ε-聚賴氨酸生產關鍵技術研究

ε-聚賴氨酸（簡稱ε-PL）是由25～35個L-賴氨酸以α-COOH和ε-NH2相互脫水縮合而形成的一種同型氨基酸聚合物，主要由小白鏈霉菌經液態好氧發酵分泌產生。目前，ε-PL主要作為一種天然食品防腐劑，在日本、韓國、美國和中國等國家的食品工業中應用。由于它在抑菌譜、適用pH范圍、水溶性和穩定性等方面，能夠與乳酸鏈球菌素和納他霉素等其他天然食品防腐劑形成有效互補，被認為是推動天然食品防腐劑替代化學食品防腐劑的關鍵品種。

近年來，以江南大學為主的高校及研究機構對ε-聚賴氨酸生產的關鍵技術進行了深入的研究。鄭根成等（2016）借助基因組重排和核糖體工程兩種育種手段強化ε-PL產生菌的合成能力，并利用pH沖擊工藝評價不同碳源對ε-PL發酵的影響。趙俊杰等（2019）利用抗性篩選和基因組重排技術對S.albulusMZ18進行菌種選育以獲得高產ε-聚賴氨酸菌株。通過引入巴龍霉素抗性到S.albulusM-Z18中，獲得兩株性狀優良的菌株S.albulusP-1和S.albulusP-2，ε-聚賴氨酸產量分別為2.20 g/L和2.16 g/L；運用正交實驗優化實驗條件，最終獲得一株高產ε-聚賴氨酸的融合子S.albulusG12，產量為2.73 g/L，相比M-Z18提高了70.63%。孫啟星等（2015）為了解決ε-聚賴氨酸(ε-PL)補料分批發酵過程中后期ε-PL產率下降的問題，提出了在補料階段利用調節pH值和流加有機氮源(酵母粉)兩種手段來提高ε-PL產率，實現ε-PL平均產率分別達到4.62 g/(L·d)和5.16 g/(L·d)，較未調控補料分批發酵 (典型補料分批發酵)分別提高了27.3%和42.15%；同時，實現ε-PL產量分別達到36.95 g/L和41.32 g/L，較未調控補料分批發酵分別提高了27.4%和42.48%。進一步細胞活性染色和關鍵酶活性分析發現，兩種策略均能顯著提高細胞活力和關鍵酶活性。李芳良（2017）以ε-PL分離和提取為研究對象，研究了ε-PL后提取試生產中涉及到膜分離工序的設備選型和工藝參數選擇，探討了利用超濾技術對試生產中出現的雜質的有效去除，并初步提出了基于兩級超濾的ε-PL提取新工藝，實現ε-PL收率達到70.22%，純度為99.13%。中國專利CN201510021744.6公開了一種低pH值脅迫提高ε-聚賴氨酸產量的方法，在發酵過程中引入酸性pH脅迫工藝，即人為或自發使pH降為2.5～3.0，維持12～48 h之后，將pH再提高到3.5～4.5，保持穩定直到發酵結束。采用此種pH調控方法，能夠顯著提高ε-聚賴氨酸產生菌的比生長速率和ε-聚賴氨酸比合成速率；結合補料-分批發酵方式，ε-聚賴氨酸的產量較普通兩階段pH調控工藝提高50%以上。CN201811117709.4公開一種pH響應的ε-聚賴氨酸及其制備方法和應用，所述pH響應的ε-聚賴氨酸在ε-聚賴氨酸鏈上修飾有pH響應小分子，pH響應小分子具有微酸響應性，不僅可以使ε-聚賴氨酸在細菌感染部位的微酸環境中起到殺菌作用，又能降低抗菌肽對生理環境中哺乳動物細胞的毒性作用，具有很高的選擇性。CN201810873130.4提供一種采用細胞固定化和離位、間歇吸附分離ε-聚賴氨酸的發酵方法，以絲瓜絡或海綿作為細胞固定載體，安裝固定于發酵罐內攪拌子、軸及檔板，隨后加入發酵培養基，滅菌冷卻后接入液體種子。發酵過程細胞吸附至固定化載體，實現細胞固定化；在ε-聚賴氨酸合成階段間歇流加滅過菌的有機氮源溶液；當發酵液中ε-聚賴氨酸積累至3.0 g/L時，采用離子交換樹脂離位分離ε-聚賴氨酸，當發酵液重新積累至3.0 g/L時重復分離過程。該發明采用細胞固定化和離位分離技術相結合用于ε-聚賴氨酸發酵，并結合有機氮源間歇流加，可有效促進細胞生長、產物合成以及延長合成期，顯著提高ε-聚賴氨酸發酵產量，具有實際應用推廣前景。

ε-PL在市場上的需求量日益增加，但目前國內的工業化水平仍較低，必須通過菌株選育、發酵優化、提取的全鏈條技術創新，大幅降低ε-PL生產成本，提高產品得率和品質。