吴婷婷，丁玉勇

（江苏食品药品职业技术学院，江苏淮安　223003）



纳豆芽孢杆菌最适发酵条件的研究进展

吴婷婷，丁玉勇

（江苏食品药品职业技术学院，江苏淮安223003）

摘要：20世纪中期，日本学者从传统食物纳豆中分离出了纳豆芽孢杆菌。纳豆芽孢杆菌是一种众所周知的益生菌，在生物制药、农业、畜牧业等领域均有广泛应用。通过综述纳豆芽孢杆菌最适发酵条件及其发酵产物功能研究进展，为纳豆激酶大规模生产提供技术参考。

关键词：纳豆芽孢杆菌；最适发酵条件；综述

近年来，西方国家纷纷将目光投放到纳豆上，纳豆（Natto）是一种由大豆经纳豆芽孢杆菌（Bacillus natto）在一定温度、湿度下发酵制成的发酵类制品，在民间一直作为药食兼用。纳豆在日本已有400多年的消费历史，它拥有较高的营养价值并且容易消化。过去，日本发生食物中毒很普遍，后来人们通过吃纳豆来防止霍乱、痢疾及伤寒的发生。大约3/4的日本人平均1周吃1次纳豆，1/2的日本人平均每3 d吃1次纳豆[1]。

纳豆与我国传统的豆制品豆豉相似，其风味独特，纳豆发酵成熟后，色泽金黄，有一层黏性物质覆在其表面，挑起时有长长的丝状物质。我国的传统豆豉有霉菌型豆豉和细菌型豆豉两大类，其中细菌型豆豉是枯草杆菌（Bacillus subtilis）在较高温度下繁殖于蒸熟的大豆上，其利用蛋白酶可以产生风味独特、具有特异功能的食品，其最大特点是产生黏性物质，并可拉丝[2]。Nishito Y等人[3]已经证明，纳豆发酵菌DNA的碱基组成和排列与枯草芽孢杆菌的同源性非常高，属于枯草芽孢杆菌的一个亚种。纳豆芽孢杆菌是20世纪中期，日本学者从日本传统食物纳豆中分离出来的，属于细菌科和芽孢属范畴，并且也是已公布的40种益生菌之一，目前已经广泛应用于生物制药、农业、畜牧业等行业，研究前景广阔[4-5]。本文就纳豆芽孢杆菌的最适发酵条件研究进展进行总结。

1　纳豆芽孢杆菌液体发酵条件研究

在日本传统食物中提取的纳豆芽孢杆菌，经验证实枯草芽孢菌属的一个亚种。1987年须见洋行在纳豆的发酵产物中发现一种丝氨酸蛋白酶[6]，这种酶具有溶解交联纤维蛋白的功能，进而在治疗和预防脑血栓方面卓有成效，被命名为纳豆激酶。

纳豆芽孢杆菌生产纳豆激酶的最适发酵条件，将从培养基组成成分（如碳源、氮源、pH值及各种金属盐）的添加对纳豆芽孢杆菌活力的影响来筛选。

1.1不同碳源对纳豆芽孢杆菌活力的影响

不同碳源对纳豆芽孢杆菌生长有较大的影响，王发祥等人[7]和史旭东等人[8]对以葡萄糖、蔗糖、木糖、可溶性淀粉、果糖、乳糖、麦芽糖作为纳豆芽孢杆菌培养基的碳源得出，蔗糖2%～3%的质量分数作为碳源的纳豆芽孢杆菌生物量最佳，而葡萄糖等单糖的质量分数越高越不利于纳豆芽孢杆菌的生长。

1.2不同氮源对纳豆芽孢杆菌活力的影响

王发祥等人[7]、史旭东等人[8]和纪宁等人[9]均分别对以大豆蛋白胨、大豆分离蛋白、蛋白胨、酵母膏、硫酸铵、尿素作为培养基氮源进行研究得出，在同时有大豆蛋白胨和蛋白胨的情况下，大豆蛋白胨作为氮源优于蛋白胨，大豆成分的有机氮源成分更利于纳豆芽孢杆菌的生长；而尿素和无机氮源的硫酸铵类氮源不利于纳豆芽孢杆菌的生长。从人力、经济等角度综合考虑，纳豆芽孢杆菌培养基的氮源最适宜选用蛋白胨。

1.3pH值对纳豆芽孢杆菌活力的影响

钟青萍等人[10]试验得出，发酵培养的pH值控制在5.5～7.5时，随pH值的不断升高，纳豆芽孢杆菌生长速度也随之加快；而当pH值大于8.0时，纳豆芽孢杆菌生长速度随之减缓；在pH值7.0的培养基中，纳豆芽孢杆菌的抗菌活性最大。黄占旺等人[11]试验也得出，pH值为7.0时，菌种净生长量最高；而pH值低于或高于7.0时，净生长量均有所下降。试验说明，pH值7.0为该菌种最佳培养pH值，pH值低于6.0或高于8.0菌种均不能较好生长。从而可以认为，pH值7.0为纳豆芽孢杆菌生长的最适条件。

1.4各种金属阳离子对纳豆芽孢杆菌生长和产酶能力的影响

在发酵培养基中添加钙离子、镁离子、铜离子、锰离子、锌离子、亚铁离子等金属离子。董超等人[12]、纪宁等人[9]试验研究得出，钙离子和镁离子对纳豆杆菌的生长和酶的产出具有促进作用，锌离子和锰离子会抑制纳豆杆菌的生长，铜离子会强烈抑制纳豆杆菌的生长和产酶。

1.5温度对纳豆芽孢杆菌活力的影响

众多学者[7，10-12]研究得出，当温度低于30℃或高于45℃时，纳豆芽孢杆菌的净生长量均有下降趋势。在温度处于30～45℃时，纳豆芽孢杆菌生长良好，菌数稳定增长，并且在该温度范围内净生长量相差不大，且纳豆芽孢杆菌产生纳豆激酶的产量最高，尤其是在37℃。

1.6其他因素对纳豆芽孢杆菌活力的影响

纳豆芽孢杆菌[13]是好氧的革兰氏阳性菌，属细菌科，提高溶氧量有利于菌体生长及抗菌物质的产生。但初期菌种接种量对生物量的积累并无影响，即使初期接种量不同，但最后细胞的生长量基本相同，初期接种量的多少也只会影响细胞生长延迟期的长短；接种量大延迟期短，接种量小则进入对数生长期较晚，但一般进行48 h培养后由于营养物质基本耗尽，最后细胞生长总量基本相同。从培养方式来看，摇床振荡培养的效果优于静置培养，可能是摇床震荡培养过程中增加了菌体与氧气的接触面积和延长了菌体与氧气的接触时间。王发祥等人[7]、纪宁等人[9]认为，摇床转速180 r/min为纳豆芽孢杆菌生长的最适转速。

2　纳豆的功能代谢产物——纳豆激酶

目前，国内外在临床治疗血栓病的药物有尿激酶原（pro-UK）、链激酶（SK）、重组组织型纤溶酶原激活剂（t-PA）、尿激酶（UK）等，但它们的临床成效各有千秋，有的价格昂贵，效果一般；有的毒副作用大；有的在体内半衰期短[13]。纳豆激酶（NK）是纳豆发酵过程中产生的一种碱性丝氨酸蛋白酶功能代谢产物[14]，是一种新型的溶栓药物，与当前使用的同类治疗血栓产品相比，其最显著的功效在于其溶栓性，可以达到“经口纤溶疗法”目的。研究人员在世界数百种食物中都筛选到了在日本发现的、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备血浆纤维蛋白溶酶的特异性[15]。研究结果表明，纳豆激酶不仅可以催化血纤维蛋白原转化成有活性的血纤维蛋白原溶酶；其对纤维蛋白作用更为敏感，可以在不破坏体内纤维蛋白原的前提下，直接破坏交联纤维蛋白，并且其作用效果也很长（半衰期>8 d），增强了体内外血栓的溶解活性[16]。

张利等人[16]对于纳豆激酶作用于血栓的试验得出，纳豆激酶的溶栓作用更强，其作用时间短，药效持续时间长，可明显延长血栓形成的时间、显著减少肺内血栓的形成、显著减少股动脉的长度及湿重并明显提高血栓的再通率，表明纳豆激酶具有较强的体内溶栓作用，且同等剂量的纳豆激酶和尿激酶相比，前者的溶栓作用高于后者，纳豆激酶有望成为新一代溶栓药物。

3　我国纳豆在食品工业发展现状及开发前景

纳豆在20世纪中期的日本是一种受广大民众喜爱的发酵食品，其具备丰富的营养素和保健因子，受到越来越多人的认识和肯定。随着越来越多研究机构和企业对纳豆保健功能的研究，纳豆深加工产品也越发多样化。在我国对纳豆深加工开展的研究相对较晚，比较多集中在食品开发、溶栓药物的研究方面，在食品开发方面研究相较于溶栓药物研发更为深入。消费者对纳豆食品及其保健功效的认识还远远不够，了解纳豆和消费纳豆的人在区域和群体上有明显的特征。在区域上，主要集中在天津、河北等地；在群体上，主要是一些身患心血管和骨质疏松等慢性病的老年群体[17]。

日本研究173种不同食物中酶的溶血栓作用，没有一种是与纳豆激酶类似[18]。纳豆中的吡啶二羧酸具有抗埃希氏大肠杆菌和幽门螺杆菌的抗菌作用，这2种菌是胃溃疡的病原菌[19-20]。纳豆作为一种长寿食物已经吸引了全球的目光。此外，纳豆芽孢杆菌生产纳豆激酶也有优势，可以进行液体发酵培养，让纳豆激酶大规模生产成为可能[21]。

参考文献：

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中图分类号：TS201.3

文献标志码：A

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

文章编号：1671-9646（2016）06a-0059-03

收稿日期：2016-05-04

作者简介：吴婷婷（1987— ），女，硕士，讲师，研究方向为营养与食品卫生。

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