食品添加劑ε—聚賴氨酸的發酵培養基優化

吳晨奇++徐良++司文會

ε-聚賴氨酸（ε-PL）是一種由25-30個L-賴氨酸殘基通過α-羧基和ε-氨基連接而成的多肽。由于它具有抑菌譜廣、安全性能高、熱穩定性好等優點，使它成為了目前最具潛力的生物防腐劑。ε-PL已在美國、日本和韓國等地被廣泛使用，而我國也已經逐漸把ε-PL作為食品添加劑使用。此外，ε-PL還可用作基因載體、可降解性材料和高吸水材料等。因此，ε-PL具有廣闊的應用前景。

本實驗通過正交試驗方法對ε-PL的發酵培養基進行了優化，提高了發酵產量，為今后的研究提供一些依據。

材料與方法

材料與儀器。白色鏈霉菌（Streptomyces albulus）FQQ-5，本實驗室誘變篩選保藏；甲基橙、酵母粉、葡萄糖、硫酸銨、MgSO4 ·7H2O、K2HPO4 、KH2PO4（分析純），購于國藥集團化學試劑有限公司；蛋白胨（化學純），購于阿拉丁試劑（上海）有限公司。

紫外-可見光分光光度計（UV-2450 ），日本島津企業管理（中國）有限公司；滅菌烘箱（UNE500），德國MEMMERT公司；超凈臺（SW-CJ-2FD），蘇州凈化設備有限公司；搖床（TS-2102），上海天呈科技有限公司；實驗室常規儀器。

實驗方法。

（1）培養基配制

種子和發酵培養基為（g/L）：葡萄糖（50） 、酵母粉（5）、（NH4）2SO4（10）、MgSO4 ·7H2O（0.5）、K2HPO4（0.8）、KH2PO4（1.36）、FeSO4 ·7H2O（0.03）、ZnSO4·7H2O（0.04），pH 6.8，121 ℃滅菌 20 min。

（2）培養方法

①種子培養

250 mL錐形瓶中裝50 mL種子培養基，接入一環孢子，200 r/mim，30 ℃培養24 h。

②搖瓶發酵培養

250 mL錐形瓶中裝50 mL發酵培養基，按10%接種量接入種子液，200 r/mim，30 ℃培養72 h。

（3）指標的測定

ε-PL產量測定方法參照Itzhaki F R方法。

（4）發酵培養基優化

①發酵培養基的單因素實驗

本實驗選擇了葡萄糖、酵母粉和硫酸銨這三種對發酵影響較大的成分，分別考察不同濃度對FQQ-5發酵產ε-PL的影響。其中，選擇最佳的葡萄糖濃度時，葡萄糖濃度（g/L）設為20、30、40、50、60，其他同發酵培養基；選擇最佳的酵母粉濃度時，酵母粉濃度（g/L）設為2.5、5.0、7.5、10.0、12.5，其他同發酵培養基；選擇最佳的硫酸銨濃度時，硫酸銨濃度（g/L）設為4、6、8、10、12，其他同發酵培養基。

②發酵培養基優化的正交實驗

根據單因素的試驗結果，選用葡萄糖、酵母粉及硫酸銨為考察因素，采用正交試驗方法，設計三因素三水平的正交實驗，其正交試驗設計表見表1。

（5）數據處理方法 所有實驗做3個平行，Excel進行實驗數據誤差分析。

結果與分析

葡萄糖濃度對ε-PL產量的影響。實驗表明，當葡萄糖濃度低于40 g/L時，ε-PL產量不斷增加，并達到最大的1.503 g/L，繼續加大葡萄糖的濃度，ε-PL產量反而降低，這可能是由于過多的葡萄糖容易在發酵過程中引起“葡萄糖效應”，從而影響菌體生長和代謝產物的形成。所以本實驗選擇最佳的葡萄糖濃度為40 g/L。

酵母粉濃度對ε-PL產量的影響。實驗表明，隨酵母粉濃度的增加，ε-PL產量也隨之增加； 當酵母粉濃度達到7.5 g/L時，ε-PL產量達到最大的1.552 g/L； 而繼續加大酵母粉濃度時，ε-PL產量開始下降，這可能是由于酵母粉成分復雜，后期底物消耗不完，會誘導產生一些酶降解白色鏈霉菌菌絲體，故在本實驗的考察范圍內酵母粉的最佳濃度為7.5 g/L。

硫酸銨濃度對ε-PL產量的影響。實驗表明，當硫酸銨濃度為6 g/L時，ε-PL產量達到最大的1.514 g/L，當繼續加大硫酸銨濃度時，ε-PL產量開始降低，這說明太多的硫酸銨并不利于ε-PL的形成，因此，確定硫酸銨的最佳濃度為6 g/L。

正交實驗確定各培養基成分用量。根據單因素實驗的結果，采用正交試驗對葡萄糖、酵母粉、硫酸銨進行優化，實驗結果如表1所示。

由表1可知，對ε-PL產量的影響排序為：葡萄糖>酵母粉>硫酸銨。最后選擇的最優組合為：葡萄糖35g/L、酵母粉7.5g/L、硫酸銨6g/L，在此條件下，FQQ-5的ε-PL產量達1.853 g/L，比優化前的產量提高了19.4%。

通過本實驗，對ε-PL的培養基進行了優化，優化后的培養基組分為（g/L）：葡萄糖（35）、酵母粉（7.5）、（NH4）2SO4（6）、MgSO4 ·7H2O（0.5）、K2HPO4（0.8）、KH2PO4 （1.36）、FeSO4·7H2O（0.03）、ZnSO4·7H2O （0.04），在此條件下，FQQ-5的ε-PL產量達1.853 g/L，比優化前的產量提高了19.4%。今后將在5 L發酵罐上采用此優化培養基進行發酵工藝的研究，以期進一步提高發酵產量，為ε-PL的工業化生產提供一定依據。

基金項目：江蘇省高校自然科學研究面上項目（16KJD55002）。endprint