尹 园1,2，马佳歌1，倪春蕾1，程建军1,*，徐 速1,*
（1.东北农业大学食品学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.哈尔滨轻工业学校，黑龙江 哈尔滨 150000）
摘 要：通过居间驹形氏杆菌（Komagataeibacter intermedius CGMCC12562）发酵生产细菌纤维素，以大豆糖蜜作主要发酵原料，优化发酵工艺参数，提高细菌纤维素产量。在单因素试验的基础上，筛选出对细菌纤维素产量影响较大的4 个因素，即大豆糖蜜可溶性固形物含量、玉米蛋白粉、ZnSO4及苹果酸添加量，并通过Design-Expert响应面分析对这4 个因素进行优化，得到最优的培养基及发酵工艺为：大豆糖蜜可溶性固形物含量14.13 °Brix、玉米蛋白粉添加量1.6%、ZnSO4添加量0.11%、苹果酸添加量0.41%；在30 ℃、接种量10%、装料量16%、初始pH 6.0的条件下静置培养7 d，细菌纤维素产量高达（15.68±0.82）g/L。
关键词：大豆糖蜜；细菌纤维素；居间驹形氏杆菌；培养基；优化
细菌纤维素是由细菌产生的纤维素[1]，通过β-1,4糖苷键连接而成的超微纤维网状结构[2]。目前，能够合成细菌纤维素的微生物有醋酸杆菌属（Acetobacter）、根瘤菌属（Rhizobium）、八叠球菌属（Sarcina）、假单胞菌属（Pseudomounas）和土壤杆菌属（Agrobacerium）等。这些微生物将培养基中的碳源和氮源转化成不溶性的细菌纤维素后，分泌到菌体细胞外，通过分子间氢键连接，形成细菌纤维素丝带[3-4]。与植物纤维素相比，细菌纤维素具有纯度极高、结晶度高、超细、持水性好、生物适应性强等很多优点，因此可以应用于食品、医药、造纸等领域[5-8]。但是由于细菌纤维素产量较低且生产成本较高，使得将其进一步推广应用受到了限制[9]。国内外有学者先后研究了以如酒糟浸出液、棉花废弃纤维、果汁、柑橘废渣等农产品加工副产物为主要原料，生产细菌纤维素，既降低了生产成本，又减轻了对环境的污染[10-14]。
大豆糖蜜是生产大豆浓缩蛋白的副产物，含有丰富的低聚糖及蛋白质，每生产1 t的大豆浓缩蛋白就会产生0.34 t的大豆糖蜜，其中，大部分作为饲料或者废液排出，不仅造成了环境的污染，而且浪费了资源[15]。而关于大豆糖蜜的研究，主要是提取功能性成分，也有一部分学者进行了以大豆糖蜜为发酵基质，以啤酒酵母、梭状芽孢杆菌、乳酸菌等为菌种，进行生产乙醇、丁醇、乳酸等相关的研究[16-21]。
本研究以大豆糖蜜为碳源，以本实验室筛选鉴定，目前保藏在中国科学院微生物菌种保藏管理中心的菌种居间驹形氏杆菌（Komagataeibacter intermedius CGMCC12562）为发酵菌株，对培养基成分及发酵条件进行优化，通过响应面试验进行进一步优化，并且对细菌纤维素的性质进行探究，为增加细菌纤维素产量、降低其成本以及大豆糖蜜的开发利用提供新途径。
1.1 材料与试剂
大豆糖蜜由大庆松嫩生物技术有限公司提供，其中含有总糖（54.20±0.27）%、粗蛋白质（6.16±0.16）%、粗脂肪（4.85±0.31）%和灰分（15.33±0.61）%（以干基计）。其余试剂均采用分析纯。
本实验室从红茶菌中分离纯化得到高产细菌纤维素菌株，经鉴定为居间驹形氏杆菌（Komagataeibacter intermedius CGMCC12562），目前保藏于中国普通微生物菌种保藏中心。
培养基：斜面培养基[22]：葡萄糖2%、酵母浸粉0.5%、蛋白胨0.5%、Na2HPO40.27%、柠檬酸0.115%、琼脂2%，pH 6.0，121 ℃高压灭菌20 m in；种子培养基：葡萄糖2%、酵母浸粉0.5%、蛋白胨0.5%、Na2HPO40.27%、柠檬酸0.115%，pH 6.0，121 ℃高压灭菌20 m in。
1.2 仪器与设备
SW-CJ-1D型超净工作台 苏州净化设备有限公司；HZQ-F100型恒温振荡培养箱 哈尔滨市东联生化仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 细菌纤维素的制备与处理
种子培养：挑取一环活化好的菌种接种于装有100 m L种子培养基的250 m L三角瓶中，30 ℃、180 r/m in振荡培养22 h。
发酵培养：将活化好的种子液按照8%的接种量接种于装有50 m L大豆糖蜜发酵培养基的250 m L三角瓶中，30 ℃静置培养5 d。
细菌纤维素的处理：发酵5 d后，在培养基表面形成一层凝胶状的膜，将其取出后，用蒸馏水冲洗，洗去表面残留的培养基，再浸泡在0.1 mol/L的NaOH溶液中，80 ℃水浴1 h，去除残留的菌体，再用蒸馏水反复浸泡，直至细菌纤维素膜呈乳白色半透明状，pH值为中性为止。处理后的细菌纤维素用于进一步产量的计算及性质的测定。
1.3.2 产量的计算
将处理后的细菌纤维素水分沥干后，置于65 ℃烘箱中烘至质量恒定[1]。细菌纤维素产量（干基）计算如下：
式中：M为细菌纤维素的干质量/g；V为培养液的体积/L。
1.3.3 培养基的优化
1.3.3.1 大豆糖蜜可溶性固形物含量的优化
选取大豆糖蜜可溶性固形物含量分别为5、10、15、20、25 °Brix，将其代替碳源，其余成分同种子培养基，在初始pH 6.0、接种量8%、30 ℃的条件下静置培养5 d，以细菌纤维素产量为指标，确定大豆糖蜜可溶性固形物含量。
1.3.3.2 氮源的优化
分别以1%的(NH4)2SO4、牛肉膏、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母浸粉和混合氮源（玉米蛋白粉-蛋白胨质量比1∶1）为氮源，以不加任何氮源作为对照，以及玉米蛋白粉和蛋白胨添加量分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%为影响因素，大豆糖蜜可溶性固形物含量为15 °Brix，其余成分同种子培养基，发酵条件同1.3.3.1节，以细菌纤维素产量为指标，确定氮源的种类及添加量。
1.3.3.3 无机盐的优化
以Na2HPO4、ZnSO4、M gSO4添加量分别为0%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%作为影响因素，大豆糖蜜可溶性固形物含量15 °Brix，添加玉米蛋白粉1.5%、柠檬酸0.115%，发酵条件同1.3.3.1节，以细菌纤维素产量为指标，确定无机盐的种类及添加量。
1.3.3.4 有机酸的优化
分别以0.15%的柠檬酸、苹果酸、冰醋酸和乳酸及苹果酸和柠檬酸添加量分别为0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%作为影响因素，大豆糖蜜可溶性固形物含量15 °Brix，添加玉米蛋白粉1.5%、ZnSO40.1%，发酵条件同1.3.3.1节，以细菌纤维素产量为指标，确定有机酸的种类及添加量。
1.3.4 发酵工艺对细菌纤维素产量的影响
1.3.4.1 初始pH值的优化
在1.3.3节发酵培养基的基础上，设定初始pH值分别为4.5、5.0、5.5、6.0、6.5，接种量为8%，30 ℃的条件下静置培养5 d，以细菌纤维素产量为指标，确定初始pH值。
1.3.4.2 接种量的优化
在1.3.3节发酵培养基的基础上，接种量分别为6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%，初始pH 6.0，其余条件同1.3.4.1节，以细菌纤维素产量为指标，确定接种量。
1.3.4.3 装料量的优化
在1.3.3节发酵培养基的基础上，装料量分别为8%、12%、16%、20%、24%、28%、32%、36%、40%，初始pH 6.0，接种量10%，其余条件同1.3.4.1节，以细菌纤维素产量为指标，确定装料量。
1.3.4.4 发酵时间的优化
在1.3.3节发酵培养基的基础上，分别静置培养4、5、6、7、8、9、10 d，初始pH 6.0，接种量10%，装料量16%，以细菌纤维素产量为指标，确定发酵时间。
1.3.4.5 发酵方式的优化
在1.3.3节发酵培养基的基础上，初始pH 6.0、接种量10%、装料量16%，通过表1中不同的发酵方式，以细菌纤维素产量为指标，确定发酵方式。
表1 不同发酵方式对细菌纤维素产量的影响
Tab le 1 Effect o f d ifferent ferm en tation strategies on bacterial cellu lose p roduction
1.3.5 响应面试验设计
在单因素试验基础上，确定影响细菌纤维素产量的主要因素，利用Box-Behnken试验设计，进行四因素三水平试验（表2），以细菌纤维素产量为响应值，采用Design-Expert 8.0软件进行多项式回归分析，对发酵大豆糖蜜产细菌纤维素的条件进行优化。
表2 响应面试验因素与水平
Tab le 2 Independen t variab les and their levels used in response surface analysis
1.4 数据处理
每组实验重复3 次，数据采用SPSS 11.5、M icrosoft Excel、Design-Expert 8.0分析，采用Origin 8.0软件绘图。
2.1 单因素试验结果
2.1.1 大豆糖蜜可溶性固形物含量对细菌纤维素产量的影响
图1 大豆糖蜜可溶性固形物含量对细菌纤维素产量的影响
Fig. 1 Effect o f soybean m o lasses concen tration on p roduction o f bacterial cellu lose
不同字母表示差异显著（P＜0.05）。下同。
如图1所示，当大豆糖蜜的可溶性固形物含量为5 °Brix时，没有细菌纤维素生成，当大豆糖蜜可溶性固形物含量10～25 °Brix变化时，细菌纤维素产量呈现先增加后下降的趋势，可能是由于当大豆糖蜜可溶性固形物含量较低时，菌株可利用碳源含量较低，而当大豆糖蜜可溶性固形物含量较高时，培养基中的渗透压较高，菌体生长受到抑制，进而导致细菌纤维素产量降低[23]。当含量15 °Brix时，细菌纤维素产量最高，为（2.58±0.08）g/L，因此，选择大豆糖蜜可溶性固形物含量15 °Brix为菌株CGMCC12562发酵大豆糖蜜产细菌纤维素的较优水平。
2.1.2 氮源对细菌纤维素产量的影响
从图2可以看出，添加尿素和NH4NO3时，没有细菌纤维素产生，这与毋锐琴[24]的研究一致。除此之外，与对照相比，补充氮源后，细菌纤维素产量有不同程度的增加。其中加入蛋白胨和玉米蛋白粉时，细菌纤维素产量显著增加，分别为（2.65±0.14）、（2.43±0.19）g/L。将二者复合作为混合氮源，但是细菌纤维素产量反而降低。因此，单一氮源更利于菌体的生长。由于利用蛋白胨和玉米蛋白粉时，细菌纤维素产量显著高于其他氮源，但是二者之间并没有显著差异（P＞0.05），故选择蛋白胨和玉米蛋白粉进一步进行探究。
图2 氮源种类对细菌纤维素产量的影响
Fig. 2 Effect of nitrogen source on bacterial cellu lose p roduction
图3 氮源添加量对细菌纤维素产量的影响
Fig. 3 Effect o f co rn g lu ten m eal concen tration on bacterial cellu lose p roduction
如图3所示，随着两种氮源添加量的增加，细菌纤维素产量呈现先增加后下降的趋势，过高含量的氮源会抑制菌体代谢产生细菌纤维素[25]，当玉米蛋白粉和蛋白胨添加量分别为1.5%和2%时，细菌纤维素产量达到（6.36±0.16）、（6.67±0.50）g/L，此时产量最高，且显著高于其他添加量（P＜0.05），而二者之间没有显著区别。但是玉米蛋白粉是生产玉米蛋白的副产物，故价格较低廉，因此选择玉米蛋白粉做氮源，其添加量为1.5%。
2.1.3 无机盐对细菌纤维素产量的影响
无机盐是微生物生长的调节因子，有些对微生物的生长有促进作用，有些有抑制作用[26]。由于菌株在合成细菌纤维素时，利用碳源的同时，会产生乙酸、葡萄糖酸等有机酸，使发酵液的pH值下降，磷酸盐可起到缓冲作用，平衡pH值，同时，钠离子又可补充菌体生长所需无机盐；镁离子和锌离子在纤维素的合成中，是多种酶的辅助因子[27]；因此，选择Na2HPO4、MgSO4和ZnSO4进行研究。
图4 无机盐对细菌纤维素产量的影响
Fig. 4 Effect o f inorganic salts added to the cu ltu re m ed ium on bacterial cellu lose p roduction
如图4所示，随着无机盐添加量的增加，细菌纤维素产量均呈现先增加后下降的趋势。Na2HPO4、MgSO4和ZnSO4分别在添加量为0.15%、0.1%和0.1%时，细菌纤维素产量达到最高。其中，以ZnSO4对细菌纤维素产量的促进作用最为显著，可能由于锌离子是多种酶的活性中心组成部分，适量的锌离子会促进细菌纤维素的合成[28]。因此，确定添加0.1%的ZnSO4为本研究中无机盐的较优水平。
2.1.4 有机酸对细菌纤维素产量的影响
图5 有机酸种类对细菌纤维素产量的影响
Fig. 5 Effect of organic acids added to the culture m edium on bacterial cellulose p roduction
如图5所示，本研究中所采用的有机酸对细菌纤维素产量均有一定的促进作用，这是因为有机酸均可以作为能源物质促进细菌纤维素的合成[26]。其中，以苹果酸的促进作用较为明显，柠檬酸和冰醋酸次之。由于苹果酸和柠檬酸都可参与菌株CGMCC12562生长过程中的三羧酸循环[29]，故二者都选择进行添加量确定的研究。
图6 苹果酸和柠檬酸添加量对细菌纤维素产量的影响
Fig. 6 Effect of m alic acid and citric acid concentrations on bacterial cellu lose p roduction
由图6可知，随着苹果酸和柠檬酸添加量的增加，细菌纤维素产量均体现先增高后降低的趋势。这可能是因为当柠檬酸和苹果酸水平较低时，主要参加三羧酸循环，进行物质和能量代谢，刺激发酵初期的菌体繁殖，细菌纤维素产量也随之提高。然而，随着添加量继续增加，反馈抑制增强，菌体的生长受到抑制[30]，因此，细菌纤维素产量就会降低。当苹果酸和柠檬酸添加量分别为0.4%和0.3%时，细菌纤维素产量分别达到最高，为（15.80±0.42）g/L和（7.44±0.71） g/L，而在较优的水平下，以苹果酸为有机酸时，细菌纤维素产量是以柠檬酸为有机酸的1.82 倍，故选择苹果酸添加量0.4%。柠檬酸和苹果酸在细菌纤维素的生物合成过程，是通过三羧酸循环，生成丙酮酸，再参与到生成纤维素的途径中。柠檬酸是经过异构化、氧化脱羧、脱羧、被氧化、水化、氧化、脱去二氧化碳后生成丙酮酸，但苹果酸只需发生氧化、脱去二氧化碳甚至直接脱去二氧化碳生成丙酮酸[29]，因此，与柠檬酸相比，苹果酸生成丙酮酸的途径相对比较简单，即比柠檬酸较直接的参与到纤维素的合成中。因此，苹果酸可能更高效地促进菌株CGMCC12562产生细菌纤维素。
2.1.5 初始pH值对细菌纤维素产量的影响
无论是微生物的生长还是细菌纤维素的合成，pH值都是一个重要的影响因素[31]。图7为在不同的初始pH值的条件下，细菌纤维素产量情况。发酵培养基的初始pH值不同，菌株合成细菌纤维素的能力亦不同。当初始pH值高于6.0时，细菌纤维素产量呈下降趋势。因此，初始pH 6.0为宜。
图7 初始pH值对细菌纤维素产量的影响
Fig. 7 Effect o f initial pH on bacterial cellu lose p roduction
2.1.6 接种量对细菌纤维素产量的影响
图8 接种量对细菌纤维素产量的影响
Fig. 8 Effect o f inocu lum size on bacterial cellu lose p roduction
如图8所示，随着接种量的增加，体系中菌体的浓度也增大；而接种量过大，发酵体系中的营养成分更多地会用于菌体生长，而不是合成产物；当接种量较低时，菌体量少，导致发酵不完全，从而降低细菌纤维素产量[32]。当接种量为10%时，细菌纤维素产量达最高，为（9.59±0.31）g/L。因此，菌株CGMCC12562的最佳接种量为10%。
2.1.7 装料量对细菌纤维素产量的影响
图9 装料量对细菌纤维素产量的影响
Fig. 9 Effect o f m ed ium vo lum e on bacterial cellu lose p roduction
如图9所示，在装料量为8%～24%时，随着装料量的增加，细菌纤维素产量也增加。但是装料量在16%、20%、24%变化时，细菌纤维素产量基本不变，可能是装料量增加，营养物质充足，菌株代谢加快，能有效合成细菌纤维素，故细菌纤维素产量增加。随着装料量进一步的增加，培养基中的溶氧量降低，菌体得不到充足的氧气，代谢减慢，因此细菌纤维素产量降低[32]。当装料量为16%、20%、24%时，细菌纤维素产量达到最高水平，但是3 种装料量之间不存在显著差异，选择装料量为16%。
2.1.8 发酵时间对细菌纤维素产量的影响
图10 发酵时间对细菌纤维素产量的影响
Fig. 10 Effect of ferm entation tim e on bacterial cellu lose p roduction
如图10所示，在发酵初期，随着发酵时间的延长，细菌纤维素产量增加，且增加较快，但是随着发酵时间继续延长，细菌纤维素产量变化不显著。这是由于在发酵初期，随着发酵时间的延长，细菌纤维素不断积累，故产量增加。若较早结束发酵，培养基不能被有效利用，会造成产量较低。但是发酵时间过长，由于培养基中的营养成分已经被耗尽，且溶氧量降低，菌体不会再合成细菌纤维素，一旦产生杂菌或发生菌体的自溶，还会影响品质[30]。当培养至7 d时，细菌纤维素产量显著增加，但是与培养8、9、10 d的相比，差异并不显著。因此，本研究选择有效发酵时间为7 d。
2.1.9 发酵方式对细菌纤维素产量的影响
图11 发酵方式对细菌纤维素产量的影响
Fig. 11 Effect of ferm entation strategies on bacterial cellu lose p roduction
菌株CGMCC12562属于好氧菌，不同的发酵方式即不同的供氧方式会影响其生长代谢。本研究采用3 种供氧方式，即静置、振荡及间歇式进行培养，结果如图11所示。虽然菌株CGMCC12562为好氧菌，但是在振荡的过程中，培养基中的营养成分大部分用于菌体的增殖，导致菌体的密度过高，而没有底物可以用于细菌纤维素的合成，因此随着振荡培养时间的延长，菌体的密度增加而细菌纤维素产量降低。因此，本研究采用静置的发酵方式。
2.1.10 发酵温度对细菌纤维素产量的影响
图12 发酵温度对细菌纤维素产量的影响
Fig. 12 Effect of fermentation tem perature on bacterial cellulose production
如图12所示，随着发酵温度的升高，细菌纤维素产量呈现先增加后减小的趋势，当发酵温度为30 ℃时，细菌纤维素产量达到最高，升高或降低，细菌纤维素产量都会减少。温度是影响微生物生长代谢的重要因素，无论温度过高还是过低，对菌体细胞内酶的活性、菌体的生长代谢均有影响，特别是在过高的温度条件下，菌体细胞内的蛋白质等可能会发生变性，影响细胞的代谢，进而细菌纤维素的合成受到影响[27]。因此，本研究选择发酵温度为30 ℃为宜。
2.2 响应面试验结果
2.2.1 响应面试验设计及结果
根据Box-Behnken试验设计原理，综合分析单因素试验，选取大豆糖蜜可溶性固形物含量、玉米蛋白粉添加量、ZnSO4添加量、苹果酸添加量4 个对细菌纤维素产量影响较大的因素，以细菌纤维素产量为响应值，得到四因素三水平响应面试验设计及结果，如表3所示。
表3 Box-Behnken试验设计及结果
Tab le 3 Box-Behnken design w ith experim en tal resu lts
2.2.2 模型的建立及显著性检验
利用Design-Expert 8.0统计软件对试验数据进行多元回归拟合，得到回归方程为：
对模型进行回归分析，结果如表4所示。模型P值小于0.000 1，说明此模型已经达到极显著水平；失拟项P值为0.703 0，大于0.05，说明该模型能很好地对响应值进行预测；因变量与所考察自变量之间的复相关数R2为0.971 1，说明此模型拟合程度较好，试验误差小。模型调整系数R2Adj为0.942 2，说明模型能解释响应值的变化，可以用于细菌纤维素发酵条件的预测。一次项A、B、C、D对细菌纤维素产量的影响极显著（P＜0.01）；交互项AB对细菌纤维素产量影响显著（P＜0.05），BC和二次项对细菌纤维素产量影响极显著（P＜0.01）。各因素对细菌纤维素产量影响大小的顺序为B（玉米蛋白粉添加量）＞C（ZnSO4添加量）＞A（大豆糖蜜可溶性固形物含量）＞D（苹果酸添加量）。
表4 响应面二次模型及其回归系数的方差分析结果
Tab le 4 Analysis o f variance for the response surface quad ratic m odel and significance test
注：**.差异极显著（P＜0.01）；*.差异显著（P＜0.05）。
2.2.3 响应面结果分析及优化
图13 交互因素对细菌纤维素产量的影响
Fig. 13 In teractive effects o f various factors on bacterial cellu lose p roduction
等高线的形状能够反映出交互作用的强弱，若接近圆形，则两因素的交互作用不显著；若接近椭圆形，则两因素之间的交互作用显著[33]。响应面的形状可以体现各因素交互作用对响应值的影响，响应面越陡，影响越显著[34]。从图13可以发现，玉米蛋白粉添加量和ZnSO4添加量对细菌纤维素产量的交互作用最显著。大豆糖蜜可溶性固形物含量和玉米蛋白粉添加量之间表现为显著。整体上，随着大豆糖蜜可溶性固形物含量、玉米蛋白粉、ZnSO4添加量的增加，细菌纤维素产量增加，当达到极值后，随着各因素的增大，产量逐渐减小。因此，只有在各因素适宜的条件下，细菌纤维素产量才会达到最大值。
2.2.4 发酵大豆糖蜜产细菌纤维素条件的优化
通过回归模型预测菌株CGMCC12562发酵大豆糖蜜产细菌纤维素的最佳发酵条件为：大豆糖蜜可溶性固形物含量14.13 °Brix、玉米蛋白粉添加量1.6%、ZnSO4添加量0.11%、苹果酸添加量0.41%，在30 ℃、接种量10%、装料量16%、初始pH 6.0的条件下静置培养7 d，细菌纤维素的理论产量为15.44 g/L。
为检验该模型的准确性，进行3 次验证实验，细菌纤维素的实际产量为（15.68±0.82）g/L，与理论值的相对误差为1.52%，与模型理论值较吻合，说明该模型能很好地预测并优化各因素对细菌纤维素产量的影响。
通过以上研究可以说明，大豆糖蜜可以作为碳源应用于居间驹形氏杆菌生产细菌纤维素中。大豆糖蜜中含有丰富的碳水化合物、蛋白质、脂肪，可以提供微生物生长必需的营养成分，还含有一定的微量元素刺激微生物的生长[35]。因此，大豆糖蜜在微生物的发酵过程中作为碳源的同时，还可以提供微生物代谢所需的其他成分，进而促进微生物的生长。鉴于这些特点，大豆糖蜜很适宜作为微生物的发酵基质。在微生物发酵中，大豆糖蜜多用于制备酒精或者提纯其中的功能性低聚糖[15,19,21,36-40]，鲜有学者将其应用于细菌纤维素的生产中。
近年来，由于细菌纤维素具有广泛的应用而引起关注，但是较低的产量和较高的价格限制了细菌纤维素的推广应用。国内外先后有大量学者致力于寻找廉价的原料，在降低价格的同时，提高产量。国内外先后有学者以水果下脚料、酒糟浸出液、甘蔗糖蜜等工业废弃物作为生产细菌纤维素的发酵基质，在对培养条件进行优化后，细菌纤维素产量大概在2～10 g/L之间[41-44]。本研究中，以大豆糖蜜为廉价碳源时，由于其中含有丰富的营养成分，可以促进细菌纤维素的合成，使其产量高达15.68 g/L，均高于已报道的研究，由此也可以充分说明本实验室分离出来的新菌株——居间驹形氏杆菌具有高产细菌纤维素的能力。目前，世界上每年通过醇法生产大豆浓缩蛋白约为33万 t[45]，也就意味着产生11万 t大豆糖蜜，由于其色泽深、黏稠，不易处理，大部分用作饲料或者以废液排出，可见，将大豆糖蜜应用于细菌纤维素的生产中，可以显著提高大豆糖蜜的附加值，具有广阔的应用前景。
大豆糖蜜中含有丰富的营养物质，可以作为居间驹形氏杆菌产细菌纤维素的发酵基质。通过单因素和响应面优化居间驹形氏杆菌（Komagataeibacter intermedius CGMCC12562）发酵大豆糖蜜最佳培养条件为大豆糖蜜可溶性固形物含量14.13 °Brix、玉米蛋白粉添加量1.6%、ZnSO4添加量0.11%、苹果酸添加量0.41%，在30 ℃、初始pH 6.0、接种量10%、装料量16%、静置条件下发酵7 d，细菌纤维素产量达到（15.68±0.82）g/L，是基本培养基（3.6±0.12）g/L的近5 倍。
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Optim ization of Bacterial Cellulose Production by Ferm ented Soybean Molasses w ith Komagataeibacter intermedius
YIN Yuan1,2, MA Jiage1, NI Chun lei1, CHENG Jian jun1,*, XU Su1,*
(1. Co llege o f Food Science, Northeast Ag ricu ltural University, Harbin 150030, China; 2. Harbin Light Industry Co llege, Harbin 150000, China)
Abstract:In this study, Komagataeibacter intermedius CGMCC12562 was employed to produce bacterial cellulose (BC) from soybean molasses. The fermentation process was optim ized to improve BC yield. Through one-factor-at-a-time experiments, the soluble solids content (SSC) of soybean molasses, and corn gluten meal, ZnSO4and malic acid were selected as the factors w ith a signif i cant inf l uence on BC production for optim ization by response surface methodology. It was found that the optimized culture medium consisted of soybean molasses w ith an SSC level of 14.13 °Brix, 1.6% corn gluten meal, 0.11% ZnSO4and 0.41% malic acid. The BC yield was as high as (15.68 ± 0.82) g/L after 7 days of culture at 30 ℃ for in a 250-m L conical fl ask containing 16% of the medium w ith an inoculum size of 10% at an initial pH of 6.0 under static cultivation conditions.
Key words:soybean molasses; bacterial cellulose; Komagataeibacter intermedius; medium; optim ization
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201718002
中图分类号：TS214.9
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2017）18-0008-09引文格式：
尹园, 马佳歌, 倪春蕾, 等. 居间驹形氏杆菌发酵大豆糖蜜生产细菌纤维素条件的优化[J]. 食品科学, 2017, 38(18): 8-16.
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201718002. http://www.spkx.net.cn
YIN Yuan, MA Jiage, NI Ch un lei, et al. Op tim ization o f bacterial cellu lose p roduction by ferm ented soybean m o lasses w ith Komagataeibacter intermedius[J]. Food Science, 2017, 38(18): 8-16. (in Chinese w ith Eng lish abstract) DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201718002. h ttp://www.spkx.net.cn
收稿日期：2016-11-21
基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目（2014BAD22B01）
作者简介：尹园（1991—），女，硕士研究生，研究方向为粮食、油脂及植物蛋白工程。E-m ail：sunbeam yin@163.com
*通信作者：程建军（1969—），男，教授，博士，研究方向为粮食、油脂及植物蛋白工程。E-m ail：cheng577@163.com徐速（1968—），女，教授级高级工程师，博士，研究方向为粮食油脂及植物蛋白工程。E-m ail：success3320130@163.com