四甲基吡嗪（Tetramethylpyrazine，TTMP）是一种来自川芎的生物碱。目前的研究表明，四甲基吡嗪可有效治疗心血管疾病，包括高血压、冠心病、病毒性心肌炎、心力衰竭和心律失常。四甲基吡嗪治疗其他疾病（如癌症、糖尿病、肝损伤、肾损伤和缺血性中风）的疗效也受到了更多的关注。目前，获得四甲基吡嗪的方法有三种：植物提取、化学合成和微生物发酵。植物提取主要使用川芎，其具有诸如产率低、过程繁琐和耗时以及原材料来源有限的缺点，不能满足巨大的市场需求。迄今为止，四甲基吡嗪的工业生产主要依靠化学合成。虽然化学合成的产率高于植物提取的产率，但它也有缺点，如污染严重、生产成本高和反应过程不可控。Kosuge等人成功从日本传统发酵食品纳豆中分离出四甲基吡嗪，并首次发现微生物具有合成四甲基吡嗪的能力。此后，微生物生产TTMP的研究迅速发展。微生物发酵具有天然、绿色、低污染、反应温和等优点。微生物发酵生产TTMP已成为近年来的研究热点。然而，为了实现微生物发酵生产TTMP的产业化和长远发展，开发廉价的发酵底物有利于降低成本和增加产品利润。

本文结合前期市场调研和微生物合成TTMP代谢途径分析，选择制糖工业副产物糖蜜作为碳源，豆粕（榨油副产物）作为氮源。进一步探索了利用食品工业副产物（糖蜜和豆粕）代替碳源和氮源（葡萄糖和胰蛋白胨）进行TTMP发酵的可行性。以糖蜜含量、豆粕含量和磷酸二铵含量为影响因素，TTMP产量作为响应值，使用软件Design-Expert 10.0.4.0实现CCD设计（表5）。在获得实际响应值后，建立多变量方程，绘制三维曲面图，并检查影响因素之间的交互作用。

表2显示预测值和实验值。表2表明实验误差较小，模型有效。模型的方差分析（ANOVA）如表3所示。结果表明，该模型的F值为19.18，p<0.0001，表明该模型具有显著性（p<0.05）。此外，对于拟合不足，p值为0.3635 （p> 0.05），表明拟合不足不显著，模型适合预测的要求。决定系数R²（0.945）表明了模型的可靠性。该模型可用于分析和预测各组分含量对TTMP产量的影响。

通过Design Expert 10.0.4.0软件的分析，获得了影响因素的最佳值，以实现最大的TTMP生产率。最佳条件如下：糖蜜含量为72.5g/L，磷酸氢二铵含量为37.4g/L，豆粕含量为53.4g/L。在最佳条件下，TTMP的理论产量为1469.03 mg/L（表4）。验证了最佳条件下的最佳TTMP产量，实际最大TTMP产量为1328.95mg/L（表4）。本研究为微生物发酵产四甲基吡嗪提供了更为廉价的发酵底物。

2023年9月8日，相关研究结果在国际学术期刊《Molecules》（中科院生物学大类二区TOP期刊）上以题为“Optimization of Molasses and Soybean Meal Content to  Enhance Tetramethylpyrazine Yield by Bacillus sp. TTMP20”发表。论文第一单位为广西师范大学，2021级硕士研究生李雨佳为第一作者，2021级硕士研究生甘姗灵为共同第一作者，尚常花副教授为通讯作者。本研究得到广西重点研发计划项目（AB21220057和2021AB27009）、广西研究生教育创新计划项目(YCSW2023189)的支持。

（图文/尚常花 审/马姜明 吴琼 莫燕华）