江南大学食品学院徐学明教授、金亚美副研究员：磁场与镁离子协同作用下枯草芽孢杆菌产表面活性素

 

江南大学食品学院徐学明教授、金亚美副研究员研究团队在农林科学领域Top期刊Food Bioscience发表了题为“Kinetics study on microbial growth and surfactin production of Bacillus subtilis ATCC 21332 under the synergistic effect of magnetic field and Mg2+”的文章，采用磁场振荡反应器（英都斯特（无锡）感应科技有限公司），采用5、10、20、30 mT磁场与0、0.8、1.6和2.4 mM的Mg2+协同辅助枯草芽孢杆菌发酵，并在30 ℃下孵育0~72 h，并探究发酵过程中微生物生长和发酵产物生物活性素的反应动力学特性。

 

研究发现，与对照相比，在20 mT下暴露48 h和72 h，枯草芽孢杆菌的生物量显著增加。此外，随磁场强度增加，枯草芽孢杆菌的最大生物量增加，最大比生长速率（μm）发生在20 mT下，且与5 mT相比，滞后时间（λ）缩短了1.4小时。同时，Mg2+的存在对枯草芽孢杆菌的生长具有不可或缺的作用，但随Mg2+浓度增加，生长性能减弱。发酵过程中随磁场强度的增强，pH在初始阶段急剧下降，24 h后逐渐升高，促进了细胞中有机酸的代谢。当暴露于不同磁场环境下，残糖含量变化趋势相似，且10~30 mT磁场环境较5 mT下葡萄糖消耗率显著提高，而Mg2+的存在加速了枯草芽孢杆菌对底物的利用。磁场环境下暴露48 h以上，最大表面活性素滴度（Cm）可达对照组的140%以上，表面活性素生产前的持续时间（td）大约缩短了4~6小时。20 mT下表面活性素滴度是5 mT的1.63倍，比表面活性素生产率（Pm）提高61.5%。经优化后，设置磁场暴露时间58 h，磁场强度24 mT，Mg2+浓度1.1 mM，辅助发酵后平均最大表面活性素滴度为2364.94 mg/L，比无磁场的对照组和0.8 mM Mg2+的条件提高1.42倍，表面活性素快速生长阶段增加78.44%，较对照组提早6 h。磁场与Mg2+协同作用下总体体积表面活性素生产率和特异性表面活性素形成塑料分别增加136%和217%，并增强底物摄取更多葡萄糖促进表面活性素合成。磁场辅助枯草芽孢杆菌发酵生产表面活性素的应用，为提高细菌生长代谢及其高附加值产物的生产力提供了有价值的见解。