CN110982855A - 一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法 - Google Patents

一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高效合成γ‑氨基丁酸的生物转化方法。该技术方案以前期选育的短乳杆菌CCTCC M2018462为发酵菌株，通过菌株、培养基、培养工艺三方面的协同配合达到了异常高水平的GABA产量。具体来看，本发明首先将短乳杆菌CCTCC M2018462接种于特定成分的种子培养基中，以30～35℃的温度摇床培养7～9h，使培养液OD600值达4～6之间，得到种子培养液；而后以10％的接种量接入特定成分的发酵培养基中，以30～35℃的温度静置培养36～72h，所得培养液中即累积了高含量的GABA。实验验证表明，本发明所得的乳酸菌发酵液中GABA含量高达280～320g/L，为目前报道的最高水平。本发明使GABA产量得到显著提升，为乳酸菌发酵产GABA的规模化应用奠定了良好的基础。

Description

一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法
技术领域
本发明涉及发酵工程技术领域，具体涉及一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法。
背景技术
γ-氨基丁酸(GABA)是一种广泛存在于动物、植物以及微生物的天然非蛋白质组成的氨基酸，作为哺乳动物中枢神经系统中重要的抑制性神经性递质，参与各种生理生化反应，具有利尿、降血压、抗焦虑、健肝利肾、促进脑部回流、营养神经细胞等多种生理功能。
目前，GABA的合成方法主要有化学合成、动植物富集和微生物转化三种。其化学合成方法涉及毒性试剂，反应条件剧烈，安全性低；动植物富集方法存在产量低、提取困难等缺陷。微生物合成法具有产量高、安全环保、产品易于分离纯化等潜在优势，因此在未来可能成为规模化制备GABA的替代途径。
近二十年来，利用乳酸菌合成GABA受到广泛关注。一方面，最近的研究表明，乳酸菌对GABA具有高产潜能；另一方面，乳酸菌作为功能性食品的天然组分，是通常认为安全(GRAS)的微生物。以乳酸菌作为发酵菌种，不仅能发挥自身的益生效应，而且能充分利用GABA的生理功能，应用前景广阔，有巨大的社会和经济效益。然而，在常规的发酵菌种及发酵工艺下，GABA产量处于较低水平，不仅直接影响着GABA的制备效率，而且，过低浓度的产物也不利于后期的分离纯化。在这种形势下，如何提升乳酸菌发酵产GABA的产率，成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法，以解决乳酸菌发酵产GABA的过程中，常规乳酸菌菌株及常规发酵工艺所得产率有待提升的技术问题。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法，该方法是以乳酸菌发酵产γ-氨基丁酸，其中，所述乳酸菌是保藏编号为CCTCC M2018462的短乳杆菌。
作为优选，先将乳酸菌菌种接入种子培养基中进行种子培养，而后再接入发酵培养基中进行发酵培养，其中，所述种子培养基包括以下成分：酵母浸粉 25～35g/L，葡萄糖50g/L，L-谷氨酸钠28g/L，吐温80 1～2g/L，MnSO4·H2O 0.1～0.2mM；所述种子培养基的pH为5.0。
作为优选，所述种子培养的条件为：以30～35℃的温度摇床培养7～9h。
作为优选，所述种子培养结束时，种子培养液的OD600值为4～6。
作为优选，先将乳酸菌菌株接入种子培养基中进行种子培养，而后再接入发酵培养基中进行发酵培养，其中，所述发酵培养基包括以下成分：酵母浸粉 25～35g/L，葡萄糖2.5～10g/L，吐温80 1.5～3g/L，MnSO4·H2O 0.2～0.6mM，L-谷氨酸650g/L。
作为优选，所述发酵培养的条件为：将种子培养的产物以10％的接种量接入所述发酵培养基，而后以30～35℃的温度培养36～72h。
作为优选，该生物转化方法包括以下步骤：
1)以酵母浸粉25～35g/L，葡萄糖50g/L，L-谷氨酸钠28g/L，吐温80 1～2g/L，MnSO4·H2O 0.1～0.2mM的成分配制种子培养基，调节种子培养基pH至5.0，121℃高压灭菌30min；以酵母浸粉25～35g/L，葡萄糖2.5～10g/L，吐温80 1.5～3g/L， MnSO4·H2O 0.2～0.6mM，L-谷氨酸650g/L的成分配制发酵培养基，121℃高压灭菌30min；
2)将保藏编号为CCTCC M2018462的短乳杆菌接入步骤1)所得的种子培养基中，以30～35℃的温度摇床培养7～9h，得到种子培养液，所述种子培养液的 OD600值为4～6；
3)将步骤2)所得的种子培养液以10％的接种量接入步骤1)所得的发酵培养基中，以30～35℃的温度培养36～72h。
本发明所采用的短乳杆菌CCTCC M2018462，又可称之为短乳杆菌CD0817，该菌株保藏于中国典型培养物保藏中心，其地址为湖北省武汉市武昌区八一路珞珈山，中国典型培养物保藏中心，该菌株的保藏编号为CCTCC M2018462。其分类命名为Lactobacillusbreis CD0817(短乳杆菌CD0817)；其保藏日期为2018 年7月9日。
本发明提供了一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法。该技术方案以前期选育的短乳杆菌CCTCC M2018462为发酵菌株，通过菌株、培养基、培养工艺三方面的协同配合达到了异常高水平的GABA产量。具体来看，本发明首先将短乳杆菌CCTCC M2018462接种于特定成分的种子培养基中，以30～35℃的温度摇床培养7～9h，使培养液OD600值达4～6之间，得到种子培养液；而后以 10％的接种量接入特定成分的发酵培养基中，以30～35℃的温度静置培养36～72h，所得培养液中即累积了高含量的GABA。
实验验证表明，本发明所得的乳酸菌发酵液中GABA含量高达280～320g/L，为目前报道的最高水平。本发明所涉及的培养基均通过了前期优化，不仅培养效果良好，而且具有成分简单的技术优势。本发明从特定的菌株出发，采用创新性的培养基及工艺条件使GABA产量得到显著提升，为乳酸菌发酵产GABA的规模化应用奠定了良好的基础。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。
实施例1
短乳杆菌CD0817活化后，转接于液体种子培养基，以10％的接种量接种于发酵培养基，于30℃静置培养36h。
种子培养基(g/L)包括：酵母浸粉25，葡萄糖40，L-谷氨酸钠28，吐温 80 1，MnSO4·H2O 0.1mM，pH 5.0。
发酵培养基(g/L)包括：酵母浸粉25，葡萄糖2.5，吐温80 1.5，MnSO4·H2O 0.2mM，L-谷氨酸650。将发酵后的培养基进行测试，得到的GABA含量达280g/L。
实施例2
短乳杆菌CD0817活化后，转接于液体种子培养基，以10％的接种量接种于发酵培养基，于35℃静置培养36h。
种子培养基(g/L)包括：酵母浸粉25，葡萄糖50，L-谷氨酸钠28，吐温 80 1.5，MnSO4·H2O 0.15mM，pH 5.0。
发酵培养基(g/L)包括：酵母浸粉35，葡萄糖5，吐温80 1.5，MnSO4·H2O 0.4mM，L-谷氨酸650。将发酵后的培养基进行测试，得到的GABA含量达299g/L。
实施例3
短乳杆菌CD0817活化后，转接于液体种子培养基，以10％的接种量接种于发酵培养基，于32℃静置培养36h。
种子培养基(g/L)包括：酵母浸粉25，葡萄糖50，L-谷氨酸钠28，吐温 80 2，MnSO4·H2O 0.2mM，pH 5.0。
发酵培养基(g/L)包括：酵母浸粉35，葡萄糖5，吐温80 2，MnSO4·H2O 0.6mM， L-谷氨酸650。将发酵后的培养基进行测试，得到的GABA含量达311g/L。
实施例4
一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法，包括以下步骤：
1)以酵母浸粉25g/L，葡萄糖50g/L，L-谷氨酸钠28g/L，吐温80 1g/L， MnSO4·H2O0.1mM的成分配制种子培养基，调节种子培养基pH至5.0，121℃高压灭菌30min；以酵母浸粉25g/L，葡萄糖2.5g/L，吐温80 1.5g/L，MnSO4·H2O 0.2mM，L-谷氨酸650g/L的成分配制发酵培养基，121℃高压灭菌30min；
2)将保藏编号为CCTCC M2018462的短乳杆菌接入步骤1)所得的种子培养基中，以30℃的温度摇床培养7h，得到种子培养液，所述种子培养液的OD600值为5；
3)将步骤2)所得的种子培养液以10％的接种量接入步骤1)所得的发酵培养基中，以30℃的温度培养48h。将发酵后的培养基进行测试，得到的GABA 含量达303g/L。
实施例5
一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法，包括以下步骤：
1)以酵母浸粉35g/L，葡萄糖50g/L，L-谷氨酸钠28g/L，吐温80 2g/L， MnSO4·H2O0.2mM的成分配制种子培养基，调节种子培养基pH至5.0，121℃高压灭菌30min；以酵母浸粉35g/L，葡萄糖10g/L，吐温80 3g/L，MnSO4·H2O 0.6mM，L-谷氨酸650g/L的成分配制发酵培养基，121℃高压灭菌30min；
2)将保藏编号为CCTCC M2018462的短乳杆菌接入步骤1)所得的种子培养基中，以35℃的温度摇床培养9h，得到种子培养液，所述种子培养液的OD600值为6；
3)将步骤2)所得的种子培养液以10％的接种量接入步骤1)所得的发酵培养基中，以35℃的温度培养72h。将发酵后的培养基进行测试，得到的GABA 含量达317g/L。为目前报道的最高水平，说明该制备方法能够高产GABA。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法，该方法是以乳酸菌发酵产γ-氨基丁酸，其特征在于所述乳酸菌是保藏编号为CCTCC M2018462的短乳杆菌。
2.根据权利要求1所述的一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法，在该方法中，先将乳酸菌菌种接入种子培养基中进行种子培养，而后再接入发酵培养基中进行发酵培养，其特征在于，所述种子培养基包括以下成分：酵母浸粉25～35g/L，葡萄糖50g/L，L-谷氨酸钠28g/L，吐温80 1～2g/L，MnSO4·H2O 0.1～0.2mM；所述种子培养基的pH为5.0。
3.根据权利要求2所述的一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法，其特征在于，所述种子培养的条件为：以30～35℃的温度摇床培养7～9h。
4.根据权利要求3所述的一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法，其特征在于，所述种子培养结束时，种子培养液的OD600值为4～6。
5.根据权利要求1所述的一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法，在该方法中，先将乳酸菌菌株接入种子培养基中进行种子培养，而后再接入发酵培养基中进行发酵培养，其特征在于，所述发酵培养基包括以下成分：酵母浸粉25～35g/L，葡萄糖2.5～10g/L，吐温80 1.5～3g/L，MnSO4·H2O 0.2～0.6mM，L-谷氨酸650g/L。
6.根据权利要求5所述的一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法，其特征在于，所述发酵培养的条件为：将种子培养的产物以10％的接种量接入所述发酵培养基，而后以30～35℃的温度培养36～72h。
7.根据权利要求1所述的一种高效合成γ-氨基丁酸的生物转化方法，其特征在于包括以下步骤：
1)以酵母浸粉25～35g/L，葡萄糖50g/L，L-谷氨酸钠28g/L，吐温80 1～2g/L，MnSO4·H2O 0.1～0.2mM的成分配制种子培养基，调节种子培养基pH至5.0，121℃高压灭菌30min；以酵母浸粉25～35g/L，葡萄糖2.5～10g/L，吐温80 1.5～3g/L，MnSO4·H2O 0.2～0.6mM，L-谷氨酸650g/L的成分配制发酵培养基，121℃高压灭菌30min；
2)将保藏编号为CCTCC M2018462的短乳杆菌接入步骤1)所得的种子培养基中，以30～35℃的温度摇床培养7～9h，得到种子培养液，所述种子培养液的OD600值为4～6；
3)将步骤2)所得的种子培养液以10％的接种量接入步骤1)所得的发酵培养基中，以30～35℃的温度培养36～72h。
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