CN101892206A - 一种以重组毕赤酵母高效发酵制备植酸酶的工艺 - Google Patents
一种以重组毕赤酵母高效发酵制备植酸酶的工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种以重组毕赤酵母高效发酵制备植酸酶的工艺及其专用分批发酵培养基,包括菌体生长阶段和外源基因的诱导表达阶段,涉及的启动子有醇氧化酶启动子和甲醇启动子等,在所说的分批发酵和补料发酵阶段中的培养基采用低盐配方,各组分的质量百分比为碳源3~6%、氮源1.5~3%、硫酸镁0.8~1.0%、硫酸钾0.5~1.0%、磷酸二氢钾0.3~0.4%;发酵温度为27~30℃,发酵pH为4.5~5.5;在外源基因的诱导表达阶段甲醇的诱导分为五个阶段。本发明所说的制备工艺成本更低廉且所植酸酶的发酵酶活更高。
Description
技术领域
本发明属于生物发酵技术领域,具体是一种以重组毕赤酵母发酵制备植酸酶的工艺。
背景技术
植酸广泛存在于植物组织和相应的粮食产品中,谷物饲料及其加工产品中含有40%-70%的磷是植酸磷。所有动物生产都是以植物性日粮为基础,而植物性日粮中都含有大量的植酸,常用饲料原料中的植酸含量见表1。
表1常用饲料原料中植酸的含量
注:表中数字以干物质计,摘自文献(W.Eeckhout and M.De Paepe.Total phosphorus,phytate phosphorus and phytase activity in plant feed stuffs.Anim Feed Sci Technol,1994,47:19-29.)
植物性饲料中的植酸(或植酸盐)是磷和肌醇的主要存储形式。由于单胃动物不能或很少分泌植酸酶,以植酸(盐)形式存在的磷不易被人体和单胃动物所消化利用,随着粪便排出体外,一方面造成磷的巨大浪费,另一方面排出体外的磷进入土壤和水中,从而导致畜牧业发达地区磷污染的加重;同时,由于磷是动物生长所必需的无机元素,因而又必须在饲料中添加无机磷,提高了饲料的成本。
植酸酶(EC 3.1.3.8或者EC3.1.3.26,肌醇六磷酸盐磷酸水解酶)是催化植酸及植酸盐水解为肌醇和磷酸(或磷酸盐)的一类水解酶。在饲料中添加植酸酶制剂,能使饲料中植物有机磷得到有效的利用;可以减少环境中的磷污染;添加植酸酶可解除植酸的抗营养作用,改善畜禽生长性能,提高饲料的利用率。
现有采用重组毕酵母发酵法制备植酸酶的方法有US5436156,CN1544622A,CN1184156A,CN101368175A,CN101182499A。从整体上看均存在着培养基中盐类成分及诱导阶段甲醇加入量过大,植酸酶制备成本高的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种以重组毕赤酵母高效发酵制备植酸酶的工艺,以克服现有植酸酶发酵制备技术中存在的不足。
本发明的技术方案是包括菌体生长阶段和外源基因的诱导表达阶段,所述的菌体生长阶段包括有先后的分批培养阶段和补料培养阶段,(1)其中分批培养阶段将重组毕赤酵母接种并在分批发酵培养基中分批培养,该分批发酵培养基各组分的质量百分比为:碳源3~6%、氮源1.5~3%、硫酸镁0.8~1.0%、硫酸钾0.5~1.0%,磷酸二氢钾0.3~0.4%;所述的碳源包括糖浆、蔗糖、葡萄糖、淀粉水解液、甘油或它们的混合物;所述的氮源包括铵盐、玉米浆、黄豆粉或它们的混合物;所述铵盐包括硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、磷酸铵。
然后,在分批培养阶段的碳源代谢尽后,加入补料培养基进行补料培养阶段;所述的补料培养基为15~30%的糖浆、蔗糖、葡萄糖或甘油。
在菌体生长阶段,其目标是实现高细胞密度,由于培养基浓度过高往往抑制菌体的生长,因此又存在分批培养阶段和补料培养阶段。
(2)然后进入外源基因的蛋白表达阶段。
进一步设置是其中所述的菌体生长阶段为20~30h,发酵温度为27~30℃,发酵pH为4.5~5.5。
本发明申请的重组毕赤酵母发酵制备植酸酶分为两个阶段:一是菌体生长阶段,二是外源基因的蛋白表达阶段。在菌体生长阶段,其目标是实现高细胞密度,由于培养基浓度过高往往抑制菌体的生长,因此又存在分批培养阶段和补料培养阶段。在分批培养阶段加入的培养基包括碳源、氮源、硫酸镁、硫酸钾、磷酸二氢钾、硫酸钙、氢氧化钾,在补料培养阶段再补入一定量的碳源。在菌体生长阶段加入的培养基浓度过高不仅会影响菌体的生长,而且也会增加植酸酶的生产成本以及环保治理的费用。本发明中培养基采用低盐配方,各组分的质量百分比为,碳源3~6%、氮源1.5~3%(现有工业化生产技术中所用浓度为3~4%)、硫酸镁0.8~1.0%(现有工业化生产技术中所用浓度为1.0~1.8%)、硫酸钾0.5~1.0%(现有工业化生产技术中所用浓度为1.0~1.2%),磷酸二氢钾0.3~0.4%(现有工业化生产技术中所用浓度为0.4~0.6%)。有效地改善了重组毕赤酵母的生长状况,节约了培养原料。此外,本发明通过调整诱导表达阶段甲醇的补加工艺,使甲醇的加入量与菌体的生长量相匹配,实现了低成本、高效发酵制备植酸酶。
进一步设置是其中所述的外源基因的诱导表达阶段,利用甲醇进行诱导,甲醇诱导分为五个阶段,第一阶段为发酵时间的24h至50h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入0.5~1.0毫升;第二阶段为发酵时间的50h至86h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入1.0~1.5毫升;第三阶段为发酵时间的86h至110h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入1.5~2.5毫升;第四阶段为发酵时间的110h至134h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入2.5~3.5毫升;第五阶段为发酵时间的134h至170h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入3.5~4.5毫升。
发明的优点在于,采用了低盐培养基配方进行重组毕赤酵母的菌体生长,以及在外源基因诱导过程中采用分阶段加入甲醇的工艺,从而实现重组植酸酶的高效发酵生产,与现有技术(US5436156,CN1544622A,CN1184156A,CN101368175A)相比,本发明所说的制备工艺成本更低廉且所采用本工艺生产植酸酶的发酵酶活更高。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述,只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限定,该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
所用菌株为Pichia pastoris 602,由温州海螺挑战生物工程有限公司提供。
将从平板上挑取一单菌落接入YPD种子培养基(500mL三角烧瓶装液量125mL)中(1L含:酵母粉10g,蛋白胨20g,葡萄糖20g)30℃下220r/min培养20h。然后按10%接种量接入装有12L分批发酵培养基的25L发酵罐中(1L含:葡萄糖30g,硫酸铵15g,硫酸镁8g,硫酸钾7.5g,磷酸二氢钾3.5g,硫酸钙1.0g,氢氧化钾1.2g,PTM14mL),接种前用氨水调pH至4.5。通过控制空气流量和转速维持溶解氧浓度在25%以上。分批培养在碳源代谢尽后结束,再补入补料培养基(1L含:葡萄糖250g)使菌体继续生长,在发酵的24h。之后停止补碳源(葡萄糖)进入外源基因的诱导表达阶段,每升发酵液中菌体达42g。当葡萄糖代谢尽后,溶解氧浓度(DO)将在1分钟内上升到70%以上,然后开始补甲醇进行重组植酸酶的表达。
表达分为五个阶段,第一阶段为发酵时间的24h至50h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入0.6毫升,每升发酵液中菌体达63g,植酸酶酶活为3860U/mL;第二阶段为发酵时间的50h至86h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入1.1毫升,每升发酵液中菌体达70g,植酸酶酶活为9680U/mL;第三阶段为发酵时间的86h至110h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入1.8毫升,每升发酵液中菌体达84g,植酸酶酶活为13600U/mL;第四阶段为发酵时间的110h至134h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入2.8毫升,每升发酵液中菌体达93g,植酸酶酶活为18750U/mL;第五阶段为发酵时间的134h至170h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入4.0毫升,每升发酵液中菌体达105g,植酸酶酶活为21700U/mL。
实施例2
所用菌株为Pichia pastoris 602,由温州海螺挑战生物工程有限公司提供。
将从平板上挑取一单菌落接入YPD种子培养基(500mL三角烧瓶装液量125mL)中(1L含:酵母粉10g,蛋白胨20g,葡萄糖20g)30℃下220r/min培养20h。然后按10%接种量接入装有12L分批发酵培养基的25L发酵罐中(1L含:葡萄糖50g,硫酸铵20g,硫酸镁9g,硫酸钾5g,磷酸二氢钾2g,硫酸钙1.0g,氢氧化钾1.2g,PTM14mL),接种前用氨水调pH至4.7。通过控制空气流量和转速维持溶解氧浓度在25%以上。分批培养在碳源代谢尽后结束,再补入补料培养基(1L含:葡萄糖250g)使菌体继续生长,在发酵的24h之后停止补碳源(葡萄糖)进入外源基因的诱导表达阶段,每升发酵液中菌体达44g。当葡萄糖代谢尽后,溶解氧浓度(DO)将在1分钟内上升到70%以上,然后开始补甲醇进行重组植酸酶的表达。
表达分为五个阶段,第一阶段为发酵时间的24h至50h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入0.8毫升,每升发酵液中菌体达65g,植酸酶酶活为4020U/mL;第二阶段为发酵时间的50h至86h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入1.2毫升,每升发酵液中菌体达75g,植酸酶酶活为10230U/mL;第三阶段为发酵时间的86h至110h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入2.0毫升,每升发酵液中菌体达89g,植酸酶酶活为15270U/mL;第四阶段为发酵时间的110h至134h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入3.0毫升,每升发酵液中菌体达963g,植酸酶酶活为19280U/mL;第五阶段为发酵时间的134h至170h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入3.8毫升,每升发酵液中菌体达110g,植酸酶酶活为23210U/mL。
实施例3
所用菌株为Pichia pastoris 602,由温州海螺挑战生物工程有限公司提供。
将从平板上挑取一单菌落接入YPD种子培养基(500mL三角烧瓶装液量125mL)中(1L含:酵母粉10g,蛋白胨20g,葡萄糖20g)30℃下220r/min培养20h。然后按10%接种量接入装有12L分批发酵培养基的25L发酵罐中(1L含:葡萄糖60g,硫酸铵25g,硫酸镁9g,硫酸钾9.5g,磷酸二氢钾3.5g,硫酸钙0.8g,氢氧化钾1.2g,PTM14mL),接种前用氨水调pH至5.0。通过控制空气流量和转速维持溶解氧浓度在25%以上。分批培养在碳源代谢尽后结束,再补入补料培养基(1L含:葡萄糖250g)使菌体继续生长,在发酵的24h之后停止补碳源(葡萄糖)进入外源基因的诱导表达阶段,每升发酵液中菌体达50g。当葡萄糖代谢尽后,溶解氧浓度(DO)将在1分钟内上升到70%以上,然后开始补甲醇进行重组植酸酶的表达。
表达分为五个阶段,第一阶段为发酵时间的24h至50h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入0.8毫升,每升发酵液中菌体达66g,植酸酶酶活为4150U/mL;第二阶段为发酵时间的50h至86h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入1.4毫升,每升发酵液中菌体达74g,植酸酶酶活为9360U/mL;第三阶段为发酵时间的86h至110h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入2.0毫升,每升发酵液中菌体达88g,植酸酶酶活为12670U/mL;第四阶段为发酵时间的110h至134h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入3.2毫升,每升发酵液中菌体达97g,植酸酶酶活为19710U/mL;第五阶段为发酵时间的134h至170h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入4.2毫升,每升发酵液中菌体达110g,植酸酶酶活为22590U/mL。
实施例4
所用菌株为Pichia pastoris 602,由温州海螺挑战生物工程有限公司提供。
将从平板上挑取一单菌落接入YPD种子培养基(500mL三角烧瓶装液量125mL)中(1L含:酵母粉10g,蛋白胨20g,葡萄糖20g)30℃下220r/min培养20h。然后按10%接种量接入装有12L分批发酵培养基的25L发酵罐中(1L含:葡萄糖35g,硫酸铵30g,硫酸镁9g,硫酸钾7g,磷酸二氢钾3.5g,硫酸钙1.0g,氢氧化钾1.2g,PTM14mL),接种前用氨水调pH至4.8。通过控制空气流量和转速维持溶解氧浓度在25%以上。分批培养在碳源代谢尽后结束,再补入补料培养基(1L含:葡萄糖250g)使菌体继续生长,在发酵的24h。之后停止补碳源(葡萄糖)进入外源基因的诱导表达阶段,每升发酵液中菌体达46g。当葡萄糖代谢尽后,溶解氧浓度(DO)将在1分钟内上升到70%以上,然后开始补甲醇进行重组植酸酶的表达。
表达分为五个阶段,第一阶段为发酵时间的24h至50h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入0.8毫升,每升发酵液中菌体达67g,植酸酶酶活为3730U/mL;第二阶段为发酵时间的50h至86h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入1.2毫升,每升发酵液中菌体达77g,植酸酶酶活为8690U/mL;第三阶段为发酵时间的86h至110h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入2.0毫升,每升发酵液中菌体达89g,植酸酶酶活为13960U/mL;第四阶段为发酵时间的110h至134h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入2.8毫升,每升发酵液中菌体达95g,植酸酶酶活为17750U/mL;第五阶段为发酵时间的134h至170h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入3.8毫升,每升发酵液中菌体达108g,植酸酶酶活为22790U/mL。
实施例5
所用菌株为Pichia pastoris 602,由温州海螺挑战生物工程有限公司提供。
将从平板上挑取一单菌落接入YPD种子培养基(500mL三角烧瓶装液量125mL)中(1L含:酵母粉10g,蛋白胨20g,葡萄糖20g)30℃下220r/min培养20h。然后按10%接种量接入装有12L分批发酵培养基的25L发酵罐中(1L含:葡萄糖60g,硫酸铵30g,硫酸镁8g,硫酸钾10g,磷酸二氢钾3g,硫酸钙1.0g,氢氧化钾1.2g,PTM14mL),接种前用氨水调pH至5.0。通过控制空气流量和转速维持溶解氧浓度在25%以上。分批培养在碳源代谢尽后结束,再补入补料培养基(11含:葡萄糖250g)使菌体继续生长,在发酵的24h。之后停止补碳源(葡萄糖)进入外源基因的诱导表达阶段,每升发酵液中菌体达47g。当葡萄糖代谢尽后,溶解氧浓度(DO)将在1分钟内上升到70%以上,然后开始补甲醇进行重组植酸酶的表达。
表达分为五个阶段,第一阶段为发酵时间的24h至50h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入1.0毫升,每升发酵液中菌体达59g,植酸酶酶活为4170U/mL;第二阶段为发酵时间的50h至86h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入1.4毫升,每升发酵液中菌体达73g,植酸酶酶活为9260U/mL;第三阶段为发酵时间的86h至110h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入2.0毫升,每升发酵液中菌体达87g,植酸酶酶活为14120U/mL;第四阶段为发酵时间的110h至134h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入2.5毫升,每升发酵液中菌体达95g,植酸酶酶活为19170U/mL;第五阶段为发酵时间的134h至170h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入4.2毫升,每升发酵液中菌体达107g,植酸酶酶活为23710U/mL。
Claims (7)
1.一种以重组毕赤酵母高效发酵制备植酸酶的工艺,包括菌体生长阶段和外源基因的诱导表达阶段,其特征在于:
(1)其中的菌体生长阶段包括分批发酵和补料发酵两个阶段,分批发酵是将重组毕赤酵母接种并在分批发酵培养基中分批培养,该分批发酵培养基采用低盐配方,各组分的质量百分比为:碳源3~6%、氮源1.5~3%、硫酸镁0.8~1.0%、硫酸钾0.5~1.0%,磷酸二氢钾0.3~0.4%;
然后,在分批培养阶段的碳源代谢尽后,加入补料培养基进行补料培养阶段;
(2)然后进入外源基因的蛋白表达阶段。
2.根据权利要求1所述的一种以重组毕赤酵母高效发酵制备植酸酶的工艺,其特征在于:所述的碳源包括糖浆、蔗糖、葡萄糖、淀粉水解液、甘油或它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种以重组毕赤酵母高效发酵制备植酸酶的工艺,其特征在于:所述的氮源包括铵盐、玉米浆、黄豆粉或它们的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种以重组毕赤酵母高效发酵制备植酸酶的工艺,其特征在于:所述的铵盐包括硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、磷酸铵。
5.根据权利要求1所述的一种以重组毕赤酵母高效发酵制备植酸酶的工艺,其特征在于:所述的补料培养基为15~30%的糖浆、蔗糖、葡萄糖或甘油。
6.根据权利要求1~5所述的一种以重组毕赤酵母高效发酵制备植酸酶的工艺,其特征在于:所述的菌体生长阶段发酵温度为27~30℃,发酵pH为4.5~5.5,发酵时间为20~30h。
7.根据权利要求6所述的一种以重组毕赤酵母高效发酵制备植酸酶的工艺,其特征在于:其中所述的外源基因的诱导表达阶段,利用甲醇进行诱导,甲醇诱导分为五个阶段,第一阶段为发酵时间的24h至50h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入0.5~1.0毫升;第二阶段为发酵时间的50h至86h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入1.0~1.5毫升;第三阶段为发酵时间的86h至110h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入1.5~2.5毫升;第四阶段为发酵时间的110h至134h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入2.5~3.5毫升;第五阶段为发酵时间的134h至170h,甲醇加入速率为每升培养液中每小时加入3.5~4.5毫升。
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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