L—色氨酸發酵條件優化分析

高鳳云++李文++杜金鼎

摘 要：色氨酸是人體、動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自然合成的，需要從日常食物當中攝取。通過了解L-色氨酸的用途，分析了L-色氨酸發酵過程的條件優化策略。

關鍵詞：L-色氨酸；發酵條件；發酵工藝；接種量

中圖分類號：TQ922+.9 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.082

最常用的L-色氨酸發酵方式就是微生物發酵法，但是由于葡萄糖到L-色氨酸的代謝時間比較長，調控較復雜，因此導致L-色氨酸在進行微生物發酵時轉化率較低，進而導致L-色氨酸的生產成本高、產量低。

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，目前已經有不少國家和地區把L-色氨酸作為食物添加劑來使用，能夠有效提升蛋白質應用率，強化食品植物蛋白轉化，能夠有效地幫助消毒、阻止氧化，可以為魚類等食物保鮮。L-色氨酸在飼料中也有添加，由于是一種必需的氨基酸，在動物體內能起到一定的增強密度的應急效果，促進球蛋白的產生，提升抗病力，從營養學角度來說對動物身體大有益處。

2 L-色氨酸發酵工藝

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 培養方法

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

2.1.4 發酵分析

對菌體的濃度進行測定，應用蒸餾水進行20倍稀釋，對620 nm波長下的吸光度進行測定處理；利用酸度計測定pH值；應用生物傳感分析儀對殘糖進行測定；用比色法對L-色氨酸含量進行測定。

2.2 結果

菌株接種量、pH值、溫度、環境及轉速等因素對L-色氨酸發酵的影響較為顯著，需要針對這幾個因素進行優化處理，以保證發酵工藝質量。

3 L-色氨酸發酵條件的優化策略

3.1 接種量對發酵效果的影響

選擇適合的接種量能夠有效確保L-色氨酸的發酵時間周期，同時也能夠提升發酵產酸的質量標準，因此色氨酸在發酵期間的接種量非常重要，需要通過菌株色氨酸TQ2223來確定適當的最佳菌株接種量，再進行接種量不同的發酵實驗，分別在實驗中抽取接種量的5%，8%，10%和15%來進行處理，產酸量分別為8.5 g/L、9.6 g/L、11.3 g/L、10.2 g/L和9.1 g/L，通過實驗測出48 h中平均產酸的最高量，為最佳的接種量。

3.2 確定好pH值

不同種類的微生物會有不同的pH值要求，選用的大腸桿菌最適宜的生長環境pH值就是6.5～7.5之間，在發酵的前期，需要大量擴增發酵培養基中的種子。這樣，最初的大腸桿菌的pH值要在6.8左右。在發酵的培養基中，由于會出現硫酸氨的消耗和葡萄糖的消耗產生酸性物質，發酵培養基中的pH值會有所下降。想要穩定pH值，就需要加入一定量的氨水。一般加入氨水之后，發酵的pH值就會穩定在5.5以上。然后再進行發酵測試，得出48 h內的產酸量，通過產酸量選擇正確的pH值比例。

3.3 確定好溫度

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

發酵產酸過程中的溫度控制非常重要，從酶的角度來說，溫度過高反應的速度就越快，同時生長速度也加快，酸會提前生成。在進行色氨酸發酵時，溫度需要控制在30～35 ℃，同時色氨酸的最佳發酵溫度跟色氨酸生產菌的最佳生長溫度大致上相同。一般在32 ℃的溫度條件下，發酵色氨酸的產酸量是最高的。一旦溫度過高或者是過低，都很難達到最佳的產酸效果。

3.4 保持通風

在培養基中進行通風，需要進行固定的搖床、搖瓶，例如在發酵培養基中裝入不同量的液量，通過實驗可以得出結論。如果裝的液量太少，水分經過長時間的發酵會揮發出來，造成底物的濃度過大，影響發酵產酸；但是如果裝液量過多，會產生溶氧不足的情況，同樣會影響發酵產酸，因此把握好通風空間是關鍵。

3.5 調節攪拌轉速，提升發酵液的溶氧水平

L-色氨酸在發酵過程中需要適量的無菌空氣，才能夠保證菌體的正常繁殖，積累大量的色氨酸。微生物在發酵過程中會消耗氧，所以必須要及時強化供氧措施。在L-色氨酸發酵工業工作過程中，一般需要高濃度發酵，經常會采用提高轉速和增加通風來提升溶氧，同樣也可以提高罐壓來增加氧分壓，主要還是要看經濟條件是否允許。發酵的全過程需要固定的通風量，通過攪拌的轉速來控制發酵液中的溶氧含量，攪拌的轉速對溶氧含量的影響很大。

4 結束語

本文介紹了L-色氨酸的性質，還有在食品、醫藥、飼料等具體生活中的重要作用，通過實驗的方式針對L-色氨酸的發酵條件進行了詳細的描述和優化。L-色氨酸是重要的氨基酸，是國內產品中發展前景較好的產業。如果能夠在提升L-色氨酸的發酵條件同時降低生產成本，優化L-色氨酸發酵方法，能夠有效幫助我國的產業化生產取得成功。

參考文獻

[1]王健，陳寧.基于途徑分析及代謝流量分析的L-色氨酸發酵條件優化[J].云南大學學報（自然科學版），2014（S2）：68-73.

[2]劉燕，魏愛英，孟剛，等.采用補料生物反應器對產L-色氨酸發酵條件的優化[J].發酵科技通訊，2013（01）：1-3.

[3]楊海軍，周小蘋.L-色氨酸分批發酵條件的優化[J].農產品加工（學刊），2016（07）：24-26.

〔編輯：劉曉芳〕