L—色氨酸發(fā)酵條件優(yōu)化分析

高鳳云++李文++杜金鼎

摘 要：色氨酸是人體、動(dòng)物和真菌生物不可缺少的元素。而L-色氨酸是不能夠在生物體內(nèi)自然合成的，需要從日常食物當(dāng)中攝取。通過(guò)了解L-色氨酸的用途，分析了L-色氨酸發(fā)酵過(guò)程的條件優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：L-色氨酸；發(fā)酵條件；發(fā)酵工藝；接種量

中圖分類號(hào)：TQ922+.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.082

最常用的L-色氨酸發(fā)酵方式就是微生物發(fā)酵法，但是由于葡萄糖到L-色氨酸的代謝時(shí)間比較長(zhǎng)，調(diào)控較復(fù)雜，因此導(dǎo)致L-色氨酸在進(jìn)行微生物發(fā)酵時(shí)轉(zhuǎn)化率較低，進(jìn)而導(dǎo)致L-色氨酸的生產(chǎn)成本高、產(chǎn)量低。

1 L-色氨酸的用途

L-色氨酸在生物體中可以合成吲哚乙酸、色素、煙酸、生物堿等活性物質(zhì)，目前已經(jīng)有不少國(guó)家和地區(qū)把L-色氨酸作為食物添加劑來(lái)使用，能夠有效提升蛋白質(zhì)應(yīng)用率，強(qiáng)化食品植物蛋白轉(zhuǎn)化，能夠有效地幫助消毒、阻止氧化，可以為魚(yú)類等食物保鮮。L-色氨酸在飼料中也有添加，由于是一種必需的氨基酸，在動(dòng)物體內(nèi)能起到一定的增強(qiáng)密度的應(yīng)急效果，促進(jìn)球蛋白的產(chǎn)生，提升抗病力，從營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度來(lái)說(shuō)對(duì)動(dòng)物身體大有益處。

2 L-色氨酸發(fā)酵工藝

2.1 材料與方法

2.1.1 供試菌株大腸桿菌菌株

供試菌株為大腸桿菌菌株。

2.1.2 種子培養(yǎng)基

蛋白胨，10 g/L；氯化鈉，2.5 g/L；酵母粉，5 g/L。

2.1.3 培養(yǎng)方法

具體步驟如下：①培養(yǎng)種子。選擇生長(zhǎng)良好的活化斜面，將菌苔刮出，放置到裝有種子培養(yǎng)基的三角瓶（容量為500 mL）中，用紗布將其作密封處理，并放置到巡回式的搖床上，進(jìn)行振蕩培養(yǎng)處理。②搖瓶發(fā)酵。將種液倒入含有發(fā)酵培養(yǎng)基的三角瓶（容量為500 mL）中，用紗布進(jìn)行封口處理，并放置到巡回式的搖床上，以150 r/min進(jìn)行振蕩培養(yǎng)處理，流加氨水，將pH控制在7.0左右。

2.1.4 發(fā)酵分析

對(duì)菌體的濃度進(jìn)行測(cè)定，應(yīng)用蒸餾水進(jìn)行20倍稀釋，對(duì)620 nm波長(zhǎng)下的吸光度進(jìn)行測(cè)定處理；利用酸度計(jì)測(cè)定pH值；應(yīng)用生物傳感分析儀對(duì)殘?zhí)沁M(jìn)行測(cè)定；用比色法對(duì)L-色氨酸含量進(jìn)行測(cè)定。

2.2 結(jié)果

菌株接種量、pH值、溫度、環(huán)境及轉(zhuǎn)速等因素對(duì)L-色氨酸發(fā)酵的影響較為顯著，需要針對(duì)這幾個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化處理，以保證發(fā)酵工藝質(zhì)量。

3 L-色氨酸發(fā)酵條件的優(yōu)化策略

3.1 接種量對(duì)發(fā)酵效果的影響

選擇適合的接種量能夠有效確保L-色氨酸的發(fā)酵時(shí)間周期，同時(shí)也能夠提升發(fā)酵產(chǎn)酸的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此色氨酸在發(fā)酵期間的接種量非常重要，需要通過(guò)菌株色氨酸TQ2223來(lái)確定適當(dāng)?shù)淖罴丫杲臃N量，再進(jìn)行接種量不同的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，分別在實(shí)驗(yàn)中抽取接種量的5%，8%，10%和15%來(lái)進(jìn)行處理，產(chǎn)酸量分別為8.5 g/L、9.6 g/L、11.3 g/L、10.2 g/L和9.1 g/L，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出48 h中平均產(chǎn)酸的最高量，為最佳的接種量。

3.2 確定好pH值

不同種類的微生物會(huì)有不同的pH值要求，選用的大腸桿菌最適宜的生長(zhǎng)環(huán)境pH值就是6.5～7.5之間，在發(fā)酵的前期，需要大量擴(kuò)增發(fā)酵培養(yǎng)基中的種子。這樣，最初的大腸桿菌的pH值要在6.8左右。在發(fā)酵的培養(yǎng)基中，由于會(huì)出現(xiàn)硫酸氨的消耗和葡萄糖的消耗產(chǎn)生酸性物質(zhì)，發(fā)酵培養(yǎng)基中的pH值會(huì)有所下降。想要穩(wěn)定pH值，就需要加入一定量的氨水。一般加入氨水之后，發(fā)酵的pH值就會(huì)穩(wěn)定在5.5以上。然后再進(jìn)行發(fā)酵測(cè)試，得出48 h內(nèi)的產(chǎn)酸量，通過(guò)產(chǎn)酸量選擇正確的pH值比例。

3.3 確定好溫度

微生物在一定的條件下，對(duì)適宜的生長(zhǎng)溫度也有一定的要求，要注意的是，最適合產(chǎn)酸的溫度跟菌體生長(zhǎng)需要的溫度并不一定相同。

發(fā)酵產(chǎn)酸過(guò)程中的溫度控制非常重要，從酶的角度來(lái)說(shuō)，溫度過(guò)高反應(yīng)的速度就越快，同時(shí)生長(zhǎng)速度也加快，酸會(huì)提前生成。在進(jìn)行色氨酸發(fā)酵時(shí)，溫度需要控制在30～35 ℃，同時(shí)色氨酸的最佳發(fā)酵溫度跟色氨酸生產(chǎn)菌的最佳生長(zhǎng)溫度大致上相同。一般在32 ℃的溫度條件下，發(fā)酵色氨酸的產(chǎn)酸量是最高的。一旦溫度過(guò)高或者是過(guò)低，都很難達(dá)到最佳的產(chǎn)酸效果。

3.4 保持通風(fēng)

在培養(yǎng)基中進(jìn)行通風(fēng)，需要進(jìn)行固定的搖床、搖瓶，例如在發(fā)酵培養(yǎng)基中裝入不同量的液量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出結(jié)論。如果裝的液量太少，水分經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)酵會(huì)揮發(fā)出來(lái)，造成底物的濃度過(guò)大，影響發(fā)酵產(chǎn)酸；但是如果裝液量過(guò)多，會(huì)產(chǎn)生溶氧不足的情況，同樣會(huì)影響發(fā)酵產(chǎn)酸，因此把握好通風(fēng)空間是關(guān)鍵。

3.5 調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速，提升發(fā)酵液的溶氧水平

L-色氨酸在發(fā)酵過(guò)程中需要適量的無(wú)菌空氣，才能夠保證菌體的正常繁殖，積累大量的色氨酸。微生物在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)消耗氧，所以必須要及時(shí)強(qiáng)化供氧措施。在L-色氨酸發(fā)酵工業(yè)工作過(guò)程中，一般需要高濃度發(fā)酵，經(jīng)常會(huì)采用提高轉(zhuǎn)速和增加通風(fēng)來(lái)提升溶氧，同樣也可以提高罐壓來(lái)增加氧分壓，主要還是要看經(jīng)濟(jì)條件是否允許。發(fā)酵的全過(guò)程需要固定的通風(fēng)量，通過(guò)攪拌的轉(zhuǎn)速來(lái)控制發(fā)酵液中的溶氧含量，攪拌的轉(zhuǎn)速對(duì)溶氧含量的影響很大。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了L-色氨酸的性質(zhì)，還有在食品、醫(yī)藥、飼料等具體生活中的重要作用，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式針對(duì)L-色氨酸的發(fā)酵條件進(jìn)行了詳細(xì)的描述和優(yōu)化。L-色氨酸是重要的氨基酸，是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品中發(fā)展前景較好的產(chǎn)業(yè)。如果能夠在提升L-色氨酸的發(fā)酵條件同時(shí)降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化L-色氨酸發(fā)酵方法，能夠有效幫助我國(guó)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)取得成功。

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〔編輯：劉曉芳〕