化学与UV诱变及发酵工艺优化协同提升米曲霉产纤维素酶效能的比较研究

《Bioresource Technology Reports》：Comparative evaluation of chemical and UV mutagenesis with post-mutagenesis process optimization for enhanced cellulolytic enzyme production by Aspergillus oryzae NCIM 637

本研究通过比较化学诱变与UV诱变对米曲霉（Aspergillus oryzae）NCIM 637的诱变效果，结合响应面法（RSM）优化固态发酵（SSF）工艺，显著提升了以花生壳为基质的纤维素酶（包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶等）产量。化学诱变突变株M4代谢活性提升58.7%，酶产量增幅达48.7%-2.1倍；UV诱变则选择性增强特定酶活性。RSM模型预测性优异（R2=0.93–0.97），为农业废弃物高值化利用提供了可扩展的绿色生物制造策略。

　　

章节亮点

诱变对米曲霉代谢活性的影响

在花生壳基质固态发酵（SSF）条件下，评估了经化学诱变和UV辐照处理的米曲霉孢子和营养细胞的代谢活性。化学诱变显著提升了突变株活性（图1a、b）。孢子突变株M4（120分钟暴露）在96小时表现出最高活性（OD₄₉₀ = 1.29 ± 0.03），较野生型（WT）孢子提高48.3%。营养细胞突变株M4代谢增强尤为突出，展示出广谱酶活性提升潜力。

讨论

化学与UV诱变显著增强了米曲霉NCIM 637在花生壳SSF中的代谢能力及酶产量。化学诱变带来全面且稳定的提升，孢子突变株M4的OD₄₉₀值提高48.3%，并显著增加内切葡聚糖酶（endoglucanase）、外切葡聚糖酶（exoglucanase）、β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase）、β-木聚糖酶（β-xylanase）、β-淀粉酶（β-amylase）和蛋白酶（proteinase）的产量。UV诱变则呈现选择性激活特性，如营养细胞突变株M1的β-葡萄糖苷酶和蛋白酶活性显著增强。统计验证表明诱变类型与培养时间对结果具有极显著影响（p < 0.001）。RSM模型展现出强劲预测能力（R² = 0.93–0.97），合意性指数均高于0.95。工艺优化进一步放大效益，尤其使β-木聚糖酶产量提升70.1%，内切葡聚糖酶提高61.96%。综上，化学诱变可实现多酶系协同强化，而UV辐照更擅长定向调控特定代谢通路。

结论

本研究证实随机诱变（尤其是化学处理）可有效激发米曲霉NCIM 637在花生壳SSF中的代谢潜能与纤维素酶合成能力。化学诱变营养细胞突变株M4代谢活性提升48.3%，酶产量最高增加73.04%。UV诱变则特异性优化如β-葡萄糖苷酶和蛋白酶等关键酶活性，其中营养细胞突变株M1代谢增幅达85.3%。RSM建模为工艺参数精准调控提供了可靠工具，助力农业副产物资源化与工业酶生产绿色升级。