CN108103124A - 一种牛樟芝胞外多糖的液态发酵及纯化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种牛樟芝胞外多糖的液态发酵及纯化方法,属于生物技术领域。本发明是将活化好的牛樟芝菌种经种子液培养,接入到对后期多糖分离纯化不会有影响的发酵培养基中进行液态发酵,再将发酵液进行分离,获得牛樟芝胞外多糖粗组分,最后经超滤和柱层析得到两种含量较高的胞外多糖,其中一种是具有高度分支结构的多糖组分。本发明的方法工艺简单,易于实现,不仅大幅度提高了牛樟芝胞外多糖产量,也避免了培养基中的各种添加物对胞外多糖分离纯化时造成的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种牛樟芝胞外多糖的液态发酵及纯化方法,属于生物技术领域。
背景技术
牛樟芝(Antrodia camphorata,A.camphorate)又名牛樟菇,红樟芝,樟菇等,隶属于真菌门、担子菌亚门、层菌纲、多孔菌科、薄孔菌属,是台湾特有的珍稀药食两用真菌。牛樟芝主要生长于幽暗、潮湿且温度稍低的海拔450-2000m的台湾东海岸山脉阔叶林地区,适宜于中性偏酸的环境。牛樟树作为牛樟芝自然环境中的唯一宿主,目前数量相当稀少,已被列为一级保育树种,而能够长出牛樟芝的牛樟树则更少,导致野生牛樟芝资源严重短缺。因此,牛樟芝十分珍贵,素有“神芝”、“森林中的红宝石”之称。
台湾原住民早期常将牛樟芝用以治疗急性腹痛和过敏反应,并发现牛樟芝具有很好的解酒功效。现代研究表明,牛樟芝含有多种生理活性成分,如多糖、三萜类化合物、腺苷、超氧岐化酶(SOD)等,能有效治疗肝病并具有抗肿瘤、抗病毒、抗过敏、降血脂、降血糖等功效。其中,多糖作为牛樟芝的主要活性成分之一,具有强心、降血压、降血糖、抗血栓、调节免疫力、预防和控制肿瘤等功能。然而由于牛樟芝的生长对环境要求苛刻,因此牛樟芝多糖的来源及产量成为限制其开发的重要因素。
目前由于天然牛樟芝资源的匮乏,其研究还处于起步阶段,常采用的人工培育方式主要有三种:椴木栽培法、液态发酵法以及固态发酵法。其中,椴木栽培法受限于牛樟树资源,固态发酵法周期长,劳动强度大,且两种方法都存在占地面积大,受季节限制,而且容易污染等缺点,因此不宜扩大生产。相比而言,液态发酵法具有周期短、成本低且易于工厂放大培养的优点,适合大规模生产。国内外也有部分研究者对樟芝的液态发酵进行过研究,主要集中在通过调控获取更高的生物量或三萜类等小分子活性成分,对于多糖尤其是胞外多糖的调控和结构研究相对较少。在实际发酵过程中,培养基的营养组成及发酵条件都会影响到胞外多糖产量。此外,发酵后培养基中未完全利用的大分子物质对后期牛樟芝胞外多糖的分离纯化也会造成极大干扰。要达到提高牛樟芝胞外多糖产量,同时利于胞外多糖后期的分离纯化等目的,还需要进行大量的研究工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种牛樟芝胞外多糖的液态发酵及纯化方法,采用此发明能够通过液态发酵的方式提高牛樟芝胞外多糖的产量,同时利于快速获得高纯度的胞外多糖。
本发明所述方法包括以下步骤:
将牛樟芝种子培养液接入灭菌后的液态发酵培养基进行液态发酵得到牛樟芝菌丝体发酵液,所述的液态发酵接种量为10-15%,温度25-31℃、摇瓶转速100-150r/min、发酵时间为8-12天;所述的液态发酵培养基为:葡萄糖40-60g/L、酵母浸粉16-24g/L、磷酸二氢钾(KH2PO4)0.5-1g/L、七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.5-1g/L、维生素B1(VB1)0.5-1g/L,培养基pH为4-6。
其中所述的牛樟芝种子培养液优选为:葡萄糖50-70g/L,酵母浸粉10-15g/L,磷酸二氢钾(KH2PO4)0.3-1.2g/L,七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.8-1.5g/L,柠檬酸0.3-1.0g/L,pH自然,装液量100-150mL/500mL三角瓶。种子液接种量为10-20%,温度为26-30℃,接种后以120-160r/min的转速,发酵3-6d。
本发明所述方法还包括对发酵液中的胞外粗多糖进行分离纯化的方法,包括下述步骤:
(1)过滤或离心以除去不溶性固形物,
(2)将除去不溶性固形物后所得到的发酵液进行浓缩得到发酵浓缩液,
(3)向发酵浓缩液中加入乙醇进行醇沉,将沉淀物水洗后冷冻干燥,即得胞外粗多糖。
在本发明的一种实施方式中,步骤(1)中,发酵结束后,采用定量滤纸过滤以除去不溶性固形物。或者,采用3000-5000g转速离心10-20min,获得上清液即为牛樟芝液态发酵液。
在本发明的一种实施方式中,步骤(2)中,所得发酵液采用加热减压浓缩,将所得发酵液体积浓缩至原体积的1/2-1/4,浓缩温度不高于65℃,真空度不低于0.085MPa。
在本发明的一种实施方式中,步骤(3)中,所得发酵浓缩液中加入3-5倍体积的95%乙醇,静置5-8h,将沉淀物以2倍体积的去离子水溶解后冷冻干燥,即得胞外粗多糖。
本发明所述方法还包括对胞外粗多糖进行进一步纯化的方法,是将胞外粗多糖组分冻干后采用超滤和/或柱层析进行纯化:
在本发明的一种实施方式中,所述超滤是切向流超滤,是采用截留分子量为10-50kDa的超滤膜进行超滤。
在本发明的一种实施方式中,所述柱层析是指采用选自下组的一种或两种以上的填料进行柱层析:Sephacryl S200、Sephacryl S400、Sephacryl S1000、Sephadex G-200。
本发明是针对牛樟芝发酵周期长,多糖产量低,且发酵培养基中大分子成分对胞外多糖的分离纯化造成极大干扰等技术难题进行研究的,所用培养基原料廉价易得,无污染,纯化方法简单可行,易于实现。
为提高目标产物胞外多糖的产量,本发明优化了发酵培养基的配方,所采用的碳氮源中均不含发酵后会有残留的大分子物质,既保证了牛樟芝菌体的生物量和胞外多糖的产量,又不会对后期多糖的分离纯化产生影响。
附图说明
图1牛樟芝胞外粗多糖的凝胶柱层析分离图;注:样品上样量为200-300mg,洗脱剂为水,采用自动部分收集器收集洗脱液(5mL/管),图中EPS-1与EPS-2,为纯化牛樟芝胞外多糖纯组分。
具体实施方式
实施例1
1.液态发酵:将活化好的牛樟芝菌株按接种量15%(v/v)接种于种子培养基(120mL),其中种子培养基组成为:葡萄糖50g/L,酵母浸粉10g/L,MgSO4·7H2O 1.0g/L,K2HPO40.5g/L,柠檬酸0.5g/L,pH自然。装液量120mL/500mL三角瓶,130r/min转速下于28℃培养3天即得牛樟芝种子液;将种子液按照18%接种量接入发酵培养基,其中发酵培养基组成为:葡萄糖60g/L,酵母浸粉16g/L,KH2PO40.75g/L,MgSO4·7H2O 0.77g/L,维生素B11g/L,磷酸缓冲液调初始pH=5.0。装液量120mL/500mL,100r/min转速下于27℃培养10天,即得牛樟芝发酵液。
2.胞外多糖的分离:发酵结束后,采用定量滤纸过滤以除去不溶性固形物,获得上清液即为牛樟芝液态发酵液,采用加热减压浓缩,将所得发酵液体积浓缩至原体积的1/4,浓缩温度60℃,真空度0.10MPa。在发酵浓缩液中加入3倍体积的95%乙醇,静置5h,弃去上清液,将沉淀物以2倍体积的水溶解后冷冻干燥,即得胞外粗多糖。
3.胞外多糖的纯化:将冻干后的胞外粗多糖以去离子水溶解,按照上述通用方法中所述柱层析法进行纯化。
可以采用的柱层析填料有:Sephacryl S200(分离范围5×103-2.5×105),Sephacryl S400(分离范围2×104-8×106),Sephacryl S1000(分离范围5×105-1×108),Sephadex G-200(分离范围5000-600000)。本实施例采用Sephacryl S400填料,层析柱为湿法装填,玻璃柱内径为26mm,装填高度70-80cm,装填过程以恒流蠕动泵依次采取自然沉降、3倍柱体积水以2mL/min流速平衡、3倍柱体积水以4mL/min流速压实填料、3倍柱体积水以4mL/min流速反向压实填料的方式装填,以获得高稳定性和重复性的柱效。洗脱过程使用水作为洗脱剂,样品上样量为200-300mg,以恒流蠕动泵控制流速为2mL/min,采用自动部分收集器收集洗脱液(5mL/管)。首次上样可采用苯酚硫酸法检测洗脱液中目标组分出峰时间及管数,同一样品重复进样,可直接合并相同管数的样品,浓缩、冻干得牛樟芝胞外多糖纯品。
实施例2
1.液态发酵:将活化好的牛樟芝菌株按接种量10%接种于种子培养基(100mL),其中种子培养基组成为:葡萄糖60g/L,酵母浸粉12g/L,MgSO4·7H2O 0.8g/L,K2HPO41.0g/L,柠檬酸0.3g/L,pH自然。装液量100mL/500mL三角瓶,140r/min转速下于26℃培养5天即得牛樟芝种子液;将种子液按照18%接种量接入发酵培养基,其中发酵培养基组成为:葡萄糖50g/L,酵母浸粉20g/L,KH2PO41.0g/L,MgSO4·7H2O 0.5g/L,维生素B10.5g/L,磷酸缓冲液调初始pH=4.0。装液量150mL/500mL,150r/min转速下于25℃培养8天,即得牛樟芝发酵液。
2.胞外多糖的分离:发酵结束后,采用定量滤纸过滤以除去不溶性固形物,获得上清液即为牛樟芝液态发酵液,采用加热减压浓缩,将所得发酵液体积浓缩至原体积的1/2,浓缩温度64℃,真空度0.085MPa。在发酵浓缩液中加入4倍体积的95%乙醇,静置8h,弃去上清液,将沉淀物以2倍体积的水溶解后冷冻干燥,即得胞外粗多糖。
3.胞外多糖的纯化:将冻干后的胞外粗多糖以去离子水溶解,按照上述通用方法中所述切向流超滤法进行纯化。
采用10-50kDa超滤膜进行超滤,超滤前先以500mL水将膜充分润洗,在物料杯中加入500mL浓度为2-5mg/mL的粗多糖水溶液,以恒流蠕动泵将溶液泵过超滤膜,控制膜后压力小于35psi,将回流液导回样品杯重复超滤,弃去透过液。当多糖溶液体积低于250mL时,补水至500mL继续超滤。洗脱6-7倍体积的水之后,将溶液浓缩至150mL即可停止,将截留溶液冻干得牛樟芝胞外多糖纯品。
实施例3
在实施例1的基础上,调整发酵培养基中各组分的含量
发酵培养基组成为:葡萄糖40g/L,酵母浸粉24g/L,KH2PO41g/L,MgSO4·7H2O0.5g/L,维生素B11g/L,磷酸缓冲液调初始pH=5.0。
实施例4
在实施例1的基础上,调整发酵培养基中各组分的含量
发酵培养基组成为:葡萄糖50g/L,酵母浸粉15g/L,KH2PO40.5g/L,MgSO4·7H2O0.5g/L,维生素B10.8g/L,磷酸缓冲液调初始pH=6.0。
对比例
为更好验证本发明中所采用的培养基配方对产胞外多糖及后期纯化的优势,又做了几个对比试验。
对比例1-3中只调整液体发酵培养基中碳源和氮源及其用量:对比例1中不含酵母浸粉,以蛋白胨为氮源,且含量为16g/L;对比例2中不含葡萄糖,以蔗糖为碳源,且含量为50g/L;对比例3中葡萄糖含量为30g/L,酵母浸粉含量为12g/L;其余条件均同本发明实施例1。
对比例4-6中只调整分离纯化方法:对比例4中在发酵浓缩液中仅加入2倍体积的95%乙醇进行沉淀;对比例5中乙醇沉淀物不经冷冻干燥,而以烘干法在50℃烘干至恒重;对比例6中,采用DEAE-52填料进行柱层析;其余条件均同本发明实施例1,结果见表1。
表1
注:菌丝体得率为过滤或离心后所得固体经50℃烘干至恒重后的重量与初始发酵液总体积的比,单位为g/L;
乙醇沉淀物得率为过滤或离心后所得上清液经浓缩后,在加入3倍体积的95%乙醇后所得沉淀物经50℃烘干至恒重后的重量与初始发酵液总体积的比,单位为g/L;
总多糖得率为对乙醇沉淀物采用苯酚硫酸法测定其中的总糖含量,该总糖含量与初始发酵液总体积的比值即为总多糖得率,单位为g/L;
总多糖占沉淀物比例为总多糖得率与乙醇沉淀物的比值,单位为%。
对比例方法所得胞外多糖产率低;和/或在采用其他氮源时多糖与未完全利用的大分子成分共同沉淀,导致后期纯化更为复杂;和/或分离不完全,以致损失较大;和/或分离纯化效果不佳。
与上述对比例1相比,本发明的方法在发酵培养基中已选用了对后期胞外多糖的醇沉分离及纯化过程不会产生影响的碳源和氮源,并对所用培养基做对照进行醇沉验证,结果表明,加入3-5倍体积的乙醇后无沉淀产生。
与上述对比例2和3相比,本发明的方法所用培养基组成所产牛樟芝菌丝体生物量和胞外多糖产率都有大幅提升。
与上述对比例4相比,本发明所用的乙醇沉淀方法在胞外多糖得率方面有大幅提高。
与上述对比例5相比,本发明对胞外多糖所用的冷冻干燥方法,在下一步用水进行复溶时有很好的溶解性,而对比例5中经烘干后的粗多糖水溶性较差,对下一步的纯化影响较大。
与上述对比例6相比,本发明中柱层析法所用填料可取得较好的分离效果,而对比例6中所用DEAE-52填料,则基本无分离效果,这可能与表2中所述的樟芝胞外多糖均有中性单糖构成有关。
本发明所得牛樟芝胞外多糖经纯化后得到两种纯多糖组分,如图1和表2。
表2
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)
1.一种牛樟芝胞外多糖的制备方法,其特征在于,采用液态发酵方法,包括以下步骤:
将牛樟芝种子培养液接入灭菌后的液态发酵培养基进行液态发酵得到牛樟芝菌丝体发酵液,所述的液态发酵条件为:接种量为10-15%,温度25-31℃、转速100-150r/min、发酵时间为8-12d;所述的液态发酵培养基为:葡萄糖40-60g/L、酵母浸粉16-24g/L、磷酸二氢钾0.5-1g/L、七水硫酸镁0.5-1g/L、维生素B10.5-1g/L,培养基pH为4-6。
2.根据权利要求1所述的一种牛樟芝胞外多糖的制备方法,其特征在于,种子培养基为:葡萄糖50-70g/L,酵母浸粉10-15g/L,磷酸二氢钾0.3-1.2g/L,七水硫酸镁0.8-1.5g/L,柠檬酸0.3-1.0g/L,pH自然。
3.根据权利要求1或2所述的一种牛樟芝胞外多糖的制备方法,其特征在于,所述种子培养液的制备方法是:接种量为10-20%,温度为26-30℃,120-160r/min的转速,发酵3-6d。
4.根据权利要求1~3任一所述的一种牛樟芝胞外多糖的制备方法,其特征在于,液态发酵结束后,对胞外多糖进行分离,包括下述步骤:
(1)过滤或离心以除去不溶性固形物,
(2)将除去不溶性固形物后所得到的发酵液进行浓缩得到发酵浓缩液,
(3)向发酵浓缩液中加入乙醇进行醇沉,将沉淀物水洗后冷冻干燥,即得胞外粗多糖。
5.根据权利要求4所述的一种牛樟芝胞外多糖的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,采用定量滤纸过滤以除去不溶性固形物,或者,采用3000-5000g转速离心10-20min,获得上清液。
6.根据权利要求4或5所述的一种牛樟芝胞外多糖的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,将经步骤(1)处理后的发酵液采用加热减压浓缩,将所得发酵液体积浓缩至原体积的1/2-1/4,浓缩温度不高于65℃,真空度不低于0.085MPa。
7.根据权利要求4~6任一所述的一种牛樟芝胞外多糖的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,向步骤(2)所得发酵浓缩液中加入3-5倍体积的95%乙醇,静置5-8h,将沉淀物以去离子水溶解后冷冻干燥,即得胞外粗多糖。
8.根据权利要求4~7任一所述的一种牛樟芝胞外多糖的制备方法,其特征在于,还包括对所述胞外粗多糖进行纯化的步骤,是将上述胞外粗多糖采用超滤和/或柱层析进行纯化。
9.根据权利要求8所述的一种牛樟芝胞外多糖的制备方法,其特征在于,所述超滤是切向流超滤,采用截留分子量为10-50kDa的超滤膜。
10.根据权利要求8或9所述的一种牛樟芝胞外多糖的制备方法,其特征在于,所述柱层析采用以下一种或两种以上的填料:Sephacryl S200、Sephacryl S400、Sephacryl S1000、Sephadex G-200。
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