歐世盛傅里葉中紅外檢測(cè)器應(yīng)用案例

　更新時(shí)間：2026-02-05　點(diǎn)擊量：328

2021年發(fā)表于《食品工業(yè)科技》的文獻(xiàn)《米糠發(fā)酵產(chǎn)物抑制α葡萄糖苷酶的工藝優(yōu)化》，用枯草芽孢桿菌 MK15 對(duì)米糠進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)物對(duì) α－葡萄糖苷酶的活性具有較強(qiáng)的抑制作用，并對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行了工藝優(yōu)化。在光譜分析環(huán)節(jié)，研究采用了歐世盛的在線傅里葉中紅外檢測(cè)器（FT-IR）對(duì)抑制產(chǎn)物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)米糠發(fā)酵產(chǎn)物為含側(cè)鏈的多糖類(lèi)物質(zhì)。

在線傅里葉中紅外檢測(cè)器

在線傅里葉中紅外檢測(cè)器是一款快速、準(zhǔn)確且應(yīng)用廣泛的檢測(cè)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(fā)生相應(yīng)的振動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)紅外吸收光譜的峰位、峰形和峰強(qiáng)，可以獲取不同化合物的特征吸收光譜圖，從而對(duì)未知化合物進(jìn)行定性及定量分析。搭載一體化的ATR流通采集系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)檢測(cè)被測(cè)樣品成分，適用于過(guò)程在線檢測(cè)。

01 特點(diǎn)1：

ZnSe；Diamond；Silicon ATR光學(xué)材料，適應(yīng)不同工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用

02 特點(diǎn)2:

金反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，抗氧化性強(qiáng)，光學(xué)性能更穩(wěn)定

03 特點(diǎn)3:

可搭載高靈敏度室溫檢測(cè)器或電制冷MCT檢測(cè)器，適用于微量化合物檢測(cè)

研究亮點(diǎn)及意義

該研究在菌種與底物方面進(jìn)行了創(chuàng)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(wú)害），以農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物米糠為底物，實(shí)現(xiàn)廢物利用，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。通過(guò) SEM 與 FT-IR 聯(lián)合表征，明確米糠發(fā)酵產(chǎn)物抑制α- 葡萄糖苷酶活性的化學(xué)本質(zhì)（含側(cè)鏈多糖）及微觀結(jié)構(gòu)（多孔塊狀），為其作用機(jī)制研究奠定基礎(chǔ)，也為同類(lèi)農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物的生物轉(zhuǎn)化研究提供了方法學(xué)參考。

豐富了α- 葡萄糖苷酶抑制劑的來(lái)源渠道，證實(shí)微生物發(fā)酵農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物是獲取天然抑制劑的有效途徑，突破了傳統(tǒng)化學(xué)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(dǎo)圖

實(shí)驗(yàn)方法

本研究圍繞米糠發(fā)酵產(chǎn)物α-葡萄糖苷酶抑制劑展開(kāi)，采用 “單因素實(shí)驗(yàn)+響應(yīng)面優(yōu)化" 的核心思路，結(jié)合結(jié)構(gòu)表征技術(shù)，形成系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(fā)酵菌株，以米糠為發(fā)酵底物，搭配α- 葡萄糖苷酶、對(duì)硝基苯 α-D 葡萄糖吡喃苷等試劑，借助酶標(biāo)儀、掃描電鏡（SEM）、傅里葉中紅外檢測(cè)器（FT-IR）等儀器完成實(shí)驗(yàn)。

>>>> 關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)步驟

發(fā)酵種子制備：將枯草芽孢桿菌 MK15 接種至 NA 培養(yǎng)基，37℃、180r/min 培養(yǎng) 24h 活化菌種。

發(fā)酵與純化：按 3% 接種量將種子液接入米糠發(fā)酵培養(yǎng)基，經(jīng)發(fā)酵、離心、調(diào) pH 除蛋白、醇沉、Savage 法脫蛋白、冷凍干燥等步驟獲得純化產(chǎn)物。

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

條件優(yōu)化：先通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)考察培養(yǎng)時(shí)間、溫度、培養(yǎng)基初始 pH、米糠添加量、裝液量、轉(zhuǎn)速等因素對(duì)對(duì) α－葡萄糖苷酶活性的影響；再選取培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)基初始 pH 三個(gè)因素作為自變量，采用 Box-Behnken 響應(yīng)面法設(shè)計(jì)組合試驗(yàn)，建立回歸模型優(yōu)化工藝。

結(jié)構(gòu)表征及紅外光譜分析：利用 SEM 觀察產(chǎn)物（凍干粉）微觀形態(tài)。通過(guò)歐世盛傅里葉中紅外檢測(cè)器（FT-IR）分析官能團(tuán)及糖鍵結(jié)構(gòu)，掃描范圍為4000～400 cm?1。

>>>> 數(shù)據(jù)處理

采用 Design Expert 10.0.6 軟件設(shè)計(jì)響應(yīng)面、數(shù)據(jù)分析及建立回歸模型，用 Origin Pro 2018 作圖，確保數(shù)據(jù)可靠。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

>>>> 單因素實(shí)驗(yàn)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定各影響因素條件為：培養(yǎng)時(shí)間 48h、溫度 35℃、培養(yǎng)基初始 pH8.0、米糠添加量 5%、裝液量 50mL/250mL、搖床轉(zhuǎn)速 180r/min。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)糠在發(fā)酵中起到重要作用，當(dāng)培養(yǎng)基中不添加米糠時(shí)，對(duì)α－葡萄糖苷酶活性沒(méi)有抑制作用。

>>>> 響應(yīng)面優(yōu)化

建立多元三次回歸模型（P<0.0001，失擬項(xiàng)P = 0.9709 ＞ 0.05 不顯著），擬合度好，誤差較小，R2 = 0.998 ＞ 90% ，關(guān)聯(lián)性較好，表示該模型可以反映響應(yīng)值變化，可用于分析及預(yù)測(cè)米糠發(fā)酵工業(yè)工藝。

三因素影響大小排序：培養(yǎng)時(shí)間 > 培養(yǎng)基初始 pH > 培養(yǎng)溫度，且培養(yǎng)溫度與培養(yǎng)時(shí)間的交互作用較為顯著。

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：選取溫度 35 ℃，時(shí)間 50 h，pH8.0 進(jìn)行驗(yàn)證，重復(fù)實(shí)驗(yàn)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(yù)測(cè)值保持同一水平，上述結(jié)果表明響應(yīng)面法對(duì)米糠發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化有效。

>>>> 結(jié)構(gòu)表征

SEM 觀察顯示，米糠發(fā)酵產(chǎn)物脫水后形成片狀多孔塊狀結(jié)構(gòu)。FT-IR光譜分析表明，產(chǎn)物具有3424cm?1（O-H 伸縮振動(dòng)）、1076cm?1（呋喃糖環(huán) C-O 伸縮振動(dòng)）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(jié)果表明米糠發(fā)酵產(chǎn)物含有不同糖苷支鏈的多糖。

研究結(jié)論

本研究用枯草芽孢桿菌 MK15發(fā)酵米糠，其產(chǎn)物對(duì) α－葡萄糖苷酶活性有較強(qiáng)抑制作用。采用響應(yīng)面法對(duì)米糠產(chǎn) α－葡萄糖苷酶抑制劑的發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化。

條件為: 培養(yǎng)溫度35 ℃、培養(yǎng)時(shí)間50 h、培養(yǎng)基初始pH為8.0。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)酵產(chǎn)物對(duì) α－葡萄糖苷酶抑制率為88.8% ，與理論預(yù)測(cè)值接近，比優(yōu)化前提高了 25.1% 。

通過(guò)SEM對(duì)米糠發(fā)酵產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，米糠發(fā)酵產(chǎn)物脫水后可形成多孔塊狀結(jié)構(gòu)；FT－IR的結(jié)果表明發(fā)酵產(chǎn)物為含有側(cè)鏈的多糖類(lèi)物質(zhì)。

研究結(jié)果為提高米糠的綜合利用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值提供了科學(xué)依據(jù)。

主要圖表

圖1 培養(yǎng)時(shí)間（A）、溫度（B）、pH（C）對(duì)α－葡萄糖苷酶抑制率的影響