CN112375749A - 产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发酵液的后提取,特别是指产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法。包括按照公开号为CN107937360A的文献中公开的方法制备产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液并调节发酵液pH值;将壳聚糖溶于醋酸溶液制成壳聚糖溶液,在上述壳聚糖溶液中加入无水乙醇,制成混合液;在常温条件下将混合液与调节pH后的发酵液混合均匀并搅拌后静置;将制成的物料高速离心去除菌体,获得含有葡萄糖氧化酶的上清液。本发明有效解决了现有技术中存在的菌体去除效果差,酶活回收率低等问题,具有菌体去除效果好、酶活回收率高、所制备的葡萄糖氧化酶稳定性好等优点。
Description
技术领域
本发明属于发酵液的后提取,特别是指产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法。
背景技术
葡萄糖氧化酶是一种需氧脱氢酶,被广泛应用于畜禽养殖业、医药行业和食品饮料等行业中。传统葡萄糖氧化酶主要由黑曲霉和青霉进行发酵生产,但酶活产量较低。随着基因工程的发展,许多学者将黑曲霉和青霉GOD基因在毕赤酵母中进行表达,该表达系统易于培养,生长迅速,表达量高且成本较低。随着毕赤酵母高密度发酵技术的成熟与发展,提高发酵密度已经成为提高蛋白表达量的一种重要策略。但由于菌浓度的提高,对固液分离带来了更大的挑战。
常用的毕赤酵母固液分离的工业方法主要有板框过滤法和离心法。板框过滤法操作方便,处理量大,但是过滤澄清度较低,效果不稳定;而离心法主要有碟片式离心法和管式离心法,使用碟片式离心机酶活收率低,产生的大量废液中依然有较高活性,酶液损失较大。而管式离心机处理量低,需要反复拆洗,且经多次离心过滤效果也不澄清,依然有大量菌体存在。无论是板框法还是离心法,都无法获得澄清酶液,而菌体的分离是从发酵液中提取酶液的关键步骤,因此需要寻找一种方便有效的方法用于工业化生产。
絮凝分离技术主要是通过絮凝剂的添加,使溶液中的颗粒聚集,利用双电层的压缩以及电荷的中和作用、桥连作用、沉淀物网捕作用等机理把溶液中的微小胶体、颗粒及悬浮物除去并分离的技术。
壳聚糖也叫壳多糖或几多糖,是甲壳素的脱乙酰基产物,是一种天然高分子有机絮凝剂,其分子中有游离氨基,在酸性条件下成为质子带正电荷,既是一种天然的阳离子絮凝剂,又是一种高分子螯合剂,可使水中悬浮物凝聚而沉降,被广泛用于食品、医药、生物和化工等领域。絮凝法不仅可以改变细胞的分散状态使其凝结成较大颗粒,还可以使少部分的内源蛋白、色素及未耗尽培养基等杂质沉淀,对酶液有一定的纯化作用。
目前关于重组毕赤酵母表达葡萄糖氧化酶方面的文献多数是关注毕赤酵母重组菌株的构建或者发酵过程的调控,而针对葡萄糖氧化酶的固液分离鲜有报道。由于高密度发酵的毕赤酵母发酵液中除了含有大量菌体外,还含有未被利用的营养物质以及菌体死亡产生的杂蛋白类物质,这些以固相和液相的形式同时存在,因此发酵液经一次离心后除菌率仅能达到60%~70%,且经多次离心后依然无法获得澄清酶液。固液分离不完全的酶液在存放过程中菌体会继续利用剩余营养物质生长,会导致酶液变质发臭,酶活下降,保质期短,无论从外观、气味还是使用上都造成影响。
虽然利用壳聚糖絮凝在很多行业中已经使用,但作用对象不同方法也不同。申请人认为其工艺处理的主要技术难点为壳聚糖添加量以及反应pH值。壳聚糖添加量过低,无法使发酵液中菌体和其他杂质凝聚沉淀,添加量过高又会使部分所需葡萄糖氧化酶蛋白沉淀,造成酶活损失;反应pH值也会影响絮凝效果,在pH过低会导致目的蛋白变性沉淀,造成酶活大量损失,pH过高会影响壳聚糖表面电荷,进而影响絮凝效果。
申请人检索的专利文献如下:
公开号为CN103555682A的专利文献中公开了一种葡萄糖氧化酶的分离纯化方法,该方法产葡萄糖氧化酶所用菌株为真菌,首先将真菌菌丝进行研磨抽提,再通过硫酸铵沉淀的方法对酶液进行粗提纯,最后通过DEAE-Sepharose离子交换层析和Superdex-200凝胶过滤层析进行分离纯化,工艺繁琐,成本较高,此法主要用于高纯度酶液的制备,并不适宜工业化使用。
公开号为CN106929489A的专利文献中公开了一种耐热耐酸葡萄糖氧化酶的发酵制备及分析纯化方法,虽然是制备葡萄糖氧化酶并进行分离纯化,但所用菌株为青霉,并非毕赤酵母高密度发酵。
公开号为CN102838655A的专利文献中公开了一种毕赤酵母发酵液的固液分离方法,通过将一定浓度壳聚糖溶液与毕赤酵母发酵液混合均匀,调节pH并搅拌,使毕赤酵母发酵液絮凝,再通过离心或过滤去除菌体,获得含重组蛋白质溶液,其针对的是产重组人血白蛋白及其融合蛋白毕赤酵母发酵液,由于不同的酶制剂有不同的酶性质,故絮凝条件也不尽相同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法,通过合理调整壳聚糖添加量、pH值,并添加一定比例的乙醇,通过离心的方法获得葡萄糖氧化酶,可有效提高菌体去除率及酶活回收率。
本发明的整体技术构思是:
产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法,包括如下步骤:
A、按照公开号为CN107937360A的文献中公开的方法制备产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液并调节发酵液pH=4~8;将壳聚糖溶于体积百分比浓度为1%的醋酸溶液,制成壳聚糖溶液,在上述壳聚糖溶液中加入占其总体积2%~5.5%的无水乙醇,制成混合液;
B、在常温条件下将混合液与调节pH后的发酵液混合均匀并搅拌1~10分钟,使混合物料中壳聚糖的质量百分比浓度为0.30%~0.70%,在4℃~30℃的条件下静置1~5小时;
C、将步骤B中制成的物料高速离心去除菌体,获得含有葡萄糖氧化酶的上清液。
更为优选的技术方案是,所述的步骤A中pH=5~6。
为便于菌体分离,优选的技术方案是:步骤C中高速离心的条件为:在转速为8000~12000转/分钟的条件下离心5~30分钟。
为取得更好的絮凝效果,优选的技术方案是,所述的壳聚糖脱乙酰度≥95%、粘度为100~400mpa.s。
申请人需要说明的是,壳聚糖的粘度为100~200mpa.s为低粘度,200~400mpa.s为中粘度。
申请人经过研究发现,通过在壳聚糖溶液中添加一定比例的乙醇,会促进絮凝效果,且酶活保存率更高,但乙醇若添加过量,壳聚糖-乙醇混合液加入到发酵液中会凝固,浮在发酵液表层,无法与菌液发生絮凝反应,且若混合时发酵液温度过低会使壳聚糖-乙醇混合液在加入后更容易凝固。
为检测本发明所取得的技术效果,申请人采用如下实验进行验证。
1、除菌率测定
本方法主要针对产葡萄糖氧化酶毕赤酵母的固液分离,因此酶液中菌体数量为主要絮凝效果评价指标。一般食品工业用酶制剂菌落总数的测定依据《食品微生物学检验菌落总数测定》(GB4789.2-2016),但该方法需要培养周期,耗时较长,无法快速检测本方法对菌体的去除效果,因此申请人依据《巴斯德毕赤酵母表达人溶菌酶分期发酵工艺研究》(昝继清,曹丁,张宜靖,等。轻工科技,2019,35(8):24-26),采用分光光度法测定细胞浓度,再根据细胞浓度计算除菌率。除菌率测定方法依照公开号为CN102838655A文献中记载的方法进行,具体如下:
细胞浓度测定方法:取发酵液用无菌水稀释至适当倍数(控制检测值在0.1-0.8之间),用分光光度计检测600nm下的吸光度(OD)。
除菌率测定方法:在600nm下,分别测定发酵液和固液分离后上清液的OD值,菌体去除率为,发酵液和上清液OD值之差与发酵液OD值的比值。
2、酶活回收率的测定
由于葡萄糖氧化酶制剂目前尚无国标,检测方法主要有滴定法和比色法。比色法可以更加快速进行酶活测定,因此本发明酶活测定方法采用此法,依照公开号为CN110699346A的专利文献中记载的方法,具体如下:
在3mL的反应体系中,包含0.5mol/L醋酸缓冲液(pH=5.1),0.17mmol/L邻-联茴香胺溶液、1.72%葡萄糖溶液及0.1mg/mL辣根过氧化物酶,35℃震荡混匀,加入0.1mL葡萄糖氧化酶溶液,使用分光光度计,于A=500nm记录1min变化的吸光度值ΔA500。
酶活计算公式X=(ΔA500×3.1×df)/(7.5×0.1)
式中,X:样品酶活(U/mL);
3.1:反应体积;
df:稀释倍数;
7.5:葡萄糖内酯在500nm处的消光系数;
0.1:加入酶液体积。
酶活回收率测定方法:依照上述方法分别测定初始酶液酶活和壳聚糖处理后酶液酶活,酶活回收率为,壳聚糖处理后酶液酶活与初始酶液酶活比值。
本发明所具备的实质性特点及取得的技术进步在于:
1、本发明通过科学实验有效确定了壳聚糖添加量及反应pH值。使发酵液中菌体和其他杂质凝聚沉淀的同时避免了酶活损失。
2、通过在壳聚糖溶液中添加一定比例的无水乙醇,进一步促进了絮凝效果,且酶活保存率更高。
3、本发明的方法菌体去除率不低于80%(最高可达90%以上),酶活回收率能达到85%以上,所获得的葡萄糖氧化酶为金黄色透明液体,且保存一段时间依然澄清,未产生异味,对酶活影响很低。
4、本发明的方法操作方便,采用一次性离心去除菌体及其他杂质,与多次离心相比分离成本较低,所得溶液澄清度高,性价比高,适于工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述,但不应理解为对本发明的限定,本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准,任何依据说明书所做出的等效技术手段替换,均不脱离本发明的保护范围。
实施例1
产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法,包括如下步骤:
A、按照公开号为CN107937360A的文献中公开的方法制备产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液并调节发酵液pH=4;将壳聚糖溶于体积百分比浓度为1%的醋酸溶液,制成壳聚糖溶液,在上述壳聚糖溶液中加入占其总体积2%的无水乙醇,制成混合液;
B、在常温条件下将混合液与调节pH后的发酵液混合均匀并搅拌1分钟,使混合物料中壳聚糖的质量百分比浓度为0.30%,在4℃的条件下静置1小时;
C、将步骤B中制成的物料高速离心去除菌体,获得含有葡萄糖氧化酶的上清液。
步骤C中高速离心的条件为:在转速为8000转/分钟的条件下离心5分钟。
所述的壳聚糖脱乙酰度≥95%、粘度为100~200mpa.s。
实施例2
产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法,包括如下步骤:
A、按照公开号为CN107937360A的文献中公开的方法制备产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液并调节发酵液pH=8;将壳聚糖溶于体积百分比浓度为1%的醋酸溶液,制成壳聚糖溶液,在上述壳聚糖溶液中加入占其总体积5.5%的无水乙醇,制成混合液;
B、在常温条件下将混合液与调节pH后的发酵液混合均匀并搅拌10分钟,使混合物料中壳聚糖的质量百分比浓度为0.7%,在30℃的条件下静置5小时;
C、将步骤B中制成的物料高速离心去除菌体,获得含有葡萄糖氧化酶的上清液。
步骤C中高速离心的条件为:在转速为12000转/分钟的条件下离心20分钟。
所述的壳聚糖脱乙酰度≥95%、粘度为200~400mpa.s。
实施例3
产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法,包括如下步骤:
A、按照公开号为CN107937360A的文献中公开的方法制备产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液并调节发酵液pH=5;将壳聚糖溶于体积百分比浓度为1%的醋酸溶液,制成壳聚糖溶液,在上述壳聚糖溶液中加入占其总体积4%的无水乙醇,制成混合液;
B、在常温条件下将混合液与调节pH后的发酵液混合均匀并搅拌5分钟,使混合物料中壳聚糖的质量百分比浓度为0.5%,在17℃的条件下静置2.5小时;
C、将步骤B中制成的物料高速离心去除菌体,获得含有葡萄糖氧化酶的上清液。
步骤C中高速离心的条件为:在转速为10000转/分钟的条件下离心17分钟。
所述的壳聚糖脱乙酰度≥95%、粘度为100~200mpa.s。
实施例4
产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法,包括如下步骤:
A、按照公开号为CN107937360A的文献中公开的方法制备产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液并调节发酵液pH=6;将壳聚糖溶于体积百分比浓度为1%的醋酸溶液,制成壳聚糖溶液,在上述壳聚糖溶液中加入占其总体积2.5%的无水乙醇,制成混合液;
B、在常温条件下将混合液与调节pH后的发酵液混合均匀并搅拌3分钟,使混合物料中壳聚糖的质量百分比浓度为0.4%,在10℃的条件下静置2小时;
C、将步骤B中制成的物料高速离心去除菌体,获得含有葡萄糖氧化酶的上清液。
步骤C中高速离心的条件为:在转速为9000转/分钟的条件下离心10分钟。
所述的壳聚糖脱乙酰度≥95%、粘度为200~400mpa.s。
实施例5
产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法,包括如下步骤:
A、按照公开号为CN107937360A的文献中公开的方法制备产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液并调节发酵液pH=7;将壳聚糖溶于体积百分比浓度为1%的醋酸溶液,制成壳聚糖溶液,在上述壳聚糖溶液中加入占其总体积5%的无水乙醇,制成混合液;
B、在常温条件下将混合液与调节pH后的发酵液混合均匀并搅拌8分钟,使混合物料中壳聚糖的质量百分比浓度为0.6%,在25℃的条件下静置4小时;
C、将步骤B中制成的物料高速离心去除菌体,获得含有葡萄糖氧化酶的上清液。
步骤C中高速离心的条件为:在转速为11000转/分钟的条件下离心25分钟。
所述的壳聚糖脱乙酰度≥95%、粘度为200~400mpa.s。
申请人采用本发明中公开的方法对实施例1-5中的除菌率及酶活进行了测定,具体结果如下:
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
除菌率(%) | 82.52% | 92.74% | 91.21% | 88.62% | 90.23% |
酶活回收率(%) | 86.32% | 85.67% | 91.28% | 90.22% | 89.42% |
Claims (4)
1.产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法,其特征在于包括如下步骤:
A、按照公开号为CN107937360A的文献中公开的方法制备产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液并调节发酵液pH=4~8;将壳聚糖溶于体积百分比浓度为1%的醋酸溶液,制成壳聚糖溶液,在上述壳聚糖溶液中加入占其总体积2%~5.5%的无水乙醇,制成混合液;
B、在常温条件下将混合液与调节pH后的发酵液混合均匀并搅拌1~10分钟,使混合物料中壳聚糖的质量百分比浓度为0.30%~0.70%,在4℃~30℃的条件下静置1~5小时;
C、将步骤B中制成的物料高速离心去除菌体,获得含有葡萄糖氧化酶的上清液。
2.根据权利要求1所述的产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法,其特征在于所述的步骤A中pH=5~6。
3.根据权利要求1所述的产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法,其特征在于步骤C中高速离心的条件为:在转速为8000~12000转/分钟的条件下离心5~30分钟。
4.根据权利要求1所述的产葡萄糖氧化酶毕赤酵母发酵液的固液分离方法,其特征在于所述的壳聚糖脱乙酰度≥95%、粘度为100~400mpa.s。
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