2021年發表于《食品工業科技》的文獻《米糠發酵產物抑制α葡萄糖苷酶的工藝優化》，用枯草芽孢桿菌 MK15 對米糠進行發酵，發現其產物對 α－葡萄糖苷酶的活性具有較強的抑制作用，并對發酵條件進行了工藝優化。在光譜分析環節，研究采用了歐世盛的在線傅里葉中紅外檢測器（FT-IR）對抑制產物進行分析，發現米糠發酵產物為含側鏈的多糖類物質。

在線傅里葉中紅外檢測器

在線傅里葉中紅外檢測器是一款快速、準確且應用廣泛的檢測儀器。紅外光和化合物相互作用后，引起化合物不同分子鍵發生相應的振動及轉動，根據紅外吸收光譜的峰位、峰形和峰強，可以獲取不同化合物的特征吸收光譜圖，從而對未知化合物進行定性及定量分析。搭載一體化的ATR流通采集系統，可實時檢測被測樣品成分，適用于過程在線檢測。

01 特點1：

ZnSe；Diamond；Silicon ATR光學材料，適應不同工業現場使用

02 特點2:

金反射鏡光學系統，抗氧化性強，光學性能更穩定

03 特點3:

可搭載高靈敏度室溫檢測器或電制冷MCT檢測器，適用于微量化合物檢測

研究亮點及意義

該研究在菌種與底物方面進行了創新。選用食品源枯草芽孢桿菌 MK15（菌種篩選于四川泡菜，安全無害），以農業副產物米糠為底物，實現廢物利用，同時降低生產成本。通過 SEM 與 FT-IR 聯合表征，明確米糠發酵產物抑制α- 葡萄糖苷酶活性的化學本質（含側鏈多糖）及微觀結構（多孔塊狀），為其作用機制研究奠定基礎，也為同類農業副產物的生物轉化研究提供了方法學參考。

豐富了α- 葡萄糖苷酶抑制劑的來源渠道，證實微生物發酵農業副產物是獲取天然抑制劑的有效途徑，突破了傳統化學合成或天然提取的局限，有望為糖尿病防治提供新型天然功能成分。

導圖

實驗方法

本研究圍繞米糠發酵產物α-葡萄糖苷酶抑制劑展開，采用 “單因素實驗+響應面優化" 的核心思路，結合結構表征技術，形成系統的實驗方案。

>>>> 菌種與材料選擇

選用從四川泡菜中篩選的枯草芽孢桿菌 MK15 作為發酵菌株，以米糠為發酵底物，搭配α- 葡萄糖苷酶、對硝基苯 α-D 葡萄糖吡喃苷等試劑，借助酶標儀、掃描電鏡（SEM）、傅里葉中紅外檢測器（FT-IR）等儀器完成實驗。

>>>> 關鍵實驗步驟

發酵種子制備：將枯草芽孢桿菌 MK15 接種至 NA 培養基，37℃、180r/min 培養 24h 活化菌種。

發酵與純化：按 3% 接種量將種子液接入米糠發酵培養基，經發酵、離心、調 pH 除蛋白、醇沉、Savage 法脫蛋白、冷凍干燥等步驟獲得純化產物。

抑制率測定：改良體外測定模型，通過 96 孔板反應（37 ℃ 反應 30 min），終止反應并混勻后在 405nm 處測吸光值，采用 100、50、10、5、1、0.1、0.02 mmol /L 阿卡波糖作為陽性對照。吸光值代入公式計算α－葡萄糖苷酶活性的抑制率。

條件優化：先通過單因素實驗考察培養時間、溫度、培養基初始 pH、米糠添加量、裝液量、轉速等因素對對 α－葡萄糖苷酶活性的影響；再選取培養溫度、培養時間、培養基初始 pH 三個因素作為自變量，采用 Box-Behnken 響應面法設計組合試驗，建立回歸模型優化工藝。

結構表征及紅外光譜分析：利用 SEM 觀察產物（凍干粉）微觀形態。通過歐世盛傅里葉中紅外檢測器（FT-IR）分析官能團及糖鍵結構，掃描范圍為4000～400 cm?1。

>>>> 數據處理

采用 Design Expert 10.0.6 軟件設計響應面、數據分析及建立回歸模型，用 Origin Pro 2018 作圖，確保數據可靠。

實驗結果

>>>> 單因素實驗

通過實驗確定各影響因素條件為：培養時間 48h、溫度 35℃、培養基初始 pH8.0、米糠添加量 5%、裝液量 50mL/250mL、搖床轉速 180r/min。實驗發現糠在發酵中起到重要作用，當培養基中不添加米糠時，對α－葡萄糖苷酶活性沒有抑制作用。

>>>> 響應面優化

建立多元三次回歸模型（P<0.0001，失擬項P = 0.9709 ＞ 0.05 不顯著），擬合度好，誤差較小，R2 = 0.998 ＞ 90% ，關聯性較好，表示該模型可以反映響應值變化，可用于分析及預測米糠發酵工業工藝。

三因素影響大小排序：培養時間 > 培養基初始 pH > 培養溫度，且培養溫度與培養時間的交互作用較為顯著。

驗證實驗：選取溫度 35 ℃，時間 50 h，pH8.0 進行驗證，重復實驗三次并取平均值，所得 α－葡萄糖苷酶抑制率是 88.8% ，基本與模型預測值保持同一水平，上述結果表明響應面法對米糠發酵工藝條件的優化有效。

>>>> 結構表征

SEM 觀察顯示，米糠發酵產物脫水后形成片狀多孔塊狀結構。FT-IR光譜分析表明，產物具有3424cm?1（O-H 伸縮振動）、1076cm?1（呋喃糖環 C-O 伸縮振動）等特征峰，872 cm?1是α－1，3、α－1，4和 α－1，6糖苷鍵的特征吸收蜂，756 cm?1是α－1，6糖苷鍵的吸收峰，結果表明米糠發酵產物含有不同糖苷支鏈的多糖。

研究結論

本研究用枯草芽孢桿菌 MK15發酵米糠，其產物對 α－葡萄糖苷酶活性有較強抑制作用。采用響應面法對米糠產 α－葡萄糖苷酶抑制劑的發酵條件進行優化。

條件為: 培養溫度35 ℃、培養時間50 h、培養基初始pH為8.0。經實驗驗證，發酵產物對 α－葡萄糖苷酶抑制率為88.8% ，與理論預測值接近，比優化前提高了 25.1% 。

通過SEM對米糠發酵產物結構進行了表征，米糠發酵產物脫水后可形成多孔塊狀結構；FT－IR的結果表明發酵產物為含有側鏈的多糖類物質。

研究結果為提高米糠的綜合利用和經濟價值提供了科學依據。

主要圖表

圖1 培養時間（A）、溫度（B）、pH（C）對α－葡萄糖苷酶抑制率的影響

圖2 米糠添加量（A）、裝液量（B）、搖床轉速（C）對α－葡萄糖苷酶抑制率的影響

表3 響應面回歸模型的方差分析結果

圖 3 培養 pH 與溫度的交互作用對 α－葡萄糖苷酶抑制率的影響

圖4 培養時間與溫度的交互作用對α－葡萄糖苷酶抑制率的影響

圖7 米糠發酵產物的紅外光譜圖（500～4000 cm-1）

參考文獻

賴曉樺，鄧甜，胡經飛，陳德寧，呂明生，王淑軍．米糠發酵產物抑制α-葡萄糖苷酶的工藝優化［J］．食品工業科技，2021，42(04) : 128－134．