CN117887592A - 米曲霉jaas-32及其在制备黑水虻虫浆蛋白肽中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了米曲霉JAAS‑32及其在制备黑水虻虫浆蛋白肽中的应用,米曲霉JAAS‑32已于2023年8月10日保藏于广东省微生物菌种保藏中心,分类命名为Aspergillus oryzae,保藏编号为GDMCC No:63725。本发明提供的米曲霉JAAS‑32,对黑水虻虫浆进行酶解发酵处理20‑40 h,其蛋白肽(<10 kDa)含量是未处理组的1.53倍,游离氨基酸的含量是未处理组的1.41倍,总抗氧化活性是未处理组的1.35倍;对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和溶藻弧菌的抑菌圈直径分别是未处理组的1.62倍,1.17倍和1.45倍。该菌株易培养、生长快、适应性强,基于该菌株,可建立一种低成本、操作简便、高效的提高黑水虻虫浆抗菌性能的方法。
Description
技术领域
本发明属于生物制剂技术领域,具体涉及米曲霉JAAS-32及其在制备黑水虻虫浆蛋白肽中的应用。
背景技术
抗生素的滥用,导致病原菌抗药性增强,催生“超级耐药菌”,抗生素耐药性与安全性已被世界卫生组织列为全球公共卫生的威胁之一。因此,寻找绿色安全高效的抗生素替代品成为行业迫切所需。
抗菌肽通常是由多个氨基酸残基组成的小分子多肽,具有较强的热稳定性、水溶性以及广谱高效的抗菌活性。抗菌肽的抗菌机理与抗生素不同,不易产生耐药性菌株。其中,昆虫源抗菌肽因具有良好的抑菌活性、稳定性及安全性,被认为是潜在的抗生素替代品之一,已然成为热点。
黑水虻(Hermetia illucens),是一种双翅目水虻科扁角水虻属的昆虫,其幼虫可将餐厨垃圾、畜禽粪便、废弃农作物等有机固废转化成富含蛋白及脂肪。黑水虻幼虫是一种优质蛋白资源,富含多种动物所需的氨基酸,也是各种养殖动物及宠物的良好饲料添加剂;如中国专利CN112544783A等很多专利均有报道。黑水虻含有丰富的具有生物活性成分的天然物质,其中包括抗菌肽、抗氧化剂以及免疫调节因子等。
因此,如何提升黑水虻虫浆中抗菌肽的含量及其抑菌性能,是黑水虻幼虫成为抗生素替代品的核心竞争力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供米曲霉JAAS-32及其在制备黑水虻虫浆蛋白肽中的应用,通过米曲霉JAAS-32发酵样品对黑水虻虫浆的处理,可提高黑水虻虫浆蛋白肽的含量及抑菌性能。
本发明为实现上述目的采取的技术方案为:
本发明的第一方面在于,提供米曲霉JAAS-32,所述米曲霉JAAS-32已于2023年8月10日保藏于广东省微生物菌种保藏中心,分类命名为Aspergillus oryzae,保藏编号为GDMCC No:63725。
本发明的第二方面在于,提供一种采用米曲霉JAAS-32制备黑水虻虫浆蛋白肽的方法,包括如下步骤:(1)制备黑水虻虫浆;米曲霉JAAS-32发酵获得米曲霉发酵样品;(2)将所述的黑水虻虫浆与所述的米曲霉发酵样品混合均匀并进行酶解发酵,得到黑水虻虫浆酶解发酵液。
优选地,步骤(1)中,将黑水虻幼虫与水按照质量比5:4~15:4混合匀浆,制备得到黑水虻虫浆。
更优选地,将黑水虻幼虫与水按照质量比5:2混合匀浆,即称取黑水虻幼虫200.0g,加入80.0 mL去离子水,在匀浆机中匀浆。
更优选地,所述的黑水虻虫为黑水虻幼虫,更优选五日龄期的黑水虻幼虫。
优选地,步骤(1)中,挑取米曲霉JAAS-32单菌落接入PDA液体培养基,培养温度为30~40 ℃,搅拌转速100~200 rpm,培养时间为48~96 h,得到米曲霉种子液;将所述的米曲霉种子液以体积比5%~20%的接种量接种至装有PDA液体培养基的发酵罐,培养温度为30~40 ℃,搅拌转速100~400 rpm,空气通气量为0.2~2 vvm,培养时间为48~96 h,获得米曲霉发酵样品。此时米曲霉发酵样品中米曲霉的浓度为1×107~1×108 CFU/mL。
优选地,步骤(2)中,每100 g黑水虻虫浆中,加入3~10 mL的米曲霉发酵样品;和/或所述酶解发酵的发酵温度为25~35 ℃,发酵时间为20~40 h。
更优选地,每100 g黑水虻虫浆中,加入5 mL的米曲霉发酵样品。
本发明的第三方面在于,提供上述的方法制备得到的黑水虻虫浆蛋白肽。
优选地,所述的黑水虻虫浆蛋白肽的分子量<10 kDa。
更优选地,所述的黑水虻虫浆蛋白肽的分子量在1~10 kDa范围,更优选3~10 kDa范围。
本发明的第四方面在于,提供上述的黑水虻虫浆蛋白肽在制备抗氧化和/或抑菌产品中的应用。
优选地,所述的抑菌包括对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和溶藻弧菌的抑制。
优选地,所述的抗氧化和/或抑菌产品包括但不限于饲料添加剂。
本发明的第五方面在于,提供上述米曲霉JAAS-32在提高黑水虻虫浆蛋白肽的含量及抑菌性能中的应用。
本发明的有益效果在于:
本发明筛选得到一株米曲霉JAAS-32,保藏编号为GDMCC No:63725。将米曲霉JAAS-32对黑水虻虫浆进行酶解发酵处理20~40 h,其蛋白多肽(<10 kDa)含量是未处理组的1.53倍,游离氨基酸的含量是未处理组的1.41倍,总抗氧化活性是未处理组的1.35倍;对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和溶藻弧菌的抑菌圈直径分别是未处理组的1.62倍,1.17倍和1.45倍。该菌株易培养、生长快、适应性强,基于该菌株,可建立一种低成本、操作简便、高效的提高黑水虻虫浆抗菌性能的工艺。
附图说明
图1 为基于ITS序列构建的系统发育树。
图2为米曲霉JAAS-32的蛋白水解圈。
图3为黑水虻抗菌肽对病原菌抑菌圈直径测定:a,未处理组黑水虻抗菌肽;b,米曲霉发酵组黑水虻抗菌肽;c,阴性对照无菌水;d,阳性对照氯霉素水溶液。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提供的菌株为米曲霉(Aspergillus oryzae)JAAS-32,已于2023年8月10日保藏于广东省微生物菌种保藏中心(简称GDMCC;地址:广东省广州市先烈中路100号大院59号楼5楼,广东省科学院微生物研究所,邮编:510070),分类命名为Aspergillus oryzae,保藏编号为GDMCC No. 63725。米曲霉JAAS-32(Aspergillus oryzae JAAS-32)GDMCC No.63725,简称为米曲霉JAAS-32。
下列实施例中,所述的PDA液体培养基配方为:马铃薯浸出粉6.0 g/L,葡萄糖20.0g/L,氯霉素0.1 g/L,pH值5.4-5.8。
所述的PDA固体平板即为PDA液体培养基中加入15 g/L的琼脂。
金黄色葡萄球菌货号:CICC 10306、大肠杆菌货号:CICC 10372、溶藻弧菌货号:CICC 10484。
实施例1 米曲霉的筛选、鉴定与酶活检测
1、菌种的分离、纯化
(1)称取餐厨垃圾喂养的新鲜的黑水虻幼虫200.0 g匀浆。称取匀浆后的黑水虻幼虫200.0 g,加入80.0 mL去离子水,在30.0 ℃、200 rpm条件下震荡1 h,取出静置30 min。
(2)取上清液用无菌水进行梯度稀释至105 CFU/mL,将稀释后的菌悬液涂布在PDA固体平板。30 ℃倒置恒温培养24 h,从平板上选取单菌落,重复涂布在PDA固体平板上,获得纯培养的微生物菌种。
2、菌株的鉴定
对筛选出来的真菌进行ITS测序。采用柱式DNA方法(柱式DNA提取试剂盒购自于生工生物工程(上海)股份有限公司)提取真菌基因组的DNA,对提取得到的DNA采用ITS扩增引物ITS1和ITS4进行PCR扩增。
所述的ITS1序列为:5'- TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3'(SEQ ID No.1),ITS4序列为:5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3'(SEQ ID No.2)。PCR扩增体系见表1,PCR扩增程序见表2。
表1 PCR扩增体系
试剂 | 剂量(μL) |
引物ITS1 | 1.5 |
引物ITS4 | 1.5 |
ddH2O | 20.5 |
Mastermix | 15 |
DNA模板 | 1.5 |
表2 PCR扩增程序
步骤 | 条件 |
预变性 | 95 ℃,5 min |
变性 | 95 ℃,30 s |
退火 | 57 ℃,30 s |
延伸 | 72 ℃,1 min30 s |
终延伸 | 72 ℃,7 min |
保存 | 4 ℃ |
注:循环变性-退火-延伸三个过程,共30个循环。
将PCR扩增产物送至通用生物(安徽)股份有限公司进行测序,对测序后得到的ITS片段基因序列如SEQ ID No.3所示,与NCBI数据库进行同源性比对,并使用MGEA 11构建系统发育树,详细见图1。从图1可以看出,该菌株鉴定为米曲霉(Aspergillus oryzae)。
所述的ITS片段基因序列SEQ ID No.3如下:
GATTTCTCGTAAGGTGCCGAGCGGGTCATCATAGAAACACCGCCCGATCCCTAGTCGGCATAGTTTATGGTTAAGACTACGACGGTATCTGATCGTCTTCGATCCCCTAACTTTCGTTCCCTGATTAATGAAAACATCCTTGGCGAATGCTTTCGCAGTAGTTAGTCTTCAGCAAATCCAAGAATTTCACCTCTGACAGCTGAATACTGACGCCCCCGACTATCCCTATTAATCATTACGGCGGTCCTAGAAACCAACAAAATAGAACCGCACGTCCTATTCTATTATTCCATGCTAATGTATTCGAGCAAAGGCCTGCTTTGAACACTCTAATTTTTTCACAGTAAAAGTCCTGGTTCCCCCCACAGCCAGTGAAGGCCATGAGGTTCCCCAGAAGGAAAGGTCCAGCCGGACCAGTACTCGCGGTGAGGCGGACCGGCCAGCCAGACCCAAGGTTCAACTACGAGCTTTTTAACTGCAACAACTTTAATATACGCTATTGGAGCTGGAATTACCGCGGCTGCTGGCACCAGACTTGCCCTCCAATTGTTCCTCGTTAAGGGATTTAGATTGTACTCATTCCAATTACGAGACCCAAAAGAGCCCCGTATCAGTATTTATTGTCACTACCTCCCCGTGTCGGGATTGGGTAATTTGCGCGCCTGCTGCCTTCCTTGGATGTGGGTAGCCCGTTTCTCAGGCTCCCTCTCCGGAATCGAACCCTAATTCCCCGTTACCCGTTGCCACCATGGTAGGCCACTATCCTACCATCGAAAGTTGATAGGGCAGAAATTTGAATGAACCATCGCCGGCGCAAGGCCATGCGATTCGTTAAGTTATTATGAATCACCAAGGAGCCCCGAAGGGCATTGGTTTTTTATCTAATAAATACACCCCTTCCGAAGTCGAGGTTTTTAGCATGTATTAGCTCTAGAATTACCACAGGTATCCATGTAGTAAGGTACTATCAAATAAACGATAACTGATTTAATGAGCCATTCGC
3、米曲霉蛋白水解圈测定
(1)米曲霉JAAS-32菌液制备
从-80 ℃冰箱取出冻存的米曲霉JAAS-32菌株。将其涂布在PDA固体平板,30 ℃培养24 h。从PDA固体平板上取出1-2环米曲霉单菌落接种于100 mL PDA液体培养基中,恒温培养箱(30 ℃,200 rpm)培养24 h,即得米曲霉JAAS-32菌液。
(2)米曲霉蛋白水解圈
吸取适量米曲霉JAAS-32菌液,轻点在蛋白酶筛选平板(蛋白酶筛选平板配方:脱脂牛奶20 g/L,琼脂20 g/L)上,30 ℃倒置培养24h观察并测定米曲霉蛋白水解圈直径,如图2所示,结果显示:米曲霉蛋白水解圈直径25±0.2 mm。
4、米曲霉总蛋白酶活测定
对米曲霉JAAS-32菌液,使用南京建成生物工程研究所总蛋白酶酶活测定试剂盒,进行蛋白酶酶活测定,酶活性为1.104偶氮酪蛋白/h/mg。
实施例2 黑水虻虫浆的米曲霉酶解制备工艺
1、黑水虻虫浆的制备
称取餐厨垃圾喂养的新鲜黑水虻五日龄期幼虫200.0 g,加入80.0 mL无菌水至匀浆机中匀浆,获取黑水虻虫浆。
2、米曲霉JAAS-32发酵获得米曲霉发酵样品
米曲霉JAAS-32划线接种于PDA固体平板,30 ℃培养24 h得到活化的米曲霉JAAS-32单菌落。挑取米曲霉JAAS-32单菌落接入PDA液体培养基,培养温度为30 ℃,搅拌转速150rpm,培养时间为60 h,得到米曲霉种子液;将种子液以体积比10%的接种量接种至装有PDA液体培养基的发酵罐,培养温度为30 ℃,搅拌转速300 rpm,空气通气量为0.4 vvm,培养时间60 h,即得米曲霉JAAS-32发酵样品。
3、米曲霉发酵黑水虻虫浆
称取黑水虻虫浆100.0 g,加入5 mL米曲霉发酵样品混合均匀,放入恒温培养箱(30.0 ℃,200 rpm)发酵24 h,得到米曲霉发酵组黑水虻虫浆发酵液。
另,称取黑水虻虫浆100.0 g,放入恒温培养箱(30.0 ℃,200 rpm)发酵24 h,得到未处理组黑水虻虫浆发酵液。
4、透析袋透析黑水虻蛋白多肽(<10 kDa)
(1)透析袋预处理:
将截留分子量为10 kDa的透析袋剪成11 cm长的小段,使用前用EDTA(pH=8.0)煮沸洗去表面杂质,取出透析袋后,用蒸馏水进行彻底清洗,确保透析袋表面不残留任何清洗剂或杂质。
(2)透析及蛋白多肽(<10 kDa)含量测定:
取出步骤3得到的黑水虻虫浆发酵液,将发酵液装入透析袋,并使用透析夹或扎带夹好两端。将装有虫浆的透析袋放入烧杯中,加入50 mL蒸馏水,确保透析袋完全浸泡在蒸馏水中,透析36 h,每12 h换一次蒸馏水。透析结束后混合3次透析液,采用BCA法测定其中蛋白肽含量,采用游离氨基酸含量试剂盒(购自于苏州格锐思生物科技有限公司)测定游离氨基酸含量。
试验结果:
与未处理组黑水虻虫浆发酵液相比,本实施例的米曲霉发酵组蛋白多肽(<10kDa)含量和游离氨基酸含量均有所提升。如表3得知,米曲霉发酵组蛋白多肽(<10 kDa)含量是未处理组的1.53倍;游离氨基酸的含量是未处理组的1.41倍。表明,米曲霉分泌的蛋白酶,可以将大分子蛋白酶解为多肽及氨基酸。
表3 未处理组与米曲霉发酵组黑水虻虫浆蛋白肽及游离氨基酸含量
名称 | 蛋白多肽<10 kDa(mg/g) | 游离氨基酸(mg/g) |
未处理组 | 118.400 | 30.571 |
米曲霉发酵组 | 181.020 | 43.215 |
测试例1 黑水虻虫浆蛋白肽的总抗氧化活性检测
取出实施例2米曲霉酶解发酵组制备的黑水虻虫浆蛋白多肽(<10 kDa)冻干粉,用超纯水配制成浓度为10 mg/mL的系列溶液,按照总抗氧化能力测定试剂盒(购自于南京建成生物工程研究所)说明书方法,进行总抗氧化能力测定试验。
试验结果:未处理组和米曲霉发酵组制备的黑水虻蛋白肽均表现出抗氧化活性,当黑水虻蛋白多肽(<10 kDa)浓度为10 mg/g时,如表4所示,未处理组的总抗氧化能力为26.81 U/mg,米曲霉酶解发酵组的总抗氧化能力为36.18 U/mg,是未处理组的1.35倍。
表4 黑水虻蛋白肽总抗氧化活性
测试例2 黑水虻虫浆蛋白肽的抑菌活性检测
1、黑水虻虫浆抗菌肽的提取
(1)配制抗菌肽提取液(10%乙酸、0.01 moL/L Na2EDTA)。
(2)实施例2未处理组和米曲霉发酵组黑水虻虫浆发酵液分别与抗菌肽提取液混合均匀(v:v=1:10),200 rpm,37 ℃浸提半小时,转移至离心机(3500 rpm,25 min)收集上清液,作为抗菌肽粗提取液。将其进一步冷冻干燥,获得黑水虻抗菌肽。
2、黑水虻抗菌肽抑菌活性测定
阴性对照为无菌水;抗生素氯霉素作为阳性对照,浓度配制成0.5 mg/mL的氯霉素水溶液。确定金黄色葡萄球菌菌液、大肠杆菌菌液浓度为1.0×109 CFU/mL以及溶藻弧菌菌液浓度为1.0×107 CFU/mL,吸取适量金黄色葡萄球菌菌液和大肠杆菌菌液,均匀的涂布在LB培养基上,溶藻弧菌菌液均匀的涂布在TCBS平板上。将直径为7.5 mm的牛津杯轻轻的放置在LB平板上,在牛津杯中加入等量黑水虻抗菌肽,在37 ℃恒温培养箱内培养10 h,观察并测量抑菌圈直径。
试验结果:对黑水虻抗菌肽进行体外抑菌测试。抑菌效果如下:从表5可以看出,未处理组和米曲霉发酵组均有抑菌圈出现,未处理组对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和溶藻弧菌的抑菌圈分别为16±0.1 mm,24±0.1 mm和20±0.2 mm,米曲霉酶解发酵组对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和溶藻弧菌的抑菌圈分别为26±0.2 mm,28±0.1 mm和29±0.2 mm;抑菌圈直径分别是未处理组的1.62倍,1.17倍和1.45倍。试验结果表明,经米曲霉酶解发酵后黑水虻虫浆的抗菌性能,得到显著提高。
表5 黑水虻抗菌肽抑菌活性
显然,本发明的上述实施例仅仅是为更清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方法予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.米曲霉JAAS-32,所述米曲霉JAAS-32已于2023年8月10日保藏于广东省微生物菌种保藏中心,分类命名为Aspergillus oryzae,保藏编号为GDMCC No:63725。
2.一种采用权利要求1所述的米曲霉JAAS-32制备黑水虻虫浆蛋白肽的方法,包括如下步骤:(1)制备黑水虻虫浆;米曲霉JAAS-32发酵获得米曲霉发酵样品;(2)将所述的黑水虻虫浆与所述的米曲霉发酵样品混合均匀并进行酶解发酵,得到黑水虻虫浆酶解发酵液。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,将黑水虻幼虫与水按照质量比5:4~15:4混合匀浆,制备得到黑水虻虫浆。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,挑取米曲霉JAAS-32单菌落接入PDA液体培养基,培养温度为30~40 ℃,搅拌转速100~200 rpm,培养时间为48~96 h,得到米曲霉种子液;将所述的米曲霉种子液以体积比5%~20%的接种量接种至装有PDA液体培养基的发酵罐,培养温度为30~40 ℃,搅拌转速100~400 rpm,空气通气量为0.2~2vvm,培养时间为48~96 h,获得米曲霉发酵样品。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,每100 g黑水虻虫浆中,加入3~10 mL的米曲霉发酵样品;和/或所述酶解发酵的发酵温度为25~35 ℃,发酵时间为20~40h。
6.权利要求2~5任意一项所述的方法制备得到的黑水虻虫浆蛋白肽。
7.根据权利要求6所述的黑水虻虫浆蛋白肽,其特征在于,所述黑水虻虫浆蛋白肽的分子量<10 kDa。
8.权利要求6所述的黑水虻虫浆蛋白肽在制备抗氧化和/或抑菌产品中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述的抑菌包括对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和溶藻弧菌的抑制。
10.权利要求1所述的米曲霉JAAS-32在提高黑水虻虫浆蛋白肽的含量及抑菌性能中的应用。
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