CN110862945B - 一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法 - Google Patents

一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法,属于生物技术领域。该发酵方法包括以下步骤:将待发酵的种子液接种于发酵培养液中,并置于0.05~0.1MPa的压力条件下进行恒温发酵培养6~10h后,得到发酵底液;往上述发酵底液中添加诱导剂;所述诱导剂在所述发酵底液中质量浓度为0.1~1.5mmol/L;往上述加有诱导剂的发酵底液中添加补料液,并继续进行恒温发酵培养20~48h,得到发酵产物;所述补料液与所述加有诱导剂的发酵底液的体积比为(0.5~2):1。本发明提供的发酵方法可以在36~40℃的环境下进行诱导蛋白的表达,其无需对发酵底液进行快速降温,也可以达到与降温到25~30℃的蛋白表达量,从而可以大大降低能耗以及节约生产成本。

Description

一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域,具体是一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法。
背景技术
现有大肠杆菌的工业高密发酵中,一般需要把整罐发酵液从大肠杆菌的最适生长降温(36~40℃)到一个相对低的温度(25~30℃)才能诱导蛋白的表达,以此实现高效的蛋白表达。这一降温过程需要在很短的时间内完成,在生产中,吨级以上发酵罐的降温能耗是巨大的,特别是在炎热的夏天。很多企业不得不在夏天停产,就是因为这一降温过程的成本太高。
因此,目前亟需一种可以在最适生长温度(36~40℃)进行诱导蛋白表达的发酵方法,以解决现有存在的发酵成本较高、耗能较大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明实施例提供如下技术方案:
一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法,包括以下步骤:
将待发酵的种子液接种于发酵培养液中,并置于0.05~0.1MPa的压力条件下进行恒温发酵培养6~10h后,得到发酵底液;所述种子液的体积为发酵培养液体积的0.5%~2%;所述发酵培养液中的溶氧量为15%~90%;
往上述发酵底液中添加诱导剂;
往上述加有诱导剂的发酵底液中添加补料液,并继续进行恒温发酵培养20~48h,得到发酵产物;所述补料液与所述加有诱导剂的发酵底液的体积比为(0.5~2):1。
优选的,所述恒温发酵培养的温度为36~40℃。
优选的,所述恒温发酵培养的通气量为0.5~6vvm。
优选的,所述的发酵培养液包括以下按照质量浓度或体积浓度计的组分:硫酸铵0.7~1g/L、柠檬酸三钠0.8~1.1g/L、磷酸氢二钾10~15g/L、磷酸二氢钾5~7g/L、酵母粉2~4g/L、柠檬酸铁铵0.05~0.1g/L、微量元素溶液6~10mL/L、聚醚消泡剂0.1~1mL/L。
优选的,所述的微量元素溶液包括以下按照质量浓度计的组分:氯化钙1~3g/L、硫酸锌1~3g/L、硫酸锰0.1~1g/L、硫酸铜0.5~1.5g/L、钼酸铵0.05~0.2g/L、四硼酸钠0.01~0.05g/L。
优选的,所述的诱导剂为异丙基-β-D-硫代半乳糖苷、乳糖、L-Arabinose和Tetracycline中的一种。
优选的,所述补料液包括以下按照质量浓度计的组分:葡萄糖400~600g/L、氯化铵10~15g/L、硫酸镁4~6g/L。
与现有技术相比,本发明实施例的有益效果是:
本发明实施例提供的一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法,可以在36~40℃的环境下进行诱导蛋白的表达,其无需对发酵底液进行快速降温,也可以达到与降温到25-30℃的蛋白表达量,从而可以大大降低能耗以及节约生产成本。
附图说明
图1为实施例5得到的发酵产物的电泳图。
图2为对比例1得到的发酵产物的电泳图。
图3为对比例2得到的发酵产物的电泳图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
该实施例提供了一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法,其包括以下步骤:
(1)将待发酵的大肠杆菌种子液接种于发酵培养液中,并置于0.05MPa的压力条件的发酵罐中进行恒温发酵培养6h后,得到发酵底液;其中,发酵罐内的温度为36℃,发酵培养时,发酵罐的通气量为0.5vvm;所述种子液的体积为发酵培养液体积的0.5%;所述发酵培养液中的溶氧量为15%。
另外,所述的1L的发酵培养液是由0.7g硫酸铵、0.8g柠檬酸三钠、10g磷酸氢二钾、5g磷酸二氢钾、2g酵母粉、0.05g柠檬酸铁铵、6mL微量元素溶液、0.1mL聚醚消泡剂和纯化无菌水进行配制的,配制的方法如下:先将硫酸铵、柠檬酸三钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、酵母粉、柠檬酸铁铵和微量元素溶液进行混合溶解后,再加入聚醚消泡剂进行混合,即可得到上述发酵培养液;其中,1L的微量元素溶液是由1g氯化钙、1g硫酸锌、0.1g硫酸锰、0.5g硫酸铜、0.05g钼酸铵、0.01g四硼酸钠和纯化无菌水进行配制的。需要说明的是,除了酵母粉为市售OXOID品牌的LP0021酵母粉外,其余组分均为市售国药品牌的AR级试剂。
(2)往上述发酵底液中添加诱导剂;所述诱导剂在所述发酵底液中质量浓度为10g/L;诱导剂具体可选用市售的乳糖。
(3)往上述加有诱导剂的发酵底液中添加补料液,并继续进行恒温(36℃)发酵培养20h,得到发酵产物;所述补料液与所述加有诱导剂的发酵底液的体积比为0.5:1。其中,1L的补料液是由400g葡萄糖、10g氯化铵、4g硫酸镁和纯化无菌水进行配制的。需要说明的是,葡萄糖、氯化铵和硫酸镁均为市售国药品牌的AR级试剂。
实施例2
该实施例提供了一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法,其包括以下步骤:
(1)将待发酵的大肠杆菌种子液接种于发酵培养液中,并置于0.1MPa的压力条件的发酵罐中进行恒温发酵培养10h后,得到发酵底液;其中,发酵罐内的温度为40℃,发酵培养时,发酵罐的通气量为6vvm;所述种子液的体积为发酵培养液体积的2%;所述发酵培养液中的溶氧量为90%。
另外,所述的1L的发酵培养液是由1g硫酸铵、1.1g柠檬酸三钠、15g磷酸氢二钾、7g磷酸二氢钾、4g酵母粉、0.1g柠檬酸铁铵、10mL微量元素溶液、1mL聚醚消泡剂和纯化无菌水进行配制的,配制的方法如下:先将硫酸铵、柠檬酸三钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、酵母粉、柠檬酸铁铵和微量元素溶液进行混合溶解后,再加入聚醚消泡剂进行混合,即可得到上述发酵培养液;其中,1L的微量元素溶液是由3g氯化钙、3g硫酸锌、1g硫酸锰、1.5g硫酸铜、0.2g钼酸铵、0.05g四硼酸钠和纯化无菌水进行配制的。需要说明的是,除了酵母粉为市售OXOID品牌的LP0021酵母粉外,其余组分均为市售国药品牌的AR级试剂。
(2)往上述发酵底液中添加诱导剂;所述诱导剂在所述发酵底液中质量浓度为5g/L;诱导剂具体可选用市售的L-Arabinose。
(3)往上述加有诱导剂的发酵底液中添加补料液,并继续进行恒温(40℃)发酵培养20~48h,得到发酵产物;所述补料液与所述加有诱导剂的发酵底液的体积比为2:1。其中,1L的补料液是由600g葡萄糖、15g氯化铵、6g硫酸镁和纯化无菌水进行配制的。需要说明的是,葡萄糖、氯化铵和硫酸镁均为市售国药品牌的AR级试剂。
实施例3
该实施例提供了一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法,其包括以下步骤:
(1)将待发酵的大肠杆菌种子液接种于发酵培养液中,并置于0.08MPa的压力条件的发酵罐中进行恒温发酵培养8h后,得到发酵底液;其中,发酵罐内的温度为37℃,发酵培养时,发酵罐的通气量为2vvm;所述种子液的体积为发酵培养液体积的0.5%~2%;所述发酵培养液中的溶氧量为20%。
另外,所述的1L的发酵培养液是由0.8g硫酸铵、1g柠檬酸三钠、12g磷酸氢二钾、6g磷酸二氢钾、3g酵母粉、0.08g柠檬酸铁铵、8mL微量元素溶液、0.8mL聚醚消泡剂和纯化无菌水进行配制的,配制的方法如下:先将硫酸铵、柠檬酸三钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、酵母粉、柠檬酸铁铵和微量元素溶液进行混合溶解后,再加入聚醚消泡剂进行混合,即可得到上述发酵培养液;其中,1L的微量元素溶液是由2g氯化钙、2g硫酸锌、0.5g硫酸锰、1g硫酸铜、0.1g钼酸铵、0.03g四硼酸钠和纯化无菌水进行配制的。需要说明的是,除了酵母粉为市售OXOID品牌的LP0021酵母粉外,其余组分均为市售国药品牌的AR级试剂。
(2)往上述发酵底液中添加诱导剂;所述诱导剂在所述发酵底液中质量浓度为5μg/L;诱导剂具体可选用市售的Tetracycline。
(3)往上述加有诱导剂的发酵底液中添加补料液,并继续进行恒温(37℃)发酵培养36h,得到发酵产物;所述补料液与所述加有诱导剂的发酵底液的体积比为1:1。其中,1L的补料液是由500g葡萄糖、12g氯化铵、5g硫酸镁和纯化无菌水进行配制的。需要说明的是,葡萄糖、氯化铵和硫酸镁均为市售国药品牌的AR级试剂。
实施例4
该实施例提供了一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法,其包括以下步骤:
(1)将待发酵的大肠杆菌种子液接种于发酵培养液中,并置于0.08MPa的压力条件的发酵罐中进行恒温发酵培养8h后,得到发酵底液;其中,发酵罐内的温度为37℃,发酵培养时,发酵罐的通气量为3vvm;所述种子液的体积为发酵培养液体积的1.2%;所述发酵培养液中的溶氧量为50%。
另外,所述的1L的发酵培养液是由0.9g硫酸铵、1g柠檬酸三钠、13g磷酸氢二钾、6g磷酸二氢钾、3g酵母粉、0.08g柠檬酸铁铵、9mL微量元素溶液、0.6mL聚醚消泡剂和纯化无菌水进行配制的,配制的方法如下:先将硫酸铵、柠檬酸三钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、酵母粉、柠檬酸铁铵和微量元素溶液进行混合溶解后,再加入聚醚消泡剂进行混合,即可得到上述发酵培养液;其中,1L的微量元素溶液是由2g氯化钙、2g硫酸锌、0.6g硫酸锰、1.2g硫酸铜、0.15g钼酸铵、0.03g四硼酸钠和纯化无菌水进行配制的。需要说明的是,除了酵母粉为市售OXOID品牌的LP0021酵母粉外,其余组分均为市售国药品牌的AR级试剂。
(2)往上述发酵底液中添加诱导剂;所述诱导剂在所述发酵底液中摩尔质量浓度为1.5mmol/L;诱导剂具体可选用市售的异丙基-β-D-硫代半乳糖苷。
(3)往上述加有诱导剂的发酵底液中添加补料液,并继续进行恒温(37℃)发酵培养24h,得到发酵产物;所述补料液与所述加有诱导剂的发酵底液的体积比为1.5:1。其中,1L的补料液是由500g葡萄糖、12g氯化铵、5g硫酸镁和纯化无菌水进行配制的。需要说明的是,葡萄糖、氯化铵和硫酸镁均为市售国药品牌的AR级试剂。
实施例5
该实施例提供了一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法,其包括以下步骤:
(1)将待发酵的大肠杆菌种子液接种于发酵培养液中,并置于0.08MPa的压力条件的发酵罐中进行恒温发酵培养8.5h后,得到发酵底液;其中,发酵罐内的温度为37℃,发酵培养时,发酵罐的通气量为3vvm;所述种子液的体积为发酵培养液体积的1%;所述发酵培养液中的溶氧量为40%。
另外,所述的1L的发酵培养液是由0.88g硫酸铵、0.98g柠檬酸三钠、12.5g磷酸氢二钾、6.25g磷酸二氢钾、3.33g酵母粉、0.083g柠檬酸铁铵、8.3mL微量元素溶液、0.5mL聚醚消泡剂和纯化无菌水进行配制的,配制的方法如下:先将硫酸铵、柠檬酸三钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、酵母粉、柠檬酸铁铵和微量元素溶液进行混合溶解后,再加入聚醚消泡剂进行混合,即可得到上述发酵培养液;其中,1L的微量元素溶液是由2g氯化钙、2.2g硫酸锌、0.5g硫酸锰、1g硫酸铜、0.1g钼酸铵、0.02g四硼酸钠和纯化无菌水进行配制的。需要说明的是,除了酵母粉为市售OXOID品牌的LP0021酵母粉外,其余组分均为市售国药品牌的AR级试剂。
(2)往上述发酵底液中添加诱导剂;所述诱导剂在所述发酵底液中摩尔质量浓度为0.1mmol/L;诱导剂具体可选用市售的异丙基-β-D-硫代半乳糖苷。
(3)往上述加有诱导剂的发酵底液中添加补料液,并继续进行恒温(37℃)发酵培养48h,得到发酵产物;所述补料液与所述加有诱导剂的发酵底液的体积比为1:1。其中,1L的补料液是由500g葡萄糖、12g氯化铵、5g硫酸镁和纯化无菌水进行配制的。需要说明的是,葡萄糖、氯化铵和硫酸镁均为市售国药品牌的AR级试剂。
对比例1
在37℃的条件下,按照传统的发酵工艺,采用与上述实施例5相同的发酵培养液对种子液进行发酵培养,并将发酵培养的温度从37℃降温至30℃再进行诱导表达,得到发酵产物。
对比例2
在37℃的条件下,按照传统的发酵工艺,采用与上述实施例5相同的发酵培养液对种子液进行发酵培养,并将发酵罐内的温度维持在37℃进行诱导表达,得到发酵产物。
需要说明的是,上述对比例1~2所提到的传统的发酵工艺为现有利用溶氧反馈和恒pH反馈控制的发酵工艺,其步骤如下:
在发酵开始后通过溶氧反馈控制发酵补料(及在溶氧>80时),按底料体积的0.2%添加补料;接着,需要在此过程监控发酵液OD,当OD在30~40时,需要使用在发酵底液中添加质量浓度3.0mmol/L的异丙基-β-D-硫代半乳糖苷诱导剂进行蛋白诱导。诱导剂添加后,再通过添加补料控制发酵液pH维持在7.0-7.2,(即发酵液pH>7.2时,按底料体积的0.2%添加补料,发酵液pH<7.0时,用氢氧化氨调节pH),并通过调节通气,罐压,维持溶氧量在30%~40%,即可。
将上实施例5、对比例1~2得到的发酵产物分别进行凝胶电泳检测,其得到的电泳图分别如附图1~3所示。其中,附图1-3中的标记1~3为分别对应实施例5、对比例1~2得到的发酵产物的电泳图,附图1-3中的标记M为分子量梯度标准,另外,图1~3中的A、B、C区域代表目的蛋白的表达,从中,不难知道,实施例5得到的发酵产物的蛋白表达量与对比例1的相近,且明显要高于对比例2的蛋白表达量。
综上所述,本发明实施例提供的一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法,可以在36~40℃的环境下进行诱导蛋白的表达,其无需对发酵底液进行快速降温,也可以达到与降温到25~30℃的蛋白表达量,从而可以大大降低能耗以及节约生产成本。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法,其特征在于,包括以下步骤:
将待发酵的种子液接种于发酵培养液中,并置于0.05~0.1MPa的压力条件下进行恒温发酵培养6~10h后,得到发酵底液;所述种子液的体积为发酵培养液体积的0.5%~2%;所述发酵培养液中的溶氧量为15%~90%;
往上述发酵底液中添加诱导剂;
往上述加有诱导剂的发酵底液中添加补料液,并继续进行恒温发酵培养20~48h,得到发酵产物;所述补料液与所述加有诱导剂的发酵底液的体积比为(0.5~2):1;
所述的发酵培养液包括以下按照质量浓度或体积浓度计的组分:硫酸铵0.7~1g/L、柠檬酸三钠0.8~1.1g/L、磷酸氢二钾10~15g/L、磷酸二氢钾5~7g/L、酵母粉2~4g/L、柠檬酸铁铵0.05~0.1g/L、微量元素溶液6~10mL/L、聚醚消泡剂0.1~1mL/L;
所述补料液包括以下按照质量浓度计的组分:葡萄糖400~600g/L、氯化铵10~15g/L、硫酸镁4~6g/L;所述恒温发酵培养的温度为36~40℃;所述恒温发酵培养的通气量为0.5~6vvm;所述的诱导剂为异丙基-β-D-硫代半乳糖苷、乳糖、L-阿拉伯糖和四环素中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法,其特征在于,所述的微量元素溶液包括以下按照质量浓度计的组分:氯化钙1~3g/L、硫酸锌1~3g/L、硫酸锰0.1~1g/L、硫酸铜0.5~1.5g/L、钼酸铵0.05~0.2g/L、四硼酸钠0.01~0.05g/L。
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