納豆芽孢桿菌最適發(fā)酵條件的研究進展

吳婷婷，丁玉勇

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安　223003）

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納豆芽孢桿菌最適發(fā)酵條件的研究進展

吳婷婷，丁玉勇

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安223003）

摘要：20世紀中期，日本學(xué)者從傳統(tǒng)食物納豆中分離出了納豆芽孢桿菌。納豆芽孢桿菌是一種眾所周知的益生菌，在生物制藥、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。通過綜述納豆芽孢桿菌最適發(fā)酵條件及其發(fā)酵產(chǎn)物功能研究進展，為納豆激酶大規(guī)模生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：納豆芽孢桿菌；最適發(fā)酵條件；綜述

近年來，西方國家紛紛將目光投放到納豆上，納豆（Natto）是一種由大豆經(jīng)納豆芽孢桿菌（Bacillus natto）在一定溫度、濕度下發(fā)酵制成的發(fā)酵類制品，在民間一直作為藥食兼用。納豆在日本已有400多年的消費歷史，它擁有較高的營養(yǎng)價值并且容易消化。過去，日本發(fā)生食物中毒很普遍，后來人們通過吃納豆來防止霍亂、痢疾及傷寒的發(fā)生。大約3/4的日本人平均1周吃1次納豆，1/2的日本人平均每3 d吃1次納豆[1]。

納豆與我國傳統(tǒng)的豆制品豆豉相似，其風(fēng)味獨特，納豆發(fā)酵成熟后，色澤金黃，有一層黏性物質(zhì)覆在其表面，挑起時有長長的絲狀物質(zhì)。我國的傳統(tǒng)豆豉有霉菌型豆豉和細菌型豆豉兩大類，其中細菌型豆豉是枯草桿菌（Bacillus subtilis）在較高溫度下繁殖于蒸熟的大豆上，其利用蛋白酶可以產(chǎn)生風(fēng)味獨特、具有特異功能的食品，其最大特點是產(chǎn)生黏性物質(zhì)，并可拉絲[2]。Nishito Y等人[3]已經(jīng)證明，納豆發(fā)酵菌DNA的堿基組成和排列與枯草芽孢桿菌的同源性非常高，屬于枯草芽孢桿菌的一個亞種。納豆芽孢桿菌是20世紀中期，日本學(xué)者從日本傳統(tǒng)食物納豆中分離出來的，屬于細菌科和芽孢屬范疇，并且也是已公布的40種益生菌之一，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物制藥、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等行業(yè)，研究前景廣闊[4-5]。本文就納豆芽孢桿菌的最適發(fā)酵條件研究進展進行總結(jié)。

1　納豆芽孢桿菌液體發(fā)酵條件研究

在日本傳統(tǒng)食物中提取的納豆芽孢桿菌，經(jīng)驗證實枯草芽孢菌屬的一個亞種。1987年須見洋行在納豆的發(fā)酵產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)一種絲氨酸蛋白酶[6]，這種酶具有溶解交聯(lián)纖維蛋白的功能，進而在治療和預(yù)防腦血栓方面卓有成效，被命名為納豆激酶。

納豆芽孢桿菌生產(chǎn)納豆激酶的最適發(fā)酵條件，將從培養(yǎng)基組成成分（如碳源、氮源、pH值及各種金屬鹽）的添加對納豆芽孢桿菌活力的影響來篩選。

1.1不同碳源對納豆芽孢桿菌活力的影響

不同碳源對納豆芽孢桿菌生長有較大的影響，王發(fā)祥等人[7]和史旭東等人[8]對以葡萄糖、蔗糖、木糖、可溶性淀粉、果糖、乳糖、麥芽糖作為納豆芽孢桿菌培養(yǎng)基的碳源得出，蔗糖2%～3%的質(zhì)量分數(shù)作為碳源的納豆芽孢桿菌生物量最佳，而葡萄糖等單糖的質(zhì)量分數(shù)越高越不利于納豆芽孢桿菌的生長。

1.2不同氮源對納豆芽孢桿菌活力的影響

王發(fā)祥等人[7]、史旭東等人[8]和紀寧等人[9]均分別對以大豆蛋白胨、大豆分離蛋白、蛋白胨、酵母膏、硫酸銨、尿素作為培養(yǎng)基氮源進行研究得出，在同時有大豆蛋白胨和蛋白胨的情況下，大豆蛋白胨作為氮源優(yōu)于蛋白胨，大豆成分的有機氮源成分更利于納豆芽孢桿菌的生長；而尿素和無機氮源的硫酸銨類氮源不利于納豆芽孢桿菌的生長。從人力、經(jīng)濟等角度綜合考慮，納豆芽孢桿菌培養(yǎng)基的氮源最適宜選用蛋白胨。

1.3pH值對納豆芽孢桿菌活力的影響

鐘青萍等人[10]試驗得出，發(fā)酵培養(yǎng)的pH值控制在5.5～7.5時，隨pH值的不斷升高，納豆芽孢桿菌生長速度也隨之加快；而當(dāng)pH值大于8.0時，納豆芽孢桿菌生長速度隨之減緩；在pH值7.0的培養(yǎng)基中，納豆芽孢桿菌的抗菌活性最大。黃占旺等人[11]試驗也得出，pH值為7.0時，菌種凈生長量最高；而pH值低于或高于7.0時，凈生長量均有所下降。試驗說明，pH值7.0為該菌種最佳培養(yǎng)pH值，pH值低于6.0或高于8.0菌種均不能較好生長。從而可以認為，pH值7.0為納豆芽孢桿菌生長的最適條件。

1.4各種金屬陽離子對納豆芽孢桿菌生長和產(chǎn)酶能力的影響

在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加鈣離子、鎂離子、銅離子、錳離子、鋅離子、亞鐵離子等金屬離子。董超等人[12]、紀寧等人[9]試驗研究得出，鈣離子和鎂離子對納豆桿菌的生長和酶的產(chǎn)出具有促進作用，鋅離子和錳離子會抑制納豆桿菌的生長，銅離子會強烈抑制納豆桿菌的生長和產(chǎn)酶。

1.5溫度對納豆芽孢桿菌活力的影響

眾多學(xué)者[7，10-12]研究得出，當(dāng)溫度低于30℃或高于45℃時，納豆芽孢桿菌的凈生長量均有下降趨勢。在溫度處于30～45℃時，納豆芽孢桿菌生長良好，菌數(shù)穩(wěn)定增長，并且在該溫度范圍內(nèi)凈生長量相差不大，且納豆芽孢桿菌產(chǎn)生納豆激酶的產(chǎn)量最高，尤其是在37℃。

1.6其他因素對納豆芽孢桿菌活力的影響

納豆芽孢桿菌[13]是好氧的革蘭氏陽性菌，屬細菌科，提高溶氧量有利于菌體生長及抗菌物質(zhì)的產(chǎn)生。但初期菌種接種量對生物量的積累并無影響，即使初期接種量不同，但最后細胞的生長量基本相同，初期接種量的多少也只會影響細胞生長延遲期的長短；接種量大延遲期短，接種量小則進入對數(shù)生長期較晚，但一般進行48 h培養(yǎng)后由于營養(yǎng)物質(zhì)基本耗盡，最后細胞生長總量基本相同。從培養(yǎng)方式來看，搖床振蕩培養(yǎng)的效果優(yōu)于靜置培養(yǎng)，可能是搖床震蕩培養(yǎng)過程中增加了菌體與氧氣的接觸面積和延長了菌體與氧氣的接觸時間。王發(fā)祥等人[7]、紀寧等人[9]認為，搖床轉(zhuǎn)速180 r/min為納豆芽孢桿菌生長的最適轉(zhuǎn)速。

2　納豆的功能代謝產(chǎn)物——納豆激酶

目前，國內(nèi)外在臨床治療血栓病的藥物有尿激酶原（pro-UK）、鏈激酶（SK）、重組組織型纖溶酶原激活劑（t-PA）、尿激酶（UK）等，但它們的臨床成效各有千秋，有的價格昂貴，效果一般；有的毒副作用大；有的在體內(nèi)半衰期短[13]。納豆激酶（NK）是納豆發(fā)酵過程中產(chǎn)生的一種堿性絲氨酸蛋白酶功能代謝產(chǎn)物[14]，是一種新型的溶栓藥物，與當(dāng)前使用的同類治療血栓產(chǎn)品相比，其最顯著的功效在于其溶栓性，可以達到“經(jīng)口纖溶療法”目的。研究人員在世界數(shù)百種食物中都篩選到了在日本發(fā)現(xiàn)的、安全性高的高效溶血栓的酶成分，因其有效分解血栓的特性而具備血漿纖維蛋白溶酶的特異性[15]。研究結(jié)果表明，納豆激酶不僅可以催化血纖維蛋白原轉(zhuǎn)化成有活性的血纖維蛋白原溶酶；其對纖維蛋白作用更為敏感，可以在不破壞體內(nèi)纖維蛋白原的前提下，直接破壞交聯(lián)纖維蛋白，并且其作用效果也很長（半衰期>8 d），增強了體內(nèi)外血栓的溶解活性[16]。

張利等人[16]對于納豆激酶作用于血栓的試驗得出，納豆激酶的溶栓作用更強，其作用時間短，藥效持續(xù)時間長，可明顯延長血栓形成的時間、顯著減少肺內(nèi)血栓的形成、顯著減少股動脈的長度及濕重并明顯提高血栓的再通率，表明納豆激酶具有較強的體內(nèi)溶栓作用，且同等劑量的納豆激酶和尿激酶相比，前者的溶栓作用高于后者，納豆激酶有望成為新一代溶栓藥物。

3　我國納豆在食品工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及開發(fā)前景

納豆在20世紀中期的日本是一種受廣大民眾喜愛的發(fā)酵食品，其具備豐富的營養(yǎng)素和保健因子，受到越來越多人的認識和肯定。隨著越來越多研究機構(gòu)和企業(yè)對納豆保健功能的研究，納豆深加工產(chǎn)品也越發(fā)多樣化。在我國對納豆深加工開展的研究相對較晚，比較多集中在食品開發(fā)、溶栓藥物的研究方面，在食品開發(fā)方面研究相較于溶栓藥物研發(fā)更為深入。消費者對納豆食品及其保健功效的認識還遠遠不夠，了解納豆和消費納豆的人在區(qū)域和群體上有明顯的特征。在區(qū)域上，主要集中在天津、河北等地；在群體上，主要是一些身患心血管和骨質(zhì)疏松等慢性病的老年群體[17]。

日本研究173種不同食物中酶的溶血栓作用，沒有一種是與納豆激酶類似[18]。納豆中的吡啶二羧酸具有抗埃希氏大腸桿菌和幽門螺桿菌的抗菌作用，這2種菌是胃潰瘍的病原菌[19-20]。納豆作為一種長壽食物已經(jīng)吸引了全球的目光。此外，納豆芽孢桿菌生產(chǎn)納豆激酶也有優(yōu)勢，可以進行液體發(fā)酵培養(yǎng)，讓納豆激酶大規(guī)模生產(chǎn)成為可能[21]。

參考文獻：

[1]Ito Y，Kimura K.Natto bacteria take up poly-glutamic acid （in Japanese）[J].Kagaku Seibutu，2006，44：569-572.

[2]Kiers J L，Vanlaekena E A，Rombouts F M，et al.In vitro digestibility of Bacillus fermented soybean[J].International Journal of Food Microbiology，2000，60：163-169.

[3]Nishito Y，Osana Y，Hachiya T，et al.Whole genome assembly of a natto production strain Bacillus subtilis natto from very short read data[J].BMC Genomics，2010，11（1）：243-254.

[4]尹惠霖，李宗軍.納豆芽孢桿菌對腸道功能的影響研究進展 [J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2014（4）：50-51，56.

[5]曾祥燕，趙良忠.納豆芽孢益生桿菌的篩選鑒定及耐受性、抑菌能力的研究 [J].食品工業(yè)科技，2015，35（1）：160-165.

[6]Sumi H.A noval fibrinolytic enzyme in the vegetable natto：a typical and popular soybean food in the Japanese diet[J]. Experience，1987，43（20）：1 110-1 111.

[7]王發(fā)祥，鐘青萍，鐘士清.納豆菌液體發(fā)酵條件的初步研究 [J].廣州食品工業(yè)科技，2003（B11）：14-16.

[8]史旭東，孫丹，韓繼福.納豆菌I液體發(fā)酵生產(chǎn)納豆激酶最佳培養(yǎng)基的篩選 [J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報，2006，22（3）：84-87.

[9]紀寧，孔繁東，祖國仁，等.納豆菌產(chǎn)抗菌物質(zhì)培養(yǎng)條件的研究 [J].中國乳品工業(yè)，2006，34（2）：43-46.

[10]鐘青萍，佘世望，梁勝媛.納豆菌產(chǎn)生抗菌物質(zhì)的培養(yǎng)條件的優(yōu)化 [J].生物學(xué)雜志，2001，18（6）：19-21.

[11]黃占旺，魏萍，劉海林，等.納豆菌生物學(xué)特性研究 [J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，26（1）：83-85.

[12]董超，史延茂，張麗萍，等.納豆芽孢桿菌的發(fā)酵工藝研究 [J].中國調(diào)味品，2006（12）：24-27.

[13]董明盛，江曉.溶栓納豆芽孢桿菌的篩選鑒定及其發(fā)酵特性研究 [J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，24（1）：95-98.

[14]蔡玉華，胥振國.納豆激酶高產(chǎn)菌株發(fā)酵條件的優(yōu)化 [J].中國生物制品學(xué)雜志，2014，27（11）：1 481-1 484.

[15]Fujita M，Hong K，Ito Y，et al.Transport of natto kinase across the rat intestinal tract[J].Biological&Pharmaceutical Bulletin，1995，18（9）：1 194-1 196.

[16]張利，成子強，李培峰，等.納豆激酶溶血栓作用的研究 [J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，36（4）：625-631.

[17]李輝尚，陳明海，李志強，等.日本納豆食品工業(yè)發(fā)展對我國的啟示 [J].糧油食品科技，2008，16（4）：1-5.

[18]Yanagisawa Y，Sumi H.Natto Bacillus contains a large amount of water-soluble vitaminK（menaquinone-7)[J]. Jounal of Food Bio-chemistry，2005，29：267-277.

[19]Ohsugi T，Ikeda S，Sumi H.Anti-platelet aggregation and blood coagulation activities of dipicolinic acid，a spore component of Bacillus subtilis natto[J].Food Science and Technology Research，2005（11）：308-319.

[20]Sumi H，Yatagai C，Ikeda S，et al.Dipicolinic acid in Bacillus subtilis natto and strong anti-H，pylori activity[J]. Journal of Clinical Pharmacy and Therapeutics，2006（16）：261-266.

[21]熊曉輝，梁劍光.納豆激酶液體發(fā)酵條件的優(yōu)化 [J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2004（1）：62-66.◇

中圖分類號：TS201.3

文獻標志碼：A

doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.06.017

文章編號：1671-9646（2016）06a-0059-03

收稿日期：2016-05-04

作者簡介：吳婷婷（1987— ），女，碩士，講師，研究方向為營養(yǎng)與食品衛(wèi)生。

The Review of the Research Process of the Optimum Fermentation Conditions of Bacillus natto

WU Tingting，Ding Yuyong
（Jiangsu Food&Pharmaceutical Science College，Huaian，Jiangsu 223003，China）

Abstract：In the middle of the 20th century，Japanese scholars successfully isolate Bacillus natto from traditional food of natto，which is a popular probiotics.Its probiotic function has been widely used in the field of biological medicine，agriculture，animal husbandry and so on.This review introduce the optimum fermentation conditions and the function of fermentation products of Bacillus natto.

Key words：Bacillus natto；the optimum fermentation conditions；review