欧世盛傅里叶中红外检测器应用案例：米糠发酵产物抑制α葡萄糖苷酶的工艺优化

2021年发表于《食品工业科技》的文献《米糠发酵产物抑制α葡萄糖苷酶的工艺优化》，用枯草芽孢杆菌 MK15 对米糠进行发酵，发现其产物对 α－葡萄糖苷酶的活性具有较强的抑制作用，并对发酵条件进行了工艺优化。在光谱分析环节，研究采用了欧世盛的在线傅里叶中红外检测器（FT-IR）对抑制产物进行分析，发现米糠发酵产物为含侧链的多糖类物质。

在线傅里叶中红外检测器

在线傅里叶中红外检测器是一款快速、准确且应用广泛的检测仪器。红外光和化合物相互作用后，引起化合物不同分子键发生相应的振动及转动，根据红外吸收光谱的峰位、峰形和峰强，可以获取不同化合物的特征吸收光谱图，从而对未知化合物进行定性及定量分析。搭载一体化的ATR流通采集系统，可实时检测被测样品成分，适用于过程在线检测。

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特点1：

ZnSe；Diamond；Silicon ATR光学材料，适应不同工业现场使用

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特点2:

金反射镜光学系统，抗氧化性强，光学性能更稳定

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特点3:

可搭载高灵敏度室温检测器或电制冷MCT检测器，适用于微量化合物检测

研究亮点及意义

该研究在菌种与底物方面进行了创新。选用食品源枯草芽孢杆菌 MK15（菌种筛选于四川泡菜，安全无害），以农业副产物米糠为底物，实现废物利用，同时降低生产成本。通过 SEM 与 FT-IR 联合表征，首次明确米糠发酵产物抑制α- 葡萄糖苷酶活性的化学本质（含侧链多糖）及微观结构（多孔块状），为其作用机制研究奠定基础，也为同类农业副产物的生物转化研究提供了方法学参考。

丰富了α- 葡萄糖苷酶抑制剂的来源渠道，证实微生物发酵农业副产物是获取天然抑制剂的有效途径，突破了传统化学合成或天然提取的局限，有望为糖尿病防治提供新型天然功能成分。

导图

实验方法

本研究围绕米糠发酵产物α-葡萄糖苷酶抑制剂展开，采用 “单因素实验+响应面优化” 的核心思路，结合结构表征技术，形成系统的实验方案。

菌种与材料选择

选用从四川泡菜中筛选的枯草芽孢杆菌 MK15 作为发酵菌株，以米糠为发酵底物，搭配α- 葡萄糖苷酶、对硝基苯 α-D 葡萄糖吡喃苷等试剂，借助酶标仪、扫描电镜（SEM）、傅里叶中红外检测器（FT-IR）等仪器完成实验。

关键实验步骤

发酵种子制备：将枯草芽孢杆菌 MK15 接种至 NA 培养基，37℃、180r/min 培养 24h 活化菌种。

发酵与纯化：按 3% 接种量将种子液接入米糠发酵培养基，经发酵、离心、调 pH 除蛋白、醇沉、Savage 法脱蛋白、冷冻干燥等步骤获得纯化产物。

抑制率测定：改良体外测定模型，通过 96 孔板反应（37 ℃ 反应 30 min），终止反应并混匀后在 405nm 处测吸光值，采用 100、50、10、5、1、0.1、0.02 mmol /L 阿卡波糖作为阳性对照。吸光值代入公式计算α－葡萄糖苷酶活性的抑制率。

条件优化：先通过单因素实验考察培养时间、温度、培养基初始 pH、米糠添加量、装液量、转速等因素对对 α－葡萄糖苷酶活性的影响；再选取培养温度、培养时间、培养基初始 pH 三个因素作为自变量，采用 Box-Behnken 响应面法设计组合试验，建立回归模型优化工艺。

结构表征及红外光谱分析：利用 SEM 观察产物（冻干粉）微观形态。通过欧世盛傅里叶中红外检测器（FT-IR）分析官能团及糖键结构，扫描范围为4000～400 cm⁻¹。

数据处理

采用 Design Expert 10.0.6 软件设计响应面、数据分析及建立回归模型，用 Origin Pro 2018 作图，确保数据可靠。

实验结果

单因素实验

通过实验确定各影响因素最优条件为：培养时间 48h、温度 35℃、培养基初始 pH8.0、米糠添加量 5%、装液量 50mL/250mL、摇床转速 180r/min。实验发现糠在发酵中起到重要作用，当培养基中不添加米糠时，对α－葡萄糖苷酶活性没有抑制作用。

响应面优化

建立多元三次回归模型（P<0.0001，失拟项P = 0.9709 ＞ 0.05 不显著），拟合度好，误差较小，R2 = 0.998 ＞ 90% ，关联性较好，表示该模型可以反映响应值变化，可用于分析及预测米糠发酵工业工艺。

三因素影响大小排序：培养时间 > 培养基初始 pH > 培养温度，且培养温度与培养时间的交互作用较为显著。

验证实验：选取温度 35 ℃，时间 50 h，pH8.0 进行验证，重复实验三次并取平均值，所得 α－葡萄糖苷酶抑制率是 88.8% ，基本与模型预测值保持同一水平，上述结果表明响应面法对米糠发酵工艺条件的优化有效。

结构表征

SEM 观察显示，米糠发酵产物脱水后形成片状多孔块状结构。FT-IR光谱分析表明，产物具有3424cm⁻¹（O-H 伸缩振动）、1076cm⁻¹（呋喃糖环 C-O 伸缩振动）等特征峰，872 cm⁻¹是α－1，3、α－1，4和 α－1，6糖苷键的特征吸收蜂，756 cm⁻¹是α－1，6糖苷键的吸收峰，结果表明米糠发酵产物含有不同糖苷支链的多糖。

研究结论

本研究用枯草芽孢杆菌 MK15发酵米糠，其产物对 α－葡萄糖苷酶活性有较强抑制作用。采用响应面法对米糠产 α－葡萄糖苷酶抑制剂的发酵条件进行优化。

最佳条件为: 培养温度35 ℃、培养时间50 h、培养基初始pH为8.0。经实验验证，发酵产物对 α－葡萄糖苷酶抑制率为88.8% ，与理论预测值接近，比优化前提高了 25.1% 。

通过SEM对米糠发酵产物结构进行了表征，米糠发酵产物脱水后可形成多孔块状结构；FT－IR的结果表明发酵产物为含有侧链的多糖类物质。

研究结果为提高米糠的综合利用和经济价值提供了科学依据。

主要图表

图1 培养时间（A）、温度（B）、pH（C）对α－葡萄糖苷酶抑制率的影响

图2 米糠添加量（A）、装液量（B）、摇床转速（C）对α－葡萄糖苷酶抑制率的影响

表3 响应面回归模型的方差分析结果

图 3 培养 pH 与温度的交互作用对 α－葡萄糖苷酶抑制率的影响

图4 培养时间与温度的交互作用对α－葡萄糖苷酶抑制率的影响

图7 米糠发酵产物的红外光谱图（500～4000 cm-1）

参考文献

赖晓桦，邓甜，胡经飞，陈德宁，吕明生，王淑军．米糠发酵产物抑制α-葡萄糖苷酶的工艺优化［J］．食品工业科技，2021，42(04) : 128－134．