CN104498538A - 一种发酵专用酵母培养基的生产方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种发酵专用酵母培养基生产方法及由此生产的酵母培养基，所述方法采用专门用于生产培养基的特种酵母及多种酵母水解工艺，采用定向水解技术，控制蛋白质、核酸的水解度，根据产物的生物合成代谢途径，优化培养基中促生长因子及促产物表达因子的含量，结合大量的产品应用数据来开发更适合乳酸链球菌素、DHA、VB2、L-乳酸、赤藓糖醇、透明质酸、黄原胶、鸟苷、肌苷、赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等发酵产品所需的酵母培养基。

Description

一种发酵专用酵母培养基的生产方法

技术领域

本申请涉及发酵领域，具体地，本申请提供了一种发酵专用酵母培养基生产方法及由此生产的酵母培养基。

背景技术

中国的发酵产业历经了几十年的快速发展，目前已进入了产业升级换代的新阶段。随着竞争的加剧，众多发酵厂家开始尝试进入新的发酵领域，探索新的生物制品的生产，而这些产品的生产工艺会更精细，对培养基中的各营养成分的要求也更高。

比如新型氨基酸的发酵和新型抗生素的发酵多采用经过多次诱变筛选的营养缺陷型高产菌株或经过基因工程技术改造的菌种，是典型的代谢控制发酵，通过强化或控制发酵培养基中的某些氨基酸、有机酸、核酸、维生素等的含量，从而实现对发酵代谢的调控，使发酵进入产品的合成代谢途径，达到积累产物的目的。

大部分发酵产品是微生物的初级代谢产物和次级代谢产物，特别是微生物的次级代谢过程复杂，其中培养基的调节作用非常关键。有机氮源中的多营养成分对次级代谢的促进作用和反馈抑制作用往往同时存在，所以培养基生产厂家需要加强对发酵代谢调控理论的研究，通过发酵代谢调控理论来分析产物的生成原理，将培养基的生产和产品生产原理紧密的结合起来，使培养基中的各营养成分与发酵产品的生产工艺需求及产物表达原理更匹配。

目前国内还很少有工厂专门将酵母培养基的生产与发酵产品的发酵代谢调控相结合，因此我们的酵母培养基生产技术弥补了这一空白。

目前酵母培养基厂家多利用面包酵母或啤酒酵母生产酵母粉、酵母自溶粉、酵母抽提物、酵母浸膏或浸粉，用作微生物发酵的有机氮源。

然而，生物产业的竞争在加剧，高附加值和采用清洁生产工艺生产的新型发酵产品越来越多，很多产品的生产采用的是高产的营养缺陷型菌株，传统的酵母培养基并没有针对这些菌株的营养需求进行优化，已不能完全满足行业的发展需求。

随着人们生活水平的提高，人们对医药、食品安全的要求更高，用发酵法生产更安全的、附加值更高的医药、食品、保健品等将是大势所趋。

中国的发酵行业也正在升级换代，更优良的菌种、更尖端的发酵技术、更清洁的生产工艺逐渐被引入发酵生产。因发酵产品和发酵技术的升级，发酵厂家必将对培养基生产企业提出更严格的要求，对酵母培养基生产企业来说，这既是机遇，也是挑战。

为应对挑战，酵母培养基生产企业需要和发酵企业加强沟通联系，加强了解菌种的营养缺陷型特征，了解发酵厂家的生产工艺，深入研究产品的发酵代谢途径、合成机制，准确的对酵母培养基中的某些重要营养成分进行优化调配，将培养基的生产和发酵代谢调控紧密的结合起来，使酵母培养基中的各营养成分与发酵产品的生产工艺需求及产物表达原理更匹配，通过更深入的发酵代谢调控研究，针对不同发酵产品的个性化需求、开发更多的差异化的酵母培养基产品，生产更多符合发酵厂家需求的更高品质的酵母培养基。

发明内容

本发明通过发酵代谢调控理论来分析生产菌种的特点及产物的生成原理，将培养基的生产和产品生产原理紧密的结合起来，使培养基中的各营养成分与发酵产品的生产工艺需求及产物表达原理更匹配。通过强化或控制发酵培养基中的某些氨基酸、有机酸、核酸、维生素等的含量，使培养基更适合高产缺陷型菌株的营养需求及产物表达需求，实现对发酵代谢的调控，使发酵进入产品的合成代谢途径，缩短发酵时间或提高发酵得率。

除了菌体培养，其实大部分发酵产品都是微生物发酵的初级代谢产物或次级代谢产物，都是经特定的代谢途径合成的。微生物的次级代谢过程非常复杂，往往是在稳定生长的中后期，在发酵液中的一些易被微生物利用的碳，或氮，或磷被耗尽，次级代谢中所需的酶开始合成或酶的活性的抑制作用被解除后才开始的，所以有时培养基中的营养成分的一些微小差别也会造成产率的变化。

由此，在本发明的第一个方面，本发明提供了一种发酵专用酵母培养基的生产方法，所述方法采用专门用于生产培养基的特种酵母及多种酵母水解工艺，采用定向水解技术，控制蛋白质、核酸的水解度，根据产物的生物合成代谢途径，优化培养基中促生长因子及促产物表达因子的含量，结合大量的产品应用数据来开发更适合乳酸链球菌素、DHA、VB2、L-乳酸、赤藓糖醇、透明质酸、黄原胶、鸟苷、肌苷、赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等发酵产品所需的酵母培养基。

在优选的实施方案中，本发明所述酵母培养基用于谷氨酸发酵，所述方法包括控制培养基中的生物素和磷酸盐的含量。优选地，所述方法严格控制培养基中的生物素和磷酸盐的含量，否则会生成乳酸和缬氨酸。

在另一优选的实施方案中，本发明所述酵母培养基用于赖氨酸发酵，所述方法包括使用亮氨酸和苏氨酸营养缺陷型菌株作为生产菌种，并且控制培养基中亮氨酸和苏氨酸水平。

在再一优选的实施方案中，本发明所述酵母培养基用于丙酮酸发酵，所述方法采用光滑球拟酵母，并控制培养基中的烟酸、硫胺素、吡哆醇、生物素、核黄素等维生素的含量，从而减弱旁支代谢途径，使丙酮酸得到积累。

在又一优选的实施方案中，本发明所述酵母培养基用于柠檬酸发酵，所述方法控制培养基中的铁离子和锰离子等金属离子的含量，从而在酸性条件下减弱顺乌头酸水合酶的活力，使柠檬酸得到积累。

在再一些优选的实施方案中，本发明所述酵母培养基用于鸟苷、肌苷的发酵，所述方法采用枯草芽孢杆菌的腺嘌呤、黄嘌呤、鸟嘌呤的营养缺陷型菌株，并且控制培养基中的腺嘌呤、黄嘌呤、鸟嘌呤等核酸含量处于亚适量水平。

在本发明的第二个方面中，本发明提供了一种赤藓糖醇发酵专用酵母培养基的生产方法，其中所述生产方法通过优化产品中的特定氨基酸的含量，从而提高菌体的耐渗透压能力和增强菌体生长过程中的HMP代谢流；通过优化特定维生素的含量，控制菌体的生长速度，增强菌体生长过程中的转酮酶和赤藓糖还原酶的活力，从而提高赤藓糖醇产量。

在本发明的第三个方面中，本发明提供了一种鸟苷和肌苷发酵专用酵母培养基的生产方法，所述方法通过使用特种酵母及结合多种酵母水解工艺，优化了培养基中核酸的含量及核苷酸的水解度，使该培养基可满足嘌呤缺陷型菌株生长时的营养需求；提高了培养基中的总氮、游离氨基酸及维生素的含量，可使菌体快速生长，从而增强菌体生长过程中的TCA及HMP代谢流，满足鸟苷酸、肌苷酸的从头合成需要消耗的大量氨基酸及ATP需求，使鸟苷酸、肌苷酸大量合成。

优选地，所述方法采用枯草芽孢杆菌的腺嘌呤、黄嘌呤、鸟嘌呤的营养缺陷型菌株，并且控制培养基中的腺嘌呤、黄嘌呤、鸟嘌呤等核酸含量处于亚适量水平。

本申请通过发酵代谢调控理论来分析生产菌种的特点及产物的生成原理，将培养基的生产和产品生产原理紧密的结合起来，使培养基中的各营养成分与发酵产品的生产工艺需求及产物表达原理更匹配。通过强化或控制发酵培养基中的某些氨基酸、有机酸、核酸、维生素等的含量，使培养基更适合高产缺陷型菌株的营养需求及产物表达需求，实现对发酵代谢的调控，使发酵进入产品的合成代谢途径，缩短发酵时间或提高发酵得率。

本发明的另一些方面在以下的说明书中公开。通过以下实施例对本发明进行了详细描述，其仅用于说明目的并且无意于进行限制。由于该描述和实施例，同样包括于本发明中的其他实施方案对于本领域技术人员而言是明显的。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：圣琪生物赤藓糖醇发酵专用酵母培养基

赤藓糖醇是一种甜度为蔗糖60％-80％的四碳糖醇，生产赤藓糖醇的菌株多为耐高渗压菌株，如假丝酵母属(Candida)、球拟酵母属(Torulopsis)、圆酵母属(Torula sp.)、Moniliella、Trichosporonoides等。

生产中，赤藓糖醇的生成与菌体生长速度有关，生长快的酵母会形成少量的甘油和大量的阿拉伯糖醇，生长不太快的酵母则形成甘油和赤藓糖醇，而生长慢的酵母会形成更多的赤藓糖醇。

这些生产菌种多以葡萄糖或蔗糖等为碳源，以酵母膏或酵母粉为有机氮源，主要通过HMP途径，即通过磷酸戊糖途径和糖酵解途径生成大量的赤藓糖-4-磷酸，并产生足够的还原力，然后在赤藓糖还原酶的作用下脱去磷酸生成赤藓糖醇，并释放到胞外。

通过磷酸戊糖途径合成赤藓糖醇时，需要大量的高活性的转酮酶，赤藓糖醇的生成会反馈抑制该酶的活性，所以生产中，当赤藓糖醇快速积累时，该酶的活性会急剧下降。此外，转酮酶的活力也会随着培养基中磷酸浓度的增加而显著下降，发酵过程中生成的延胡索酸盐也会抑制该酶的活性，从而降低赤藓糖醇的产量。

现在，提高赤藓糖醇产量的研究主要集中在通过育种或代谢调控，使发酵过程中的HMP代谢途径更畅通，同时增强发酵过程中的己糖激酶、转酮酶、以及赤藓糖还原酶的活力，从而将代谢流往6-磷酸果糖和4-磷酸赤藓糖积累的方向牵引。

圣琪生物根据赤藓糖醇的发酵代谢途径，专门开发了适用于赤藓糖醇发酵的酵母培养基。通过优化产品中的特定氨基酸的含量，从而提高菌体的耐渗透压能力和增强菌体生长过程中的HMP代谢流；通过优化特定维生素的含量，控制菌体的生长速度，增强菌体生长过程中的转酮酶和赤藓糖还原酶的活力，从而提高赤藓糖醇产量。

产品通过发酵客户使用，可明显缩短发酵时间或提高产品得率，经过实验模拟，证明可行。

实施例2：圣琪生物鸟苷、肌苷发酵专用酵母培养基

鸟苷和肌苷是食品增鲜剂，被广泛用作食品调味料。

鸟苷还是重要的医药中间体，广泛应用于核苷类抗病毒药物如利巴韦林、阿昔洛韦等药物的合成。肌苷可以用来治疗白细胞减少症、血小板减少症、各种心脏疾患、急性及慢性肝炎等疾病。

鸟苷酸、肌苷酸的生产是通过核苷酸的从头合成途径合成，首先通过HMP代谢途径合成5-磷酸核糖焦磷酸，然后以天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位等为原料，在一系列酶及Mg²⁺、K⁺(酶激活剂)等的作用下，首先合成肌苷酸，然后进一步合成鸟苷酸。

鸟苷酸、肌苷酸合成过程中的一些关键酶，例如核糖磷酸焦磷酸激酶受ADP和GDP的反馈抑制，磷酸核糖酰胺转移酶受ATP、ADP、AMP及GTP、GDP、GMP的反馈抑制。因此，大部分的生产菌种是腺嘌呤、黄嘌呤、鸟嘌呤的营养缺陷型菌株，通过截断某些非目的产物的合成途径，或者截断目的产物的分解代谢途径(生产鸟苷时截断的是AMP合成途径，生产肌苷时截断的是AMP、GMP的合成途径)，减弱或消除产物的反馈阻遏或反馈抑制作用，从而达到积累鸟苷酸、肌苷酸的目的。

圣琪生物根据核苷酸的从头合成途径，专门开发了适用于鸟苷、肌苷发酵的酵母培养基。通过使用特种酵母及结合多种酵母水解工艺，优化了培养基中核酸的含量及核苷酸的水解度，使该培养基可满足嘌呤缺陷型菌株生长时的营养需求；提高了培养基中的总氮、游离氨基酸及维生素的含量，可使菌体快速生长，从而增强菌体生长过程中的TCA及HMP代谢流，满足鸟苷酸、肌苷酸的从头合成需要消耗的大量氨基酸及ATP需求，使鸟苷酸、肌苷酸大量合成。

产品通过发酵客户使用，可明显缩短发酵时间或提高产品得率，经过实验模拟，证明可行。

其它实施方案

从本文中公开的说明书或公开内容的实践来考虑，本公开内容的其它实施方案对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本说明书和实施例旨在仅被认为用作示例，本公开内容的真实保护范围由以下权利要求表明。本文中提及之任何参考文献的内容均通过引用以其整体并入本文。

Claims (9)

1.一种发酵专用酵母培养基的生产方法，其采用专门用于生产培养基的特种酵母及多种酵母水解工艺，采用定向水解技术，控制蛋白质、核酸的水解度，根据产物的生物合成代谢途径，优化培养基中促生长因子及促产物表达因子的含量，结合大量的产品应用数据来开发更适合乳酸链球菌素、DHA、VB2、L-乳酸、赤藓糖醇、透明质酸、黄原胶、鸟苷、肌苷、赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等发酵产品所需的酵母培养基。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述酵母培养基用于谷氨酸发酵，所述方法包括控制培养基中的生物素和磷酸盐的含量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述酵母培养基用于赖氨酸发酵，所述方法包括使用亮氨酸和苏氨酸营养缺陷型菌株作为生产菌种，并且控制培养基中亮氨酸和苏氨酸水平。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述酵母培养基用于丙酮酸发酵，所述方法采用光滑球拟酵母，并控制培养基中的烟酸、硫胺素、吡哆醇、生物素、核黄素等维生素的含量，从而减弱旁支代谢途径，使丙酮酸得到积累。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述酵母培养基用于柠檬酸发酵，所述方法控制培养基中的铁离子和锰离子等金属离子的含量，从而在酸性条件下减弱顺乌头酸水合酶的活力，使柠檬酸得到积累。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述酵母培养基用于鸟苷、肌苷的发酵，所述方法采用枯草芽孢杆菌的腺嘌呤、黄嘌呤、鸟嘌呤的营养缺陷型菌株，并且控制培养基中的腺嘌呤、黄嘌呤、鸟嘌呤等核酸含量处于亚适量水平。

7.一种赤藓糖醇发酵专用酵母培养基的生产方法，其中所述生产方法通过优化产品中的特定氨基酸的含量，从而提高菌体的耐渗透压能力和增强菌体生长过程中的HMP代谢流；通过优化特定维生素的含量，控制菌体的生长速度，增强菌体生长过程中的转酮酶和赤藓糖还原酶的活力，从而提高赤藓糖醇产量。

8.一种鸟苷和肌苷发酵专用酵母培养基的生产方法，所述方法通过使用特种酵母及结合多种酵母水解工艺，优化了培养基中核酸的含量及核苷酸的水解度，使该培养基可满足嘌呤缺陷型菌株生长时的营养需求；提高了培养基中的总氮、游离氨基酸及维生素的含量，可使菌体快速生长，从而增强菌体生长过程中的TCA及HMP代谢流，满足鸟苷酸、肌苷酸的从头合成需要消耗的大量氨基酸及ATP需求，使鸟苷酸、肌苷酸大量合成。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述方法采用枯草芽孢杆菌的腺嘌呤、黄嘌呤、鸟嘌呤的营养缺陷型菌株，并且控制培养基中的腺嘌呤、黄嘌呤、鸟嘌呤等核酸含量处于亚适量水平。