氨氮对淀粉酶产色链霉菌产ε-聚赖氨酸的影响

魏希庆，郭凤柱，胡春磊，宋富，赵卓，谭之磊,2,3*，贾士儒,2,3*

1(天津科技大学 生物工程学院,工业发酵微生物教育部重点实验室，天津，300457)2(省部共建食品营养与安全国家重点实验室(天津科技大学)，天津，300457)3(天津市微生物代谢与发酵过程控制技术工程中心，天津，300457)

ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine, ε-PL)是一种由赖氨酸单体通过ε-氨基和α-羧基形成酰胺键聚合而成的天然同聚物。因其具有安全性高、抑菌谱广、水溶性和热稳定性好等优点，被日本、美国、韩国等多个国家用作食品防腐剂，2014年我国国家卫计委批准ε-PL及其盐酸盐作为食品防腐剂使用[1-3]。为了提高 ε-PL的产量，国内外学者在产生菌改造、营养条件优化和发酵过程调控等方面进行了研究。李双等[4]从不同ε-PL生产菌株出发，利用基因重排技术(Genome shuffling)使产量进一步提高。SHIMA等[5]研究了不同碳氮比对白色链霉菌发酵产生ε-PL的影响。KAHAR等[6]利用pH 双阶段调控策略，有效提高了ε-PL的生产效率。REN等[7]建立了一种酸性pH冲击策略，ε-PL产量有了很大提高。GUO等[8]研究发现不同浓度的酵母粉对ε-PL产量、生物量及关键酶活力有显著性差异(P<0.05)。WANG等[9]研究了金属离子对S.diastatochromogenesCGMCC3145 产生ε-PL的影响， 当添加0.1 mmol/L Fe2+时，ε-PL 产量提高了 29.2%。此外，外源添加甘氨酸、赖氨酸[10-11]、ATP及生物素[12]均能提高 ε-PL 产量。

1 材料与方法

1.1 菌株

淀粉酶产色链霉菌(Streptomycesdiastatochromogenes6#-7)，天津科技大学生物反应工程研究室保藏。

1.2 培养方法

种子和发酵培养基均为M3G培养基(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调pH至7.2，121 ℃灭菌20 min。

通过调节培养基中(NH4)2SO4含量控制初始氨氮质量浓度。

1.2.1 摇瓶发酵

从斜面挑1环孢子接于含有100 mL M3G液体培养基的500 mL三角瓶中，30 ℃、200 r/min条件下振荡培养30 h得到种子液。

将种子液以6%接种量接于含有100 mL M3G液体培养基的500 mL三角瓶中，30 ℃、200 r/min条件下培养。定时取样，测定相关参数。

1.2.2 5 L分批发酵

采用5 L搅拌式发酵罐(B.Braun自控式发酵罐)。初始装液量2.7 L，接种量为10%。发酵过程中控制温度30 ℃，初始pH 6.8，自然降至pH 4.0时自动流加体积分数11%～13% NH3·H2O维持pH。通风量1～2 vvm，溶氧量(dissolved oxygen, DO) 30%，发酵液中残糖降至0 g/L时，发酵结束。

1.2.3 5 L补料分批发酵

1.3 发酵参数的检测

残糖、生物量、pH参数的测定参照文献[20]。

ε-PL标准曲线和产量的测定参照文献[21]。

天冬氨酸激酶(aspartokinase, Ask)活性测定参照文献[23]；聚赖氨酸合成酶(polylysine synthetase, Pls)活性测定参照文献[24-25]。

2 结果与讨论

图质量浓度对摇瓶发酵生产ε-PL的影响

表1 摇瓶发酵96 h相关数据对比

a-Ask酶活力;b-Pls酶活力

图质量浓度对5 L发酵罐分批发酵生产ε-PL的影响

质量浓度;b-生物量;c-ε-PL产量

对实验组A与对照组发酵过程中细胞比生长速率、产物比合成速率及生长强度进行对比，结果如图5所示。

a-细胞比生长速率;b-ε-PL比合成速率;c-生产强度

3 结论