L—色氨酸发酵条件优化分析

高凤云++李文++杜金鼎

摘 要：色氨酸是人体、动物和真菌生物不可缺少的元素。而L-色氨酸是不能够在生物体内自然合成的，需要从日常食物当中摄取。通过了解L-色氨酸的用途，分析了L-色氨酸发酵过程的条件优化策略。

关键词：L-色氨酸；发酵条件；发酵工艺；接种量

中图分类号：TQ922+.9 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.082

最常用的L-色氨酸发酵方式就是微生物发酵法，但是由于葡萄糖到L-色氨酸的代谢时间比较长，调控较复杂，因此导致L-色氨酸在进行微生物发酵时转化率较低，进而导致L-色氨酸的生产成本高、产量低。

1 L-色氨酸的用途

L-色氨酸在生物体中可以合成吲哚乙酸、色素、烟酸、生物碱等活性物质，目前已经有不少国家和地区把L-色氨酸作为食物添加剂来使用，能够有效提升蛋白质应用率，强化食品植物蛋白转化，能够有效地帮助消毒、阻止氧化，可以为鱼类等食物保鲜。L-色氨酸在饲料中也有添加，由于是一种必需的氨基酸，在动物体内能起到一定的增强密度的应急效果，促进球蛋白的产生，提升抗病力，从营养学角度来说对动物身体大有益处。

2 L-色氨酸发酵工艺

2.1 材料与方法

2.1.1 供试菌株大肠杆菌菌株

供试菌株为大肠杆菌菌株。

2.1.2 种子培养基

蛋白胨，10 g/L；氯化钠，2.5 g/L；酵母粉，5 g/L。

2.1.3 培养方法

具体步骤如下：①培养种子。选择生长良好的活化斜面，将菌苔刮出，放置到装有种子培养基的三角瓶（容量为500 mL）中，用纱布将其作密封处理，并放置到巡回式的摇床上，进行振荡培养处理。②摇瓶发酵。将种液倒入含有发酵培养基的三角瓶（容量为500 mL）中，用纱布进行封口处理，并放置到巡回式的摇床上，以150 r/min进行振荡培养处理，流加氨水，将pH控制在7.0左右。

2.1.4 发酵分析

对菌体的浓度进行测定，应用蒸馏水进行20倍稀释，对620 nm波长下的吸光度进行测定处理；利用酸度计测定pH值；应用生物传感分析仪对残糖进行测定；用比色法对L-色氨酸含量进行测定。

2.2 结果

菌株接种量、pH值、温度、环境及转速等因素对L-色氨酸发酵的影响较为显著，需要针对这几个因素进行优化处理，以保证发酵工艺质量。

3 L-色氨酸发酵条件的优化策略

3.1 接种量对发酵效果的影响

选择适合的接种量能够有效确保L-色氨酸的发酵时间周期，同时也能够提升发酵产酸的质量标准，因此色氨酸在发酵期间的接种量非常重要，需要通过菌株色氨酸TQ2223来确定适当的最佳菌株接种量，再进行接种量不同的发酵实验，分别在实验中抽取接种量的5%，8%，10%和15%来进行处理，产酸量分别为8.5 g/L、9.6 g/L、11.3 g/L、10.2 g/L和9.1 g/L，通过实验测出48 h中平均产酸的最高量，为最佳的接种量。

3.2 确定好pH值

不同种类的微生物会有不同的pH值要求，选用的大肠杆菌最适宜的生长环境pH值就是6.5～7.5之间，在发酵的前期，需要大量扩增发酵培养基中的种子。这样，最初的大肠杆菌的pH值要在6.8左右。在发酵的培养基中，由于会出现硫酸氨的消耗和葡萄糖的消耗产生酸性物质，发酵培养基中的pH值会有所下降。想要稳定pH值，就需要加入一定量的氨水。一般加入氨水之后，发酵的pH值就会稳定在5.5以上。然后再进行发酵测试，得出48 h内的产酸量，通过产酸量选择正确的pH值比例。

3.3 确定好温度

微生物在一定的条件下，对适宜的生长温度也有一定的要求，要注意的是，最适合产酸的温度跟菌体生长需要的温度并不一定相同。

发酵产酸过程中的温度控制非常重要，从酶的角度来说，温度过高反应的速度就越快，同时生长速度也加快，酸会提前生成。在进行色氨酸发酵时，温度需要控制在30～35 ℃，同时色氨酸的最佳发酵温度跟色氨酸生产菌的最佳生长温度大致上相同。一般在32 ℃的温度条件下，发酵色氨酸的产酸量是最高的。一旦温度过高或者是过低，都很难达到最佳的产酸效果。

3.4 保持通风

在培养基中进行通风，需要进行固定的摇床、摇瓶，例如在发酵培养基中装入不同量的液量，通过实验可以得出结论。如果装的液量太少，水分经过长时间的发酵会挥发出来，造成底物的浓度过大，影响发酵产酸；但是如果装液量过多，会产生溶氧不足的情况，同样会影响发酵产酸，因此把握好通風空间是关键。

3.5 调节搅拌转速，提升发酵液的溶氧水平

L-色氨酸在发酵过程中需要适量的无菌空气，才能够保证菌体的正常繁殖，积累大量的色氨酸。微生物在发酵过程中会消耗氧，所以必须要及时强化供氧措施。在L-色氨酸发酵工业工作过程中，一般需要高浓度发酵，经常会采用提高转速和增加通风来提升溶氧，同样也可以提高罐压来增加氧分压，主要还是要看经济条件是否允许。发酵的全过程需要固定的通风量，通过搅拌的转速来控制发酵液中的溶氧含量，搅拌的转速对溶氧含量的影响很大。

4 结束语

本文介绍了L-色氨酸的性质，还有在食品、医药、饲料等具体生活中的重要作用，通过实验的方式针对L-色氨酸的发酵条件进行了详细的描述和优化。L-色氨酸是重要的氨基酸，是国内产品中发展前景较好的产业。如果能够在提升L-色氨酸的发酵条件同时降低生产成本，优化L-色氨酸发酵方法，能够有效帮助我国的产业化生产取得成功。

参考文献

[1]王健，陈宁.基于途径分析及代谢流量分析的L-色氨酸发酵条件优化[J].云南大学学报（自然科学版），2014（S2）：68-73.

[2]刘燕，魏爱英，孟刚，等.采用补料生物反应器对产L-色氨酸发酵条件的优化[J].发酵科技通讯，2013（01）：1-3.

[3]杨海军，周小苹.L-色氨酸分批发酵条件的优化[J].农产品加工（学刊），2016（07）：24-26.

〔编辑：刘晓芳〕