红海新型芽孢杆菌利用脱脂豆粕优化碱性蛋白酶生产的可持续生物工艺研究

本研究从埃及红海Ras Sedr海域分离到一株高产碱性蛋白酶菌株Bacillus amyloliquefaciens NRC-IB-11（GenBank PP034178.1），通过系统评估6种农业废弃物底物，发现脱脂豆粕（DSC）最优，在pH 10、35°C、160 rpm条件下酶活达590 U/mL。该成果为低成本开发生物催化剂提供了新策略，推动有机废弃物资源化利用。

　　

在工业酶制剂领域，碱性蛋白酶（alkaline protease）因其在洗涤剂、食品加工和制药等行业的广泛应用而备受关注。传统酶生产工艺面临成本高、底物不可持续等问题，而农业废弃物的资源化利用为绿色生物制造提供了新思路。近期发表在《Scientific Reports》的研究中，Olfat E. Amin团队从红海特殊生境挖掘到一株高效产酶菌株，通过创新性利用脱脂豆粕等废弃物，建立了低成本高产酶工艺。

研究人员首先从埃及Ras Sedr海域15米深水区采集样本，通过酪蛋白水解圈法初筛获得3株产酶菌，其中菌株1（后鉴定为Bacillus amyloliquefaciens）酶活达351 U/mL。该菌呈革兰氏阳性杆状，具有典型芽孢杆菌特征。分子鉴定显示其16S rRNA与B. amyloliquefaciens MPA 1034相似度达99%。研究团队突破性地比较了6种农业废弃物底物，发现脱脂豆粕（DSC）因含45%蛋白质和丰富矿物质，酶产量比次优底物杏仁粕高出45%。

关键技术包括：1）海洋微生物分离与16S rRNA基因测序鉴定；2）多底物发酵体系评估；3）响应面法优化培养参数（pH、温度、转速等）；4）酪蛋白消化法测定酶活。研究通过60%硫酸铵沉淀获得部分纯化酶，并证实其为金属蛋白酶特性（EDTA抑制率>90%）。

【筛选与鉴定】

通过酪蛋白水解圈直径（18mm）和定量检测（351 U/mL）锁定优势菌株，生化试验结合系统发育树分析确认为B. amyloliquefaciens新菌株。

【底物优化】

脱脂豆粕在10 g/100 mL浓度时酶活达476 U/mL，其优越性源于完整的蛋白质基质和营养平衡性，相比虾皮等废弃物更具工业化潜力。

【工艺参数】

10%接种量、pH 10、35°C和160 rpm的优化组合使酶活提升至590 U/mL，该条件显著区别于其他芽孢杆菌（如B. subtilis通常需pH 8-9），显示菌株独特的耐碱特性。

研究结论指出，该海洋源菌株具有三大优势：1）利用单一组分培养基降低30%生产成本；2）适应碱性工业环境（pH 10稳定）；3）实现农业废弃物高值转化。相较于文献报道的B. licheniformis（需添加玉米淀粉）等菌株，本研究菌株在简化工艺方面具有明显竞争力。未来可通过基因改造进一步提升其热稳定性，拓展在洗涤剂等高温应用场景的潜力。

这项工作为海洋微生物资源开发提供了范例，其"废弃物-酶-工业应用"的创新链条，完美契合循环经济理念。研究揭示的DSC高效转化机制，也为其他工业酶的生产优化提供了重要参考。