氨氮對淀粉酶產(chǎn)色鏈霉菌產(chǎn)ε-聚賴氨酸的影響

魏希慶，郭鳳柱，胡春磊，宋富，趙卓，譚之磊,2,3*，賈士儒,2,3*

1(天津科技大學 生物工程學院,工業(yè)發(fā)酵微生物教育部重點實驗室，天津，300457)2(省部共建食品營養(yǎng)與安全國家重點實驗室(天津科技大學)，天津，300457)3(天津市微生物代謝與發(fā)酵過程控制技術工程中心，天津，300457)

ε-聚賴氨酸(ε-poly-L-lysine, ε-PL)是一種由賴氨酸單體通過ε-氨基和α-羧基形成酰胺鍵聚合而成的天然同聚物。因其具有安全性高、抑菌譜廣、水溶性和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，被日本、美國、韓國等多個國家用作食品防腐劑，2014年我國國家衛(wèi)計委批準ε-PL及其鹽酸鹽作為食品防腐劑使用[1-3]。為了提高 ε-PL的產(chǎn)量，國內(nèi)外學者在產(chǎn)生菌改造、營養(yǎng)條件優(yōu)化和發(fā)酵過程調(diào)控等方面進行了研究。李雙等[4]從不同ε-PL生產(chǎn)菌株出發(fā)，利用基因重排技術(Genome shuffling)使產(chǎn)量進一步提高。SHIMA等[5]研究了不同碳氮比對白色鏈霉菌發(fā)酵產(chǎn)生ε-PL的影響。KAHAR等[6]利用pH 雙階段調(diào)控策略，有效提高了ε-PL的生產(chǎn)效率。REN等[7]建立了一種酸性pH沖擊策略，ε-PL產(chǎn)量有了很大提高。GUO等[8]研究發(fā)現(xiàn)不同濃度的酵母粉對ε-PL產(chǎn)量、生物量及關鍵酶活力有顯著性差異(P<0.05)。WANG等[9]研究了金屬離子對S.diastatochromogenesCGMCC3145 產(chǎn)生ε-PL的影響， 當添加0.1 mmol/L Fe2+時，ε-PL 產(chǎn)量提高了 29.2%。此外，外源添加甘氨酸、賴氨酸[10-11]、ATP及生物素[12]均能提高 ε-PL 產(chǎn)量。

1 材料與方法

1.1 菌株

淀粉酶產(chǎn)色鏈霉菌(Streptomycesdiastatochromogenes6#-7)，天津科技大學生物反應工程研究室保藏。

1.2 培養(yǎng)方法

種子和發(fā)酵培養(yǎng)基均為M3G培養(yǎng)基(g/L)：葡萄糖50，(NH4)2SO410，酵母浸粉5，MgSO4·7H2O 0.5，K2HPO4·3H2O 0.8，KH2PO41.36，ZnSO4·7H2O 0.04，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.03，用NH3·H2O調(diào)pH至7.2，121 ℃滅菌20 min。

通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)基中(NH4)2SO4含量控制初始氨氮質(zhì)量濃度。

1.2.1 搖瓶發(fā)酵

從斜面挑1環(huán)孢子接于含有100 mL M3G液體培養(yǎng)基的500 mL三角瓶中，30 ℃、200 r/min條件下振蕩培養(yǎng)30 h得到種子液。

將種子液以6%接種量接于含有100 mL M3G液體培養(yǎng)基的500 mL三角瓶中，30 ℃、200 r/min條件下培養(yǎng)。定時取樣，測定相關參數(shù)。

1.2.2 5 L分批發(fā)酵

采用5 L攪拌式發(fā)酵罐(B.Braun自控式發(fā)酵罐)。初始裝液量2.7 L，接種量為10%。發(fā)酵過程中控制溫度30 ℃，初始pH 6.8，自然降至pH 4.0時自動流加體積分數(shù)11%～13% NH3·H2O維持pH。通風量1～2 vvm，溶氧量(dissolved oxygen, DO) 30%，發(fā)酵液中殘?zhí)墙抵? g/L時，發(fā)酵結束。

1.2.3 5 L補料分批發(fā)酵

1.3 發(fā)酵參數(shù)的檢測

殘?zhí)恰⑸锪?、pH參數(shù)的測定參照文獻[20]。

ε-PL標準曲線和產(chǎn)量的測定參照文獻[21]。

天冬氨酸激酶(aspartokinase, Ask)活性測定參照文獻[23]；聚賴氨酸合成酶(polylysine synthetase, Pls)活性測定參照文獻[24-25]。

2 結果與討論

圖質(zhì)量濃度對搖瓶發(fā)酵生產(chǎn)ε-PL的影響

表1 搖瓶發(fā)酵96 h相關數(shù)據(jù)對比

a-Ask酶活力;b-Pls酶活力

圖質(zhì)量濃度對5 L發(fā)酵罐分批發(fā)酵生產(chǎn)ε-PL的影響

質(zhì)量濃度;b-生物量;c-ε-PL產(chǎn)量

對實驗組A與對照組發(fā)酵過程中細胞比生長速率、產(chǎn)物比合成速率及生長強度進行對比，結果如圖5所示。

a-細胞比生長速率;b-ε-PL比合成速率;c-生產(chǎn)強度

3 結論