CN103820508A - 稀土元素在地衣芽孢杆菌发酵产生γ-聚谷氨酸中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了稀土元素在地衣芽孢杆菌发酵产生γ-聚谷氨酸中的应用。稀土元素在地衣芽孢杆菌发酵生产γ-聚谷氨酸中的应用，所述的稀土元素能提高γ-聚谷氨酸的产量，所述的稀土元素为La³⁺或Ce³⁺。本发明在地衣芽孢杆菌的发酵液中加入稀土元素，然后将地衣芽孢杆菌接种到此发酵液中进行发酵，与不加稀土元素的对照相比，加入稀土元素能够显著的提高γ-聚谷氨酸的产量，因此具有广阔的应用前景。

Description

稀土元素在地衣芽孢杆菌发酵产生γ-聚谷氨酸中的应用

技术领域：

本发明属于微生物发酵领域，具体涉及稀土元素在地衣芽孢杆菌发酵产生γ-聚谷氨酸中的应用。

背景技术：

聚谷氨酸（Poly Glutamate，简称PGA）是一种多聚氨基酸类的环保型多功能生物可降解高分子材料，由D-谷氨酸和L-谷氨酸聚合而成，根据聚合方式不同可分为两种构型：由α-酰胺键聚合而成的α-PGA和由γ-酰胺键聚合而成的γ-PGA。其中γ-PGA为直链分子，链之间存在大量氢键，具有良好的水溶性；且分子中大量游离的羧基提供了阳离子结合的基团，使其对金属离子具有良好的吸附性；此外，还具有生物可降解性，无毒无害，可食用等特性；可作为诸如保水剂、增稠剂、絮凝剂、重金属吸附剂、药物/肥料缓释剂即药物载体等原料，在农业、食品、医药、化妆品、环保、合成纤维和涂膜等领域具有广泛的应用前景。α-PGA主要由化学合成法制备，工艺复杂，副产物多且得率低；γ-PGA主要由微生物发酵法制备，目前主要菌种为地衣芽孢杆菌属和枯草芽孢杆菌属，具有成本低、生产过程污染小，因此，目前的研究主要集中在γ-PGA的微生物发酵生产。

研究表明，稀土元素具有依赖于浓度的双向性生物效应，70年代初期，我国将稀土元素应用于农业生产上，不仅提高了农作物产量而且明显改善了作物品质；近年来的研究也表明一定剂量的稀土元素对微生物细胞的生长和代谢产物的积累具有促进作用，涉及到的微生物菌种包括灵芝（姚强等.部分稀土元素对灵芝多糖和三萜类物质液体发酵的影响[J].食品科学.2011(05):224-227）、桑黄（姚强等.部分稀土元素对桑黄液体发酵的影响[J].中国食用菌.2011(03):41-44.）、黑曲霉（阮南等.稀土元素对柠檬酸发酵的影响[J].河北化工.2010,33(4):2-5.）、红菇（李增利.稀土元素镨、钕、铒对红菇多糖深层发酵的影响[J].食品科学.2007(12):312-316）、谷氨酸棒杆菌（王燕等.稀土元素对谷氨酸棒杆菌S9114生长和形态的影响[J].中国调味品.2005(05):23-25）、链霉菌（陆维新等.稀土元素对嗜酸链霉菌的生物效应初探[J].河北省科学院学报.1992(01):53-56）、红酵母（见王怡平等.稀土元素对红酵母的生长及类胡萝卜素合成的影响[J].微生物学通报.1999(02):117-119）等。但截止目前，关于利用稀土元素在地衣芽孢杆菌发酵产生γ-聚谷氨酸方面的生物效应及促进作用研究尚未见报道。

发明内容：

本发明的第一个目的是提供稀土元素在地衣芽孢杆菌发酵生产γ-聚谷氨酸中的应用。

稀土元素在地衣芽孢杆菌发酵生产γ-聚谷氨酸中的应用，其特征在于，所述的稀土元素能提高γ-聚谷氨酸的产量，所述的稀土元素为La³⁺或Ce³⁺。

一种利用稀土元素提高γ-聚谷氨酸产量的液体发酵方法，其特征在于，包括以下步骤：

将稀土元素与地衣芽孢杆菌发酵培养基混合，由此得到含有稀土元素的发酵培养基，将地衣芽孢杆菌接种到含有稀土元素的发酵培养基进行发酵培养生产γ-聚谷氨酸；

所述的稀土元素为La³⁺或Ce³⁺。

优选，当为Ce³⁺时，其在含有稀土元素的发酵培养基中的浓度为10^-2～10^-5mM。

优选，当为La³⁺时，其在含有稀土元素的发酵培养基中的浓度为10^-3～10^-6mM。

所述的地衣芽孢杆菌优选为地衣芽孢杆菌（Bacillus substilis PGA-7），其保藏编号为：CCTCC NO：M206102。

本发明在地衣芽孢杆菌的发酵液中加入稀土元素，然后将地衣芽孢杆菌接种到此发酵液中进行发酵，与不加稀土元素的对照相比，加入稀土元素能够显著的提高γ-聚谷氨酸的产量，因此具有广阔的应用前景。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

以下实施例中的地衣芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌（Bacillus substilis PGA-7），其保藏于中国典型培养物保藏中心，其保藏编号为：CCTCC NO：M206102，该菌公开于专利号：200610122640.5，发明名称为：γ-聚谷氨酸产生菌及利用该菌株制备γ-聚谷氨酸的方法的专利中。

实施例1：

1、配制稀土元素储备液：

称取一定量的硝酸镧或硝酸铈，用去离子水配制成浓度为100mM的储备液，经0.22μm滤膜过滤除菌后备用；

2、配制液体培养基：

称取柠檬酸12g，L-谷氨酸22g，甘油80g，氯化铵7g，三水磷酸氢二钾0.6g，七水硫酸镁0.5g，氯化钙0.075g，一水硫酸锰0.07g，六水氯化铁0.04g，溶于800mL去离子水中，调节pH至7.0～7.5，去离子水定容1L，50mL分装于300mL三角瓶，121℃，灭菌15min后备用。

3、制备地衣芽孢杆菌种子液：

将地衣芽孢杆菌（Bacillus substilis PGA-7）斜面接种于已灭菌的上述液体培养基中，进行摇瓶培养，培养条件为：摇床转速130r/m，温度37℃，时间18-24h，得到地衣芽孢杆菌种子液。

4、配制含有稀土元素的液体发酵培养基：

将步骤1配制的稀土元素储备液用灭菌去离子水进行适当稀释，按照1%的体积比加入步骤2配制的液体培养基中，使铈离子的终浓度为10^-3mM，混合均匀后即得到含有稀土元素的液体发酵培养基。

5、液体发酵γ-聚谷氨酸：

将步骤3得到的地衣芽孢杆菌种子液按体积比3%～6%的接种量接种于步骤4配制的含有稀土元素的液体发酵培养基中，进行液体发酵培养，培养条件为：摇床转速130r/m，温度37℃，时间96h，得到发酵液。

6、发酵液中γ-聚谷氨酸含量快速测定方法：

称取约0.1g发酵液，加入100mL去离子水溶解，作为待测样品稀释液；从中取2mL与2mL的200μg/mL CPC（季铵盐氯化十六烷基吡啶）溶液混合，充分震荡混匀，静置后采用分光光度法测定反应液在680nm处的吸光度A₆₈₀，根据标准曲线和稀释倍数计算发酵液中γ-聚谷氨酸含量（g/L）。

通过本实施方法，在发酵48h时，发酵液中γ-聚谷氨酸含量为18.047g/L，比未添加稀土元素，按照同样处理的对照组可提高10.24%。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，所不同之处在于铈离子的终浓度为10^-2mM，在发酵72h时后，发酵液中γ-聚谷氨酸含量为21.88g/L，比未添加稀土元素，按照同样处理的对照组可提高9.55%。

实施例3：

本实施例与实施例1基本相同，所不同之处在于铈离子的终浓度为10^-5mM，在发酵24h时后，发酵液中γ-聚谷氨酸含量为6.39g/L，比未添加稀土元素，按照同样处理的对照组可提高18.66%。

实施例4：

本实施例与实施例1基本相同，所添加的稀土元素为硝酸镧，镧离子的终浓度为10^-3mM，在发酵96h时后，发酵液中γ-聚谷氨酸含量为22.60g/L，比未添加稀土元素，按照同样处理的对照组可提高21.99%。

实施例5：

本实施例与实施例1基本相同，所添加的稀土元素为硝酸镧，镧离子的终浓度为10^-6mM，在发酵48h时后，发酵液中γ-聚谷氨酸含量为13.39g/L，比未添加稀土元素，按照同样处理的对照组可提高11.94%。

Claims (6)

1.稀土元素在地衣芽孢杆菌发酵生产γ-聚谷氨酸中的应用，其特征在于，所述的稀土元素能提高γ-聚谷氨酸的产量，所述的稀土元素为La³⁺或Ce³⁺。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的地衣芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌（Bacillussubstilis PGA-7），其保藏编号为：CCTCC NO：M206102。

3.一种利用稀土元素提高γ-聚谷氨酸产量的液体发酵方法，其特征在于，包括以下步骤：

将稀土元素与地衣芽孢杆菌发酵培养基混合，由此得到含有稀土元素的发酵培养基，将地衣芽孢杆菌接种到含有稀土元素的发酵培养基进行发酵培养生产γ-聚谷氨酸；

所述的稀土元素为La³⁺或Ce³⁺。

4.根据权利要求3所述的液体发酵方法，其特征在于，当为Ce³⁺时，其在含有稀土元素的发酵培养基中的浓度为10^-2～10^-5mM。

5.根据权利要求3所述的液体发酵方法，其特征在于，当为La³⁺时，其在含有稀土元素的发酵培养基中的浓度为10^-3～10^-6mM。

6.根据权利要求3所述的液体发酵方法，其特征在于，所述的地衣芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌（Bacillus substilis PGA-7），其保藏编号为：CCTCC NO：M206102。