CN105925631A - 一种提高ε-聚赖氨酸产量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高ε‑聚赖氨酸产量的方法,属于生物技术领域。本发明通过在链霉菌发酵培养基中添加外源物质,包括葡萄糖酸钙,天冬氨酸,赖氨酸,提高ε‑聚赖氨酸产量。本发明的方法能够缩短发酵时间至46h,促进了菌体的生长及ε‑聚赖氨酸的合成,使链霉菌在全合成培养基中菌体量由14.48g·L‑1增加到16.24g·L‑1,ε‑聚赖氨酸产量由3.27g·L‑1提高到5.12g·L‑1,提高了单位菌体的合成能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高ε-聚赖氨酸产量的方法,属于生物技术领域。
背景技术
ε-聚赖氨酸是由L-赖氨酸单体经α-COOH和ε-NH2脱水缩合而成的聚合物,具有广谱抑制微生物的特性。ε-聚赖氨酸作为一种安全、高效的食品添加剂在美国、日本、韩国、欧盟等地已被广泛使用。2014年,我国批准ε-聚赖氨酸作为食品添加剂新品种。然而,作为微生物发酵产物,产量低,发酵周期长成为限制ε-聚赖氨酸使用的主要因素。现有技术中利用北里孢菌Kitasatospora sp.PL6-3生产ε-聚赖氨酸,摇瓶产量为0.41g·L-1;利用链霉菌Streptomyces albulus B-215生产ε-聚赖氨酸,摇瓶产量为0.65g·L-1;链霉菌Streptomyces albulusZ-18,摇瓶产量为0.20g·L-1。以往的研究者还通过菌种改良来提高ε-聚赖氨酸产量。有研究者以Streptomyces albulus B-215作为出发菌株,采用紫外诱变,获得一株高产菌株BU-215,ε-PL产量为0.75g·L-1,以Streptomyces albulus C1作为出发菌株,采用紫外诱变,获得一株高产菌株C1-6,ε-PL产量为0.59g·L-1;以Streptomyces albulus 9-5作为出发菌株,采用紫外诱变,获得一株高产菌株UV3-9,ε-PL产量为1.08g·L-1。由于诱变育种存在不定向性及诱变菌传代不稳定性等缺陷,ε-聚赖氨酸的发酵优化控制成为突破现有技术瓶颈问题的新的途径。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种提高ε-聚赖氨酸产量的方法,所述方法为:在发酵培养基中添加外源物质,接种链霉菌进行发酵;所述外源物质为葡萄糖酸钙,或天冬氨酸,或赖氨酸;所述发酵培养基为全合成培养基,含有葡萄糖50g·L-1,(NH4)2SO410g·L-1,K2HPO42g·L-1,MgSO4·7H2O 1g·L-1,调节pH至6.9。
在本发明的一个实施方式中,所述葡萄糖酸钙含量为1~5g/L。
在本发明的一个实施方式中,所述葡萄糖酸钙含量为2g/L。
在本发明的一个实施方式中,所述葡萄糖酸钙含量为4g/L。
在本发明的一个实施方式中,所述天冬氨酸含量为0.1~6g/L。
在本发明的一个实施方式中,所述天冬氨酸含量为2g/L。
在本发明的一个实施方式中,所述天冬氨酸含量为4g/L。
在本发明的一个实施方式中,所述天冬氨酸含量为6g/L。
在本发明的一个实施方式中,所述赖氨酸含量为0.1~6g/L。
在本发明的一个实施方式中,所述赖氨酸含量为2g/L。
在本发明的一个实施方式中,所述赖氨酸含量为4g/L。
在本发明的一个实施方式中,所述赖氨酸含量为6g/L。
在本发明的一个实施方式中,所述链霉菌为Streptomyces sp.
在本发明的一个实施方式中,所述发酵以分批发酵的方式,将菌液接种至3L发酵罐,初始通风量2L·min-1,初始搅拌转速200r·min-1,温度30℃。
在本发明的一个实施方式中,所述发酵过程中控制溶氧维持在20-30%。
在本发明的一个实施方式中,所述发酵过程中控制pH保持在4.0。
在本发明的一个实施方式中,所述菌液为种子培养获得的种子液;所述种子培养为:将所述链霉菌孢子接种至含有40mL种子培养基的250mL摇瓶中,30℃,200r·min-1培养24-28h;所述种子培养基为:葡萄糖50g·L-1,酵母粉8g·L-1,(NH4)2SO45g·L-1,K2HPO42g·L-1,MgSO4·7H2O 1g·L-1,ZnSO4·7H2O 0.04g·L-1,FeSO4·7H2O 0.03g·L-1,调节pH至7.5。
在本发明的一个实施方式中,所述种子培养前还进行了菌种活化,所述活化在平板培养基上进行:用接种环挑取少量链霉菌孢子接种于平板培养基上,30℃,培养10-14d;所述平板培养基为:葡萄糖10g·L-1,鱼粉蛋白胨2g·L-1,酵母粉1g·L-1,琼脂18g·L-1,调节pH至7.5。
在本发明的一个实施方式中,所述发酵包括如下步骤:
(1)菌种活化:用接种环挑取少量孢子接种于平板上,放入培养箱中,30℃,培养10-14d;(2)种子培养:将孢子(两环)接种至含有40mL种子培养基的250mL摇瓶中,30℃,200r·min-1培养24-28h;(3)分批发酵:将80mL种子液接入3L发酵罐,罐中预装已灭菌的发酵培养基2.3L,以3%的接种量接种链霉菌,控制初始通风量2L·min-1,初始搅拌转速200r·min-1,温度30℃,pH电极实时监测发酵液中的pH,溶氧电极实时监测发酵液中的溶氧(DO)。当溶氧自然下降至30%后,采用溶氧-转速联动方法使其维持在20-30%。当pH值从6.9自然下降到4.0时,生物反应器通过在线监测发酵菌液pH值,反馈式自动补加碱液使pH值保持在4.0。
本发明的第二个目的是一种提高ε-聚赖氨酸产量的全合成培养基,其特征在于,配方为:葡萄糖50g·L-1,(NH4)2SO410g·L-1,K2HPO42g·L-1,MgSO4·7H2O 1g·L-1,葡萄糖酸钙1~5g·L-1,2mL微量元素溶液,调节pH至6.9。
在本发明的一个实施方式中,所述调节pH至6.9是用50%(v·v-1)氨水调节pH至6.9。
有益效果:采用本发明的方法可以使链霉菌在全合成培养基中发酵生产ε-聚赖氨酸,在分批发酵中菌体量增加12%,ε-聚赖氨酸产量提高57%,发酵时间缩短6小时。本发明提供的全合成培养基还具有成本低廉、配制方法简便的优点,适用于大规模工业化生产。
具体实施方式
培养基:
平板培养基(g·L-1):葡萄糖10,鱼粉蛋白胨2,酵母粉1,琼脂18,用1mol·L-1NaOH调pH至7.5,115℃,15min灭菌。
种子培养基(g·L-1):葡萄糖50,酵母粉8,(NH4)2SO45,K2HPO42,MgSO4·7H2O 1,ZnSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.03,用1mol·L-1NaOH调pH至7.5,115℃,15min灭菌。
微量元素溶液(mg·L-1):FeCl3·6H2O 200,ZnCl240,Na2B4O7·10H2O 10,MnCl2·4H2O 10,CaCl2·2H2O 10和(NH4)6Mo7O24·4H2O 10。
实施例1
菌种活化:用接种环挑取少量孢子接种于平板上,放入培养箱中,30℃,培养10-14d。
种子培养:将孢子(两环)接种至含有40mL种子培养基的250mL摇瓶中,30℃,200r·min-1培养24-28h。
摇瓶发酵培养基:甘油50,酵母粉8,(NH4)2SO45,MgSO4·7H2O 0.8,ZnSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.03,用1mol·L-1NaOH调pH至7.5,115℃灭菌15min。
摇瓶发酵:将3mL种子转接至含有40mL摇瓶发酵培养基的250mL摇瓶中,30℃,200r·min-1培养3d。取上清测定ε-聚赖氨酸含量。
分批发酵培养基(g·L-1):葡萄糖50,(NH4)2SO410,K2HPO42,MgSO4·7H2O 1,2mL微量元素溶液,调节pH至6.9。
分批发酵:将80mL种子液接入3L发酵罐,罐中预装已灭菌的发酵培养基2.3L,以3%的接种量接种链霉菌,控制初始通风量2L·min-1,初始搅拌转速200r·min-1,温度30℃,pH电极实时监测发酵液中的pH,溶氧电极实时监测发酵液中的溶氧(DO)。当溶氧自然下降至30%后,采用溶氧-转速联动方法使其维持在20-30%。当pH值从6.9自然下降到4.0时,生物反应器通过在线监测发酵菌液pH值,反馈式自动补加碱液使pH值保持在4.0,直至葡萄糖耗尽,取上清测定ε-聚赖氨酸含量。
实施例2
摇瓶发酵培养基:葡萄糖50,酵母粉8,(NH4)2SO45,K2HPO42,MgSO4·7H2O 1,ZnSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.03,用1mol·L-1NaOH调pH至7.5,115℃,15min灭菌。
菌种活化、种子培养和摇瓶发酵步骤与实施例1相同。
实施例3
摇瓶发酵培养基(g·L-1):葡萄糖50,酵母粉8,(NH4)2SO45,K2HPO42,MgSO4·7H2O 1,ZnSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.03,葡萄糖酸钙2,用1mol·L-1NaOH调pH至7.5,115℃,15min灭菌。
菌种活化、种子培养和摇瓶发酵步骤与实施例1相同。
实施例4
摇瓶发酵培养基(g·L-1):葡萄糖50,酵母粉8,(NH4)2SO45,K2HPO42,MgSO4·7H2O 1,ZnSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.03,葡萄糖酸钙4,用1mol·L-1NaOH调pH至7.5,115℃,15min灭菌。
菌种活化、种子培养和摇瓶发酵步骤与实施例1相同。
实施例5
摇瓶发酵培养基(g·L-1):葡萄糖50,酵母粉8,(NH4)2SO45,K2HPO42,MgSO4·7H2O 1,ZnSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.03,葡萄糖酸钙6,用1mol·L-1NaOH调pH至7.5,115℃,15min灭菌。
菌种活化、种子培养和摇瓶发酵步骤与实施例1相同。
实施例6
摇瓶发酵培养基(g·L-1):葡萄糖50,酵母粉8,(NH4)2SO45,K2HPO42,MgSO4·7H2O 1,ZnSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.03,天冬氨酸2,用1mol·L-1NaOH调pH至7.5,115℃,15min灭菌。
菌种活化、种子培养和摇瓶发酵步骤与实施例1相同。
实施例7
摇瓶发酵培养基(g·L-1):葡萄糖50,酵母粉8,(NH4)2SO45,K2HPO42,MgSO4·7H2O 1,ZnSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.03,天冬氨酸6,用1mol·L-1NaOH调pH至7.5,115℃,15min灭菌。
菌种活化、种子培养和摇瓶发酵步骤与实施例1相同。
实施例8
摇瓶发酵培养基(g·L-1):葡萄糖50,酵母粉8,(NH4)2SO45,K2HPO42,MgSO4·7H2O 1,ZnSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.03,赖氨酸2,用1mol·L-1NaOH调pH至7.5,115℃,15min灭菌。
菌种活化、种子培养和摇瓶发酵步骤与实施例1相同。
实施例9
摇瓶发酵培养基(g·L-1):葡萄糖50,酵母粉8,(NH4)2SO45,K2HPO42,MgSO4·7H2O 1,ZnSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.03,赖氨酸6,用1mol·L-1NaOH调pH至7.5,115℃,15min灭菌。
菌种活化、种子培养和摇瓶发酵步骤与实施例1相同。
表1不同实施方式下摇瓶发酵效果比较
实施例10
分批发酵培养基(g·L-1):葡萄糖50,(NH4)2SO410,K2HPO42,MgSO4·7H2O 1,2mL微量元素溶液,葡萄糖酸钙4,调节pH至6.9。
菌种活化、种子培养和分批发酵步骤与实施例1相同。
结果表明,采用实施例1的分批发酵培养基,发酵结束时菌体量为14.48g·L-1、ε-PL产量为3.27g·L-1、发酵时间为52h,采用实施例10的分批发酵培养基,发酵结束时菌体量为16.24g·L-1、ε-PL产量为5.12g·L-1、发酵时间为46h。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种提高ε-聚赖氨酸产量的方法,其特征在于,在发酵培养基中添加外源物质,接种链霉菌进行发酵;所述外源物质为葡萄糖酸钙,或天冬氨酸,或赖氨酸;所述发酵培养基含有葡萄糖50g·L-1,(NH4)2SO410g·L-1,K2HPO42g·L-1,MgSO4·7H2O 1g·L-1,调节pH至6.9。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述葡萄糖酸钙含量为1~5g/L。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述天冬氨酸含量为0.1~6g/L。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述赖氨酸含量为0.1~6g/L。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述发酵以分批发酵的方式,将菌液接种至3L发酵罐,初始通风量2L·min-1,初始搅拌转速200r·min-1,温度30℃。
6.根据权利要求1或5所述的方法,其特征在于,所述发酵过程中控制溶氧维持在20-30%。
7.根据权利要求1或5所述的方法,其特征在于,所述发酵过程中控制pH保持在4.0。
8.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述菌液为种子培养获得的种子液;所述种子培养为:将所述链霉菌孢子接种至含有40mL种子培养基的250mL摇瓶中,30℃,200r·min-1培养24-28h;所述种子培养基为:葡萄糖50g·L-1,酵母粉8g·L-1,(NH4)2SO45g·L-1,K2HPO42g·L-1,MgSO4·7H2O 1g·L-1,ZnSO4·7H2O 0.04g·L-1,FeSO4·7H2O 0.03g·L-1,调节pH至7.5。
9.根据权利要求8所述的方法,所述种子培养前还进行了菌种活化,所述活化在平板培养基上进行:用接种环挑取少量链霉菌孢子接种于平板培养基上,30℃,培养10-14d;所述平板培养基为:葡萄糖10g·L-1,鱼粉蛋白胨2g·L-1,酵母粉1g·L-1,琼脂18g·L-1,调节pH至7.5。
10.一种全合成培养基,其特征在于,配方为:葡萄糖50g·L-1,(NH4)2SO410g·L-1,K2HPO42g·L-1,MgSO4·7H2O 1g·L-1,葡萄糖酸钙1~5g·L-1,2mL微量元素溶液,调节pH至6.9;所述微量元素溶液配方为:FeCl3·6H2O 200g·L-1,ZnCl240g·L-1,Na2B4O7·10H2O 10g·L-1,MnCl2·4H2O 10g·L-1,CaCl2·2H2O 10g·L-1和(NH4)6Mo7O24·4H2O 10g·L-1。
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