棘孢木霉TCS007菌株的固態(tài)發(fā)酵條件、次生代謝產(chǎn)物產(chǎn)量影響因素（三）
2結(jié)果與分析
2.1固態(tài)發(fā)酵單因素優(yōu)化
2.1.1固態(tài)培養(yǎng)基組分對(duì)粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量的影響
按培養(yǎng)基中大米質(zhì)量為72 g情況計(jì)，發(fā)酵21 d后，碳源類別中添加1%葡萄糖組的粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量最高，為1.13 g(圖1A)；氮源類別中添加1%黃豆粉和1%酵母粉組的粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量最高，均為1.25 g(圖1B)，綜合考慮成本，后續(xù)試驗(yàn)選擇黃豆粉作為最佳氮源。與空白對(duì)照組相比，所添加的幾種無(wú)機(jī)鹽都不能顯著提升粗提發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量(圖1C)。此外，當(dāng)葡萄糖添加量為3%時(shí)，粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量最高，為1.06 g(圖1D)；當(dāng)黃豆粉添加量為3%時(shí)，粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量最高，為1.38 g(圖1E)。
圖1 TCS007菌株固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基組分單因素優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果
注：圖中不同小寫字母表示在P=0.05水平差異顯著。
2.1.2發(fā)酵條件對(duì)粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量的影響
按培養(yǎng)基中大米質(zhì)量為72 g情況計(jì)，當(dāng)加水量為48 mL時(shí)，TCS007菌株粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量最高，為1.32 g(圖2A)；當(dāng)接種量為1 mL(孢子含量1×107個(gè)/mL)時(shí)，粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量最高，為1.03 g(圖2B)；當(dāng)初始pH為5.0時(shí)，粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量最高，為1.06 g(圖2C)；當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間為28 d時(shí)，粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量最高，為1.34 g(圖2D)；當(dāng)培養(yǎng)溫度為28℃時(shí)，粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量最高，為0.96 g(圖2E)；當(dāng)光照周期為12 h/12 h時(shí)，粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量最高，為1.28 g(圖2F)。
圖2 TCS007菌株固態(tài)發(fā)酵條件單因素優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果
注：圖中不同小寫字母表示在P=0.05水平差異顯著。
2.2固態(tài)發(fā)酵響應(yīng)曲面優(yōu)化
2.2.1顯著影響因素篩選
本研究通過(guò)Plackett-Burman法設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以確定影響TCS007菌株固態(tài)發(fā)酵粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。采用Design Expert 10進(jìn)行回歸分析，得到最佳擬合方程為：Y1=0.68+0.22A1?5.83×10?3B1?0.03C1?0.05D1+0.06E1?0.06F1+0.05G1?0.13H1。式中，Y1為TCS007菌株粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量的預(yù)測(cè)值，模型的P值為0.038(P<0.05)，證明此模型的回歸方程顯著且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。試驗(yàn)結(jié)果的效應(yīng)評(píng)價(jià)表明，培養(yǎng)時(shí)間、加水量和黃豆粉添加量為3個(gè)因素為關(guān)鍵影響因素，影響作用由大到小依次是培養(yǎng)時(shí)間、黃豆粉添加量和加水量。
2.2.2中心點(diǎn)及條件范圍確定
當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間為32 d、黃豆粉添加量為4%、加水量為56 mL時(shí)，TCS007菌株粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量最高，為1.10 g，所以選擇此點(diǎn)作為響應(yīng)面試驗(yàn)各因素水平的中心點(diǎn)。
2.2.3關(guān)鍵因子的最優(yōu)配比
根據(jù)最陡爬坡試驗(yàn)結(jié)果，確定了Box-Behnken試驗(yàn)的3個(gè)關(guān)鍵因素取值范圍，對(duì)TCS007菌株粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合，得到回歸方程模型為：Y2=1.16?0.21A2?0.03B2?0.05C2+0.05A2B2+0.03A2C2+0.02B2C2?0.35A22?0.07B22?0.05C22，R2=0.9180，矯正后的R2=0.8126。對(duì)該模型進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)，P值為0.0047(<0.01)，證明此模型的回歸方程顯著且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，方程失擬項(xiàng)為0.8291(>0.05)，表明其失擬項(xiàng)不顯著，模型較穩(wěn)定，能很好地進(jìn)行預(yù)測(cè)。
由Design Expert 10軟件分析得到響應(yīng)曲面圖(圖3)，揭示了培養(yǎng)時(shí)間、黃豆粉添加量和加水量3個(gè)關(guān)鍵因素兩兩相互作用對(duì)TCS007菌株粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量的影響。模型預(yù)測(cè)結(jié)果為：當(dāng)加水量為47 mL、初始pH值為7.0、接種量1 mL、光照周期(L/D)為12 h/12 h、培養(yǎng)溫度28℃、培養(yǎng)時(shí)間29 d、黃豆粉添加量為3.5%時(shí)，TCS007菌株粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量達(dá)到最大值，為1.22 g。
圖3棘孢木霉TCS007菌株粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量關(guān)鍵影響因素等高線(A、C、E)和響應(yīng)曲面(B、D、F)
A2：培養(yǎng)時(shí)間/d；B2：黃豆粉添加量/%；C2：加水量/mL。
注：粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量按培養(yǎng)基中大米質(zhì)量為72 g情況計(jì)。
2.2.4響應(yīng)面最優(yōu)培養(yǎng)條件驗(yàn)證
在模型預(yù)測(cè)的最優(yōu)培養(yǎng)條件下進(jìn)行了3次重復(fù)試驗(yàn)，TCS007菌株粗提發(fā)酵產(chǎn)物平均產(chǎn)量為1.21 g，實(shí)際值接近預(yù)測(cè)值1.22 g，表明所構(gòu)建的模型能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)真實(shí)結(jié)果。在初始培養(yǎng)條件下，TCS007菌株的粗提發(fā)酵產(chǎn)物平均產(chǎn)量為0.90 g，采用響應(yīng)曲面法進(jìn)行優(yōu)化后，粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量提高了1.34倍，表明優(yōu)化效果較好。在最優(yōu)培養(yǎng)基及發(fā)酵條件下，利用淺盤發(fā)酵法進(jìn)一步放大發(fā)酵，棘孢木霉TCS007菌株粗提發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量可達(dá)到1.45 g。
相關(guān)新聞推薦
1、蠅蛆體質(zhì)量生長(zhǎng)曲線，生長(zhǎng)發(fā)育性能特點(diǎn)、發(fā)育規(guī)律研究
2、大腸桿菌噬菌體Φ199一步生長(zhǎng)曲線、與鹽酸克林霉素體外聯(lián)合應(yīng)用效果（二）
3、3株奧默柯達(dá)酵母生長(zhǎng)曲線、pH耐受性、最適生長(zhǎng)溫度測(cè)定及對(duì)醬油香氣和滋味影響（一）