氨氮對淀粉酶產色鏈霉菌產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,工業發酵微生物教育部重點實驗室，天津，300457)2(省部共建食品營養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、水溶性和熱穩定性好等優點，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的產量，國內外學者在產生菌改造、營養條件優化和發酵過程調控等方面進行了研究。李雙等[4]從不同ε-PL生產菌株出發，利用基因重排技術(Genome shuffling)使產量進一步提高。SHIMA等[5]研究了不同碳氮比對白色鏈霉菌發酵產生ε-PL的影響。KAHAR等[6]利用pH 雙階段調控策略，有效提高了ε-PL的生產效率。REN等[7]建立了一種酸性pH沖擊策略，ε-PL產量有了很大提高。GUO等[8]研究發現不同濃度的酵母粉對ε-PL產量、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 產生ε-PL的影響， 當添加0.1 mmol/L Fe2+時，ε-PL 產量提高了 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 產量。

1 材料與方法

1.1 菌株

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

1.2 培養方法

種子和發酵培養基均為M3G培養基(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，FeSO4·7H2O 0.03，用NH3·H2O調pH至7.2，121 ℃滅菌20 min。

通過調節培養基中(NH4)2SO4含量控制初始氨氮質量濃度。

1.2.1 搖瓶發酵

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

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

1.2.2 5 L分批發酵

采用5 L攪拌式發酵罐(B.Braun自控式發酵罐)。初始裝液量2.7 L，接種量為10%。發酵過程中控制溫度30 ℃，初始pH 6.8，自然降至pH 4.0時自動流加體積分數11%～13% NH3·H2O維持pH。通風量1～2 vvm，溶氧量(dissolved oxygen, DO) 30%，發酵液中殘糖降至0 g/L時，發酵結束。

1.2.3 5 L補料分批發酵

1.3 發酵參數的檢測

殘糖、生物量、pH參數的測定參照文獻[20]。

ε-PL標準曲線和產量的測定參照文獻[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

圖質量濃度對搖瓶發酵生產ε-PL的影響

表1 搖瓶發酵96 h相關數據對比

a-Ask酶活力;b-Pls酶活力

圖質量濃度對5 L發酵罐分批發酵生產ε-PL的影響

質量濃度;b-生物量;c-ε-PL產量

對實驗組A與對照組發酵過程中細胞比生長速率、產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-生產強度

3 結論