CN102586359B - 一种利用极低频交变磁场种子培养转化新科斯糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用极低频交变磁场种子培养高效转化新科斯糖的方法，属于生物工程技术领域与电磁学领域的结合。以法夫酵母为出发菌株，在一定频率和强度的极低频交变磁场作用下，法夫酵母经振荡器摇瓶发酵制备种子培养基、菌体细胞的扩大培养，静息细胞的制备，全细胞的生物转化来产新科斯糖。菌体细胞产糖的最适工艺条件为：种子培养发酵液中心磁场3000Gs~5000Gs，交变磁场频率10Hz，全细胞生物转化制备新科斯糖时的细胞浓度30-90g/L，蔗糖浓度200-400g/L，反应温度20-30℃，反应时间4-8h，所用细胞菌龄为32-48h。在此工艺条件下新科斯糖的转化率可达65%以上，转化糖液直接浓缩干燥即可达P55级。
Description
技术领域
本发明公开了一种利用极低频交变磁场种子培养高效转化新科斯糖的方法，属于生物工程技术领域与电磁学领域的结合。
背景技术
新科斯糖(neokestose)是一种蔗果三糖族低聚糖，由蔗糖分子中的D-果糖和果糖基通过β-2,6糖苷键结合而成的。它除具有普通低聚果糖所具有的双向调节体内菌群，防止便秘和腹泻；降低血脂预防心血管疾病；促进维生素合成提高免疫力；抑制腐败菌保护肝脏；促进钙、镁、锌、铁等矿物元素吸收促进生长发育及预防骨质疏松；预防龋齿等生理功能外，还具有优于普通低聚果糖的促双歧杆菌增殖能力，因此被称为高效益生元。另外，据Jung Soo Lim et al (2007)的报道，Neo-FOS还具有较普通低聚果糖低的粘度和高的热稳定性，因而更有利于食品加工。
极低频磁场(Extremely Low Frequency，简称ELF)定义频段范围为3Hz~3kHz的交变磁场，因生物体是一种介电分布特性特殊的媒质，极低频的时变脉冲磁场的生物效应是由磁感应强度B、感应电场强度E和感应电流密度J这三个参量单独或共同作用的结果。极低频时变磁场对细胞生长微观影响包括对细胞膜物质交换通道的随机谐振行为，对离子流跨膜运动过程的干扰，对细胞膜电位偏移影响和造成细胞内外环境pH差异等，宏观体现分为三个过程（1）电磁能引起小的生物化学变化；（2）小生物化学变化的放大；（3）通过二次作用将放大的生物化学变化表达出来。由于各类菌体细胞的特异性差异，在不同频率、不同强度的交变磁场影响下，其生长繁殖都具有不同的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用极低频交变磁场种子培养高效转化新科斯糖的方法。
本发明的技术方案：一种利用极低频交变磁场种子培养转化新科斯糖的方法，利用法夫酵母（Xanthophyllomyces dendrorhous）269为出发菌株，在种子培养阶段采用极低频交变磁场作用的全细胞生物转化法生产新科斯糖。主要包括以下步骤：极低频交变磁场菌体种子培养（见示意图），细胞增殖培养，静息细胞制备及全细胞生物转化生产工艺。
法夫酵母（Xanthophyllomyces dendrorhous）269在食品科技NO.11.2003，P54-57《法夫酵母色素提取方法的研究》已有报道。在中国专利ZL 200610039671.4中也已应用公开，公开号CN1873016A。
种子培养：将法夫酵母接种于种子培养基中，于20℃，交变磁场频率10Hz，中心磁场为3000Gs~5000Gs的振荡器摇瓶中，180-250r/min振荡培养40-48h，制得种子液。
种子培养基：蔗糖35g/L，蛋白胨8g/L，酵母膏3g/L，用去离子水配制。
细胞增殖培养：将种子液接种于发酵培养基中，接种量5%-10%，于18-24℃摇床200-250r/min条件下大量生产法夫酵母细胞。
发酵培养基：蔗糖50g/L，蛋白胨6g/L，酵母膏3g/L，用去离子水配制。
静息细胞的制备：通过离心法收集上述细胞增殖培养所产微生物，用柠檬酸磷酸缓冲液洗涤两遍，然后悬浮于同样的缓冲液中得静息细胞。
全细胞生物转化工艺条件：将静息细胞离心收集湿菌体，经称重后直接加入蔗糖溶液中转化生产新科斯糖。其中转化条件为：反应体系为蔗糖溶液，细胞加入量30-90g/L，蔗糖浓度为：200-400g/L，反应温度为：20-30℃，反应时间：4-8h，细胞菌龄：32-48h。
本发明的有益效果：本发明是利用“一步法”即全细胞生物转化法，直接利用全细胞做生物催化剂对外源底物进行结构修饰的生产方法。同时，在种子培养阶段让菌体细胞暴露在一定频率和强度的极低频交变磁场中快速繁殖。此法免去了繁杂的酶分离纯化步骤，且与固定化全细胞生产方法相比，更容易操作，避免了固定化过程对细胞酶活的损失。另外，此工艺避免了本实验室已授权专利CN1873016A所用发酵法产新科斯糖分离纯化困难的缺点。因此，在一定频率和强度的极低频交变磁场作用下的全细胞生物转化生产方法能降低新科斯糖生产成本，具有较好的工业化生产潜力。在此工艺条件下新科斯糖的转化率可达65%以上，转化糖液直接浓缩干燥即可达P55级。
附图说明
图1 极低频交变磁场的种子培养装置示意图。1、转动圆盘，2、钕铁硼强磁钢，3、转轴，4、皮带，5、电机，6酶反应器，7、震荡台，8、PVC管，9、超级恒温水浴，10、菌液。
具体实施方式
本发明将在以下的实施例中进一步阐述，但这并不应成为对发明范围的限制。
实施例1
种子培养基：蔗糖35g/L，蛋白胨8g/L，酵母膏3g/L。
发酵培养基：蔗糖50g/L，蛋白胨6g/L，酵母膏3g/L。
种子培养：挑取两环法夫酵母269接种于种子培养基中，置于特制的极低频交变磁场环境中，磁场交变频率10Hz，中心磁场为3000Gs~5000Gs，20℃恒温，保持220r/min振荡培养48h，制得种子液。
细胞增殖培养：将种子液接种于发酵培养基中，接种量5%-10%，在20℃、振荡速度为220r/min的条件下在发酵培养基中大量生产法夫酵母细胞。并通过离心法收集所产微生物，用柠檬酸磷酸缓冲液洗涤两遍，然后悬浮于同样的缓冲液中得静息细胞。
全细胞生物转化工艺条件：将静息细胞离心收集湿菌体，经称重后直接加入蔗糖溶液中转化生产新科斯糖，转化条件为：细胞加入量70g/L，蔗糖浓度为：400g/L，反应温度为：25℃，细胞菌龄：40h。结果显示在发酵6h时，新科斯糖的浓度达到325.52g/L。
Claims (1)
1.一种利用极低频交变磁场种子培养转化新科斯糖的方法，其特征在于如下步骤为：极低频交变磁场下的种子培养、细胞增殖培养、静息细胞的制备、新科斯糖的全细胞生物转化生产工艺；
（1）种子培养：
将法夫酵母（Xanthophyllomyces dendrorhous）269接种于种子培养基中，于20℃，磁场交变频率10Hz，中心磁场为3000Gs~5000Gs的振荡器摇瓶中，180-250r/min振荡培养40-48h，制得种子液；
种子培养基：蔗糖35g/L，蛋白胨8g/L，酵母膏3g/L，用去离子水配制；
（2）细胞增殖培养：
将种子液接种于发酵培养基中，接种量5%-10%，于18-24℃摇床200-250r/min条件下大量生产法夫酵母细胞；
发酵培养基：蔗糖50g/L，蛋白胨6g/L，酵母膏3g/L，用去离子水配制；
（3）静息细胞的制备：
通过离心法收集上述细胞增殖培养所产微生物，用柠檬酸磷酸缓冲液洗涤两遍，然后悬浮于同样的缓冲液中得静息细胞；
（4）新科斯糖的全细胞生物转化生产工艺：
将静息细胞离心并收集湿菌体，经称重后直接加入蔗糖溶液中转化生产新科斯糖，转化条件为：反应体系为蔗糖溶液，细胞加入量30-90g/L，蔗糖浓度200-400g/L，反应温度为20-30℃，反应时间4-8h，细胞菌龄32-48h。
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| Extremely Low Frequency Magnetic Field Effects on Metabolite of Aspergillus Niger;Mengxiang Gao et al.;《Bioelectromagnetics》;20111231;第32卷;73-78 * |
| Mengxiang Gao et al..Extremely Low Frequency Magnetic Field Effects on Metabolite of Aspergillus Niger.《Bioelectromagnetics》.2011,第32卷 |
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| Publication number | Publication date |
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| CN102586359A (zh) | 2012-07-18 |
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