紫外誘變選育米曲霉氨肽酶高產菌株

李鵬，張艷芳，王軍，2，韓玉婷，王選年*

(1.新鄉學院 生命科學與技術學院生物技術研究中心，河南 新鄉 453003；2.鄭州大學 生命科學學院，鄭州 450000)

紫外誘變選育米曲霉氨肽酶高產菌株

李鵬1,2，張艷芳1，王軍1，2，韓玉婷1，王選年1*

(1.新鄉學院 生命科學與技術學院生物技術研究中心，河南 新鄉 453003；2.鄭州大學 生命科學學院，鄭州 450000)

以米曲霉CICC2066菌株為出發菌株進行紫外誘變，經過多次篩選后得到3株氨肽酶活力顯著提高且遺傳性較穩定的誘變株UY-15，UY-17和UY-20。將3株誘變株與出發菌株進行發酵實驗性能比較，結果表明：米曲霉UY-15，UY-17和UY-20培養42 h后制曲中氨肽酶活力分別是出發菌株的1.24，1.38，1.54倍，且UY-20中性蛋白酶活力較出發菌株提高了7%。3株誘變株的孢子量較出發菌株具有優勢。

米曲霉；紫外誘變；氨肽酶

氨肽酶不僅能夠水解多肽，還能水解完整的蛋白酶[1]。在食品工業上通常與其他蛋白酶復合使用來進行發酵生產[2]。米曲霉是氨肽酶的重要來源菌之一[3]。目前亮氨酸氨肽酶(LAPs)已經成為最被關注的氨肽酶之一，LAPs通過對蛋白水解產物中苦味肽的水解并釋放游離氨基酸，達到改善蛋白水解物的風味、縮短加工周期、提高營養價值的目的[4-6]。

傳統醬油的發酵生產是利用米曲霉生長過程中產生的豐富酶系水解蛋白質、淀粉產生氨基酸、葡萄糖等物質，從而形成醬油產品獨特的色、香、味、體[7]，所以在醬油釀造過程中菌種的優劣決定了產品的品質。當前各生產單位所使用的高產菌株，幾乎都是通過誘變育種來提高產量、擴大品種、改善產品質量、簡化生產工藝[8]。司曉光等[9]對米曲霉3.042菌株進行了常壓室溫等離子體(ARTP)誘變，使酸性蛋白酶的活性提高了39.9%；吳冬梅等[10]通過對一株米曲霉出發菌進行紫外誘變，使中性蛋白酶的的酶活力提高了1倍。但是這些研究多集中在對中性蛋白酶及酸性蛋白酶方面，對氨肽酶活性進行考察的比較少。本研究以購買的CICC2066米曲霉菌株為出發菌株進行紫外誘變，以期提高目標菌株制曲42 h后產氨肽酶量與中性蛋白酶活性在42 h達到峰值保持一致，從而更好地應用于發酵生產中。

1 材料與方法

1.1 菌種

米曲霉(Aspergillusoryzae)菌株CICC2066：購于中國工業微生物菌種保藏中心。

1.2 培養基

1.2.1 斜面培養基

PDA培養基。

1.2.2 蛋白酶復篩培養基

制曲培養基。

1.2.3 氨肽酶活力篩選培養基

蔗糖30 g/L，LNA 0.5 g/L，MgSO4·7H2O0.5 g/L，KH2PO410.0 g/L，瓊脂粉17 g/L，無菌水1000 mL，pH 6.4，121 ℃滅菌20 min。

1.3 實驗方法

1.3.1 粗酶液的提取方法

1.3.1.1 中性蛋白酶粗酶液

取1 g于30 ℃培養后的固體干曲，按照1∶20(g/mL)加入0.1 mol/L pH 7.2 磷酸緩沖液，于40 ℃水浴中浸提1 h，間歇攪拌，用4層紗布過濾即得粗酶液。

1.3.1.2 氨肽酶粗酶液

取1 g于30 ℃培養后的固體干曲，按照1∶20(g/mL)加入0.1 mol/L pH 7.2磷酸鹽緩沖液，放置4 ℃過夜，4層紗布過濾得粗酶液。

1.3.2 酶活性的測定方法

1.3.2.1 中性蛋白酶測定

采用福林-酚法，參考GB/T 23527-2009蛋白酶活力測定法。中性蛋白酶的測定pH值為7.2。

酶活定義：1 g干曲在40 ℃，pH 7.2條件下，1 min水解酪素產生1 μg酪氨酸為1個酶活力單位。

酶活力計算公式：U=A×K×4/10×n。

式中：A為平均吸光度值；K為吸光常數；4為反應試劑的總體積；10為反應時間；n為酶液稀釋倍數。

1.3.2.2 氨肽酶測定

采用亮氨酸對硝基苯胺法。酶活定義：在40 ℃，pH 7.2的條件下，每1 min水解亮氨酸對硝基苯胺生成1 μg對硝基苯胺(pNA)所需的酶量定義為1個酶活力單位。

酶活力計算公式：U= A×V1×D/(k×t×V2)。

式中：A為平均吸光度值；V1為反應總體積；V2為酶液體積；D為酶液的稀釋倍數；k為消光系數；t為恒溫反應時間。

1.3.3 菌種誘變

1.3.3.1 致死率確定

將5 mL菌懸液(1.28×107個孢子/mL)置于6 cm的無菌培養皿中，距離30 W 紫外燈的距離為30 cm左右，分別處理0，2，4，6，8，10 min；取0.5 mL處理后的菌液進行10-1～ 10-5梯度稀釋分離，取其中的10-3，10-4，10-53個稀釋度各200 μL菌液涂布平板，設置3組重復，30 ℃倒置培養(避光培養)。培養3天后，進行平板菌落計數，計算致死率。

1.3.3.2 紫外誘變初篩

經氨肽酶水解LNA后對硝基苯胺在篩選培養基上呈現黃色，根據黃色水解圈的大小采用LNA篩選平板法進行初篩；分別測定HE值(HE值=水解圈直徑/菌落直徑)，選擇HE值較對照大者移入PDA斜面，30 ℃培養4天，4 ℃保存備用。

1.3.3.3 紫外誘變復篩

將經過初篩后所得菌株制成孢子懸液，吸取1 mL孢子懸液(1.28×107個孢子/mL) 接種于蛋白酶復篩培養基三角瓶中，于30 ℃ 培養，制曲42 h，測定其氨肽酶和中性蛋白酶活力。

1.3.3.4 遺傳穩定性測定

將復篩得到的菌株在PDA斜面上連續傳代5次，每次傳代后在蛋白酶復篩培養基中培養并測定其氨肽酶和中性蛋白酶活力。

1.3.3.5 性能測定

米曲霉UY-15，UY-17和UY-20菌株與出發菌株的性能比較：氨肽酶和中性蛋白酶活力測定方法同上，生長速度的測定采用直線生長法，孢子數測定采用懸滴法(ZBX 66028-87)。

2 結果與討論

2.1 CICC2066菌株中性蛋白酶和氨肽酶活性檢測結果

CICC2066菌株制曲過程中性蛋白酶活性變化見圖1，中性蛋白酶活性在42 h達到最高的830.8 U/g(干曲)。

圖1 CICC2066菌株曲中性蛋白酶活性

CICC2066菌株制曲過程中氨肽酶活性變化見圖2，其氨肽酶活性在60 h達到201.4 U/mL。雖然菌株氨肽酶活性較高，但氨肽酶產量在60 h才達到峰值，不能與中性蛋白酶在42 h的最高產酶量保持一致，從而不能有效地水解多肽和提高醬油釀造過程中游離氨基酸的生成率，所以提高菌株制曲42 h的產氨肽酶量是有必要的。

圖2 CICC2066菌株曲氨肽酶活性

2.2 紫外誘變

2.2.1 誘變條件的確定

本研究采用紫外誘變的方式進行菌種選育，根據經驗可知，當致死率達到75%左右時正突變率最高[11]，因此選擇75%左右致死率的致死劑量。

表1 不同紫外照射時間及稀釋倍數的誘變結果

由表1可知，誘變后稀釋倍數為103時，由于原始孢子液濃度為1.28×107個孢子/mL，所以很難計算菌落數。當誘變后稀釋倍數為104時，雖然可以計算，但菌落緊貼無法看清水解圈，所以選擇稀釋倍數最佳的105。因此，最佳誘變條件是30 W照射燈，距離30 cm，照射時間6 min，誘變后稀釋倍數105。

2.2.2 初篩

氨肽酶篩選平板培養3天后，測定單菌落的水解圈直徑與菌落直徑，計算HE值，HE值=透明圈直徑/菌落直徑，選擇HE值增大的20株菌株進行復篩。

2.2.3 復篩

將初篩獲得的20株誘變株進行PDA斜面傳代培養，培養4天后將孢子液(1.28×107個孢子/mL)接入蛋白酶復篩培養基，檢測其氨肽酶和中性蛋白酶制曲42 h酶活性，檢測結果見圖3和圖4。

圖3 各誘變菌株第一次復篩時氨肽酶活性

由圖3可知，誘變菌株第1次復篩氨肽酶活性在120～184.3 U/mL，經比較其中UY-5，UY-7，UY-15，UY-17和UY-20的氨肽酶活性較高。

圖4 各誘變菌株第一次復篩時中性蛋白酶活性

由圖4可知，20株誘變菌株中性蛋白酶活性在787.4～889.04 U/g(干曲)，CICC2066菌株活性為830.8 U/g(干曲)。其中UY-1，UY-15，UY-17，UY-18，UY-19和UY-20的中性蛋白酶活性高于原始菌株，但UY-17，UY-18，UY-19提高得很不明顯。結合圖3中各菌株氨肽酶活性，選擇UY-1，UY-15，UY-17，UY-20 4株 誘變株作為目標菌株進行進一步研究。

2.2.4 高產突變株的確定和遺傳穩定性研究

將UY-1，UY-15，UY-17，UY-20菌株分別經過3輪發酵產酶能力測試，在不低于出發菌株中性蛋白酶活性的基礎下，最終篩選出3株具有產酶優勢的突變株UY-15，UY-17，UY-20。將UY-15，UY-17和UY-20分別傳代5次做遺傳穩定性考察，結果見表2。

表2 突變菌株遺傳穩定性實驗

由表2可知，以均值作對照，氨肽酶與中性蛋白酶活性的變化范圍不大，表明這3株突變株具有良好的遺傳穩定性。其中，UY-15，UY-17和UY-20制曲中氨肽酶活力分別是出發菌株的1.24，1.38，1.54倍，且UY-20中性蛋白酶活力較出發菌株提高了7%。

2.2.5 3株米曲霉突變株與米曲霉CICC2066菌株的性能比較

米曲霉UY-15，UY-17和UY-20菌株與米曲霉CICC2066菌株的性能比較：由表3可知，米曲霉UY-15，UY-17，UY-20菌株的氨肽酶活性明顯高于出發菌株CICC2066，且UY-20中性蛋白酶活性高于出發菌株7%，在蛋白質水解過程中可以發揮更大的優勢，并且孢子數大于出發菌株。

表3 突變菌株與CICC2066的性能比較

3 結論

通過對米曲霉CICC2066菌株進行紫外誘變，篩選出3株高產氨肽酶且遺傳穩定的突變株UY-15，UY-17，UY-20。其中，米曲霉UY-15，UY-17和UY-20制曲42 h后其氨肽酶活力分別是出發菌株的1.24，1.38，1.54倍，且UY-20中性蛋白酶活力較出發菌株提高了7%。通過直線生長法和懸滴法，考察了原始菌株與誘變菌株生長速率和孢子量，3株誘變株孢子量較出發菌株具有較大優勢。本研究用誘變育種方式提高了CICC2066菌株制曲42 h的氨肽酶活性，目前已有研究人員通過組合培養的方式來提高蛋白酶活力，結合此類研究成果，通過不同米曲霉菌株組合制曲來提高氨肽酶產量會有很大的可能性。

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Breeding ofAspergillusoryzaeAminopeptidase-producing Strains by Ultraviolet Induced Mutation

LI Peng1, 2,ZHANG Yan-fang1,WANG Jun1，2,HAN Yu-ting1,WANG Xuan-nian1*

(1.Biotechnology Research Center,College of Life Science and Technology,Xinxiang University, Xinxiang 453003,China;2.College of Life Science,Zhengzhou University,Zhengzhou 450000,China)

One strain ofAspergillusoryzaeCICC2066 is screened by UV induced mutagenesis. With screening for several times, three mutants UY-15, UY-17 and UY-20 with higher, stable aminopeptidase activity are obtained. Compared with CICC2066 on fermentation performance, the aminopeptidase activity of mutants UY-15, UY-17 and UY-20 of culturing for 42 h is 1.24, 1.38,1.54 times that of the starting strain. The neutral protease activity of UY-20 is increased by 7% than that of the starting strain. The number of spores of three induced strains is higher than that of CICC2066.

Aspergillusoryzae; ultraviolet induced mutation; aminopeptidase

2016-07-15 *通訊作者

河南省教育廳自然科學研究項目(2011C550002)

李鵬(1988-)，男，碩士，研究方向：食品與微生物發酵； 王選年(1969-)，男，河南靈寶人，教授，碩士生導師，博士，研究方向：微生物學與免疫學。

TS201.25

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.01.014

1000-9973(2017)01-0061-04