。筆者選用大腸桿菌為供試菌株獲得β內(nèi)酰胺酶，通過對(duì)該菌種發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，提高β內(nèi)酰胺酶活力。

2.2 初始pH對(duì)β內(nèi)酰胺酶活力的影響

培養(yǎng)基的pH將影響培養(yǎng)基中某些物質(zhì)的解離和中間代謝物的解離，從而影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的吸收和代謝[7]。因此，在發(fā)酵過程中控制適當(dāng)?shù)膒H是非常重要的，它對(duì)于細(xì)胞的正常生長(zhǎng)和外源基因的高效表達(dá)都有影響[8]。該試驗(yàn)采用的pH在7.0～8.2，考察對(duì)菌體干重和酶活力的影響。

從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，初始pH為7.8時(shí)β內(nèi)酰胺酶活力最高，為160.99 U/ml；而菌體干重在pH 8.0時(shí)達(dá)到最大值。考慮到該試驗(yàn)的目的是提高β內(nèi)酰胺酶活力，因此確定發(fā)酵最適宜初始pH為7.8。

2.3 接種量對(duì)β內(nèi)酰胺酶活力的影響 由圖3可以看出，1%的接種量過小，菌體干重較低，導(dǎo)致β內(nèi)酰胺酶活力很低；3%～5%接種量時(shí)，雖然菌體大量增殖，但抑制了β內(nèi)酰胺酶活力；6%的接種量過大，使發(fā)酵液黏稠從而抑制β內(nèi)酰胺酶活力；當(dāng)接種量為2%時(shí)，既可產(chǎn)生適量的菌體數(shù)量，又不會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)的過度消耗，β內(nèi)酰胺酶活力較高，因此最適宜。

3 結(jié)論

通過試驗(yàn)篩選和正交試驗(yàn)得出大腸桿菌產(chǎn)β內(nèi)酰胺酶的最佳發(fā)酵條件：溫度37 ℃，初始pH 7.8，接種量2%，裝液量65 ml/250 ml發(fā)酵瓶。使用最佳發(fā)酵條件對(duì)大腸桿菌進(jìn)行培養(yǎng)，最終得到的β內(nèi)酰胺酶活力為178.54 U/ml，比優(yōu)化前提高了33%。但該研究β內(nèi)酰胺酶的產(chǎn)量相對(duì)于工業(yè)化生產(chǎn)的需求還有一定的差距，下一步還要針對(duì)該菌株的發(fā)酵條件、β內(nèi)酰胺酶的分離純化進(jìn)行進(jìn)一步的研究，從而更大程度地提高β內(nèi)酰胺酶的產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)

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