基于大豆粕水解物与生物膜发酵的枯草芽孢杆菌纳豆联产MK-7、纳豆激酶和γ-聚谷氨酸的整合生物加工策略

针对枯草芽孢杆菌纳豆(B. subtilis natto)代谢产物产量低、提取成本高的问题，研究人员开发了一种整合生物加工策略，通过低成本的豆粕水解物(SMH)结合生物膜发酵技术，显著提升menaquinone-7(MK-7)、nattokinase(NK)和γ-polyglutamic acid(γ-PGA)的产量，并建立三者的顺序提取系统，提取率分别达75.4%、77.1%和71.9%，为工业化生产提供经济高效的解决方案。

　　

论文解读

在健康食品和医药领域，枯草芽孢杆菌纳豆(Bacillus subtilis natto)因其产生的三种高价值代谢物而备受关注：menaquinone-7(MK-7，维生素K₂的一种)是骨骼健康的关键辅因子，纳豆激酶(NK)具有显著的溶栓作用，而γ-聚谷氨酸(γ-PGA)则是食品和制药行业的多功能添加剂。然而，当前这些代谢物的生产效率低下，且缺乏经济高效的联产技术，严重制约了其工业化应用。

针对这一瓶颈，广州的研究团队在《Food Bioscience》发表了一项突破性研究。他们创新性地将低成本豆粕水解物(SMH)与生物膜发酵技术结合，开发出既能提升三种代谢物产量、又能实现顺序提取的整合生物加工策略。

关键技术方法
研究采用枯草芽孢杆菌纳豆CICC No. 25137菌株，通过比较胰蛋白酶(SMH-T)、复合蛋白酶(SMH-P)和碱性蛋白酶(SMH-A)制备的豆粕水解物对发酵的影响，结合生物膜发酵与浸没发酵两种模式，分析细胞膜电位和活性氧(ROS)积累等生理特性。基于硫酸铵分级沉淀原理，建立MK-7、NK和γ-PGA的顺序提取系统。

研究结果

SMH培养基对浸没发酵性能的影响
在浸没发酵中，商业大豆蛋白胨(SP)组的菌体生物量最高(OD₆₀₀=1.85)，但SMH-T和SMH-P组分别达到1.53和1.58，且后者的代谢物产量与SP相当。这表明SMH-P可作为SP的低成本替代品。

生物膜发酵模式下SMH的增效机制
生物膜发酵中，SMH-T组表现出显著优势：MK-7产量达52.4 g/L，NK活性2949.3 U/mL，γ-PGA产量11.7 g/L。研究发现SMH-T能促进更致密的生物膜形成，使细胞膜电位升高并维持适度ROS水平，从而激活代谢通路。

顺序提取系统的建立
利用硫酸铵对不同蛋白质(如NK和MK-7蛋白复合物)的差异化沉淀能力，成功实现三种产物的顺序分离，提取率分别为MK-7(75.4%)、NK(77.1%)和γ-PGA(71.9%)。

结论与意义
该研究首次实现了枯草芽孢杆菌纳豆三种高值代谢物的协同增效生产与一体化提取。SMH-T在生物膜发酵中的卓越表现揭示了氮源特性与细胞生理状态的关联机制，而顺序提取系统则解决了多产物分离的技术难题。这项技术将发酵成本降低30%-40%，为功能性食品和药物的规模化生产提供了全新范式，对促进大健康产业发展具有重要实践价值。