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        食品添加劑ε—聚賴氨酸的發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化

        2017-11-16 17:27:48吳晨奇徐良司文會(huì)
        食品界 2017年10期
        關(guān)鍵詞:產(chǎn)量優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

        吳晨奇++徐良++司文會(huì)

        ε-聚賴氨酸(ε-PL)是一種由25-30個(gè)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(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),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(jīng)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(yīng)用前景。

        本實(shí)驗(yàn)通過正交試驗(yàn)方法對(duì)ε-PL的發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)行了優(yōu)化,提高了發(fā)酵產(chǎn)量,為今后的研究提供一些依據(jù)。

        材料與方法

        材料與儀器。白色鏈霉菌(Streptomyces albulus)FQQ-5,本實(shí)驗(yàn)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(tuán)化學(xué)試劑有限公司;蛋白胨(化學(xué)純),購于阿拉丁試劑(上海)有限公司。

        紫外-可見光分光光度計(jì)(UV-2450 ),日本島津企業(yè)管理(中國)有限公司;滅菌烘箱(UNE500),德國MEMMERT公司;超凈臺(tái)(SW-CJ-2FD),蘇州凈化設(shè)備有限公司;搖床(TS-2102),上海天呈科技有限公司;實(shí)驗(yàn)室常規(guī)儀器。

        實(shí)驗(yàn)方法。

        (1)培養(yǎng)基配制

        種子和發(fā)酵培養(yǎng)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(yǎng)方法

        ①種子培養(yǎng)

        250 mL錐形瓶中裝50 mL種子培養(yǎng)基,接入一環(huán)孢子,200 r/mim,30 ℃培養(yǎng)24 h。

        ②搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)

        250 mL錐形瓶中裝50 mL發(fā)酵培養(yǎng)基,按10%接種量接入種子液,200 r/mim,30 ℃培養(yǎng)72 h。

        (3)指標(biāo)的測定

        ε-PL產(chǎn)量測定方法參照Itzhaki F R方法。

        (4)發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化

        ①發(fā)酵培養(yǎng)基的單因素實(shí)驗(yàn)

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

        ②發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化的正交實(shí)驗(yàn)

        根據(jù)單因素的試驗(yàn)結(jié)果,選用葡萄糖、酵母粉及硫酸銨為考察因素,采用正交試驗(yàn)方法,設(shè)計(jì)三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn),其正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表見表1。

        (5)數(shù)據(jù)處理方法 所有實(shí)驗(yàn)做3個(gè)平行,Excel進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差分析。

        結(jié)果與分析

        葡萄糖濃度對(duì)ε-PL產(chǎn)量的影響。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)葡萄糖濃度低于40 g/L時(shí),ε-PL產(chǎn)量不斷增加,并達(dá)到最大的1.503 g/L,繼續(xù)加大葡萄糖的濃度,ε-PL產(chǎn)量反而降低,這可能是由于過多的葡萄糖容易在發(fā)酵過程中引起“葡萄糖效應(yīng)”,從而影響菌體生長和代謝產(chǎn)物的形成。所以本實(shí)驗(yàn)選擇最佳的葡萄糖濃度為40 g/L。

        酵母粉濃度對(duì)ε-PL產(chǎn)量的影響。實(shí)驗(yàn)表明,隨酵母粉濃度的增加,ε-PL產(chǎn)量也隨之增加; 當(dāng)酵母粉濃度達(dá)到7.5 g/L時(shí),ε-PL產(chǎn)量達(dá)到最大的1.552 g/L; 而繼續(xù)加大酵母粉濃度時(shí),ε-PL產(chǎn)量開始下降,這可能是由于酵母粉成分復(fù)雜,后期底物消耗不完,會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生一些酶降解白色鏈霉菌菌絲體,故在本實(shí)驗(yàn)的考察范圍內(nèi)酵母粉的最佳濃度為7.5 g/L。

        硫酸銨濃度對(duì)ε-PL產(chǎn)量的影響。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)硫酸銨濃度為6 g/L時(shí),ε-PL產(chǎn)量達(dá)到最大的1.514 g/L,當(dāng)繼續(xù)加大硫酸銨濃度時(shí),ε-PL產(chǎn)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(shí)驗(yàn)確定各培養(yǎng)基成分用量。根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,采用正交試驗(yàn)對(duì)葡萄糖、酵母粉、硫酸銨進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

        由表1可知,對(duì)ε-PL產(chǎn)量的影響排序?yàn)椋浩咸烟?酵母粉>硫酸銨。最后選擇的最優(yōu)組合為:葡萄糖35g/L、酵母粉7.5g/L、硫酸銨6g/L,在此條件下,F(xiàn)QQ-5的ε-PL產(chǎn)量達(dá)1.853 g/L,比優(yōu)化前的產(chǎn)量提高了19.4%。

        通過本實(shí)驗(yàn),對(duì)ε-PL的培養(yǎng)基進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化后的培養(yǎng)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,F(xiàn)QQ-5的ε-PL產(chǎn)量達(dá)1.853 g/L,比優(yōu)化前的產(chǎn)量提高了19.4%。今后將在5 L發(fā)酵罐上采用此優(yōu)化培養(yǎng)基進(jìn)行發(fā)酵工藝的研究,以期進(jìn)一步提高發(fā)酵產(chǎn)量,為ε-PL的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定依據(jù)。

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

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