[摘要]应用快速有效的响应面分析法对米曲霉 α-淀粉酶的发酵培养基进行优化。首先采

用二水平

Plackett-Burman 设计对培养基中的 6 种成份进行筛选,获得影响产酶的 3 个重要影

响因子

:豆粕粉、NaNO3、FeSO4 ;利用响应面分析法对该 3 因素进行 3 水平的优化,获得它们

的 最 佳 组 合

(g/L): 豆 粕 粉   25.5 、 NaNO3  4.08 、 FeSO4  0.0075 。 优 化 后 产 酶 水 平 达 到

1107.41U/mL,与响应面数学模型的预测值只有 4.02%的误差。 
　　

[关键词]α-淀粉酶 Plackett- Burman 设计响应面分析法 

　　

 

　　

 淀粉酶是水解淀粉和糖原的一类酶的总称,广泛存在于动物、植物和微生物中[1]。淀粉

酶是生物工艺学中最早实现工业生产的酶制剂品种

,用途广,产量大[1]。α-淀粉酶是淀粉酶的

一种

,其作用于淀粉时,可从分子内部切开 α-1,4 键而生成糊精和还原糖,产物的末端葡萄糖残

基

C1 碳原子为 α-构型,α-淀粉酶因此而得名[1]。α-淀粉酶作为一种重要的工业酶制剂,被广泛

地用于食品

,发酵,纺织,造纸业,制药业和化学药品工业等工业,此外还扩展到临床,医学,分析

化学等其他领域。目前国内主要利用细菌来生产

α-淀粉酶,用真菌发酵产 α-淀粉酶的研究较

少

[2]。 

　　

 本研究报道利用数学统计学法 Plackett 

� Burman 和响应面法(RSM)[3,4]快速优化米曲

霉液体发酵产

α-淀粉酶的发酵培养基。 

　　

1 材料与方法 

　　

1.1 菌种 

　　

 米曲霉(Aspergillus oryzae)FS016,本实验室保藏。 

　　

1.2 培养基 

　　

 斜面培养基(g/L):蔗糖 30、NaNO3 2、K2HPO4・3H2O 1、MgSO4・7H2O0.5、KCl 

0.5、FeSO4 ・7H2O 0.01、麸皮 10、琼脂 10,初始 pH 为 6.5,灭菌温度 121

℃,灭菌时间 23 min。 

　　

 液体发酵培养基(g/L):玉米粉 50、豆粕粉 20、NaNO3 4、K2HPO4・3H2O 3、MgSO4・

7H2O1、FeSO4・7H2O 0.01,初始 pH 为 6.5,灭菌温度 121

℃,灭菌时间 23 min。 

　　

1.3 培养条件 

　　由斜面接一环至

 250 mL 三角瓶中,培养基装量 40 mL/250 mL,发酵温度 31

℃,250rmin-1

的摇床上震荡培养

84h 后,测定 α-淀粉酶活力。 

　　

1.4 α-淀粉酶活力的测定 

　　

 YOO 改良法[5],酶活定义为:在 pH5.0,温度 55

℃条件下,1 mL 的酶液在 5min 内水解

1mg 淀粉的酶量为一个活力单位,用 U 表示。 
　　

1.5 发酵培养基优化 

　　

1.5.1 Plackett-Burman 设计优化 

　　

 选取 6 个因素、试验次数选 12 的 Plackett-Burman 设计,重复次数为 2 次,考查各因素的

主效应和交互作用的一级作用

,从中筛选出对发酵优化具有显著性影响的因素进行排列,最终

获得三个显著性因素。

 

　　

1.5.2 响应面设计优化 

　　

 根据 BOX-Behnken 的中心组合设计原理,由 Plackett-Burman 设计筛选出的 3 个重要影

响因素各取三水平

,设计了 3 因素 3 水平共 15 个实验点的响应面分析。 

　　

 本实验用统计分析软件 SAS 对实验结果进行分析[6]。 

　　

 以上所有试验重复次数为三次,每次两个平行。 

　　

2 结果与分析 

　　

2.1 Plackett-Burman 设计筛选培养基主要成分 

　　选用试验次数

N=12 的 Plackett-Burman 设计,对 6 个因素进行考察,分别对应于表 1 中

A、B、D、E、G 和 H 列,每个因素取低水平

“-1”和高水平“1”。另设 2 个虚拟序列,对应表 1 中的