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谷胱甘肽(γ-L-glutamyl-L-cysteinyl-glycine,简称GSH)是由L-谷氨酸、L-半胱氨酸和甘氨酸缩合而成的一种同时含有γ-谷氨酰基和巯基的生物活性三肽化合物。在临床上主要用于治疗各类肝炎、肿瘤和白内障,同时可解除由有毒化合物和重金属离子引起的中毒。近年来发现谷胱甘肽还具有抑制艾滋病毒的功效。谷胱甘肽由于其特殊的功能正在被应用到各种领域,而我国的谷胱甘肽完全依赖进口,实现谷胱甘肽的国产化迫在眉睫。文中对谷胱甘肽高产菌株的选育及培养条件进行了研究。
本研究以酿酒酵母为出发菌株,先对其进行紫外线诱变,以氯化锌为抗性标记,获得了抗氯化锌突变株ZW-8(ZnCl2r),该突变株经摇瓶发酵后,GSH的总量为63.60mg/L,比出发菌株产GSH提高了29.0%。以ZW-8作为进一步诱变的出发菌株,以乙硫氨酸为筛选标记,用硫酸二乙酯进行诱变。逐级筛选后,得到一株既抗氯化锌又抗乙硫氨酸突变株SE-4(ZnCl2r,Ethr)。该突变株经摇瓶发酵后谷胱甘肽总量达69.50mg/L,比出发菌株的GSH总量提高了41%。经十次传代培养,发酵液中谷胱甘肽总量平均值为70.18mg/L,是一株性状较稳定的优良菌株。
运用单因素试验对SE-4(ZnCl2r,Ethr)产谷胱甘肽的发酵条件进行了考察。研究表明该突变株产谷胱甘肽最适培养条件为:培养温度30℃,培养基初始pH为7.0,接种量10%,250mL摇瓶装液量为30mL,摇床转速150r/min,种龄18h,培养时间30h。在最适培养条件的基础上,研究了碳源、氮源和磷酸盐对SE-4(ZnCl2r,Ethr)发酵生产GSH的影响。正交试验确定培养基基本组成是酵母粉11g/L,葡萄糖3.0g/L,(NH4)2SO46g/L,K2HPO43g/L,KH2PO40.5g/L。考察了无机盐的添加对谷胱甘肽总量和生物量的影响。确定在培养基中添加能明显促进菌体积累谷胱甘肽的四种无机盐为:MgSO47H2O0.1g/L,KCI0.1g/L,MnSO40.1g/L,FeSO40.1g/L。优化后谷胱甘肽总量达85.45mg/L,比优化前提高了22.9%。
考察了不同氨基酸种类对突变株积累GSH的影响。半胱氨酸、蛋氨酸、谷氨酸能促进GSH的产生,但对菌体的生长没有促进作用。半胱氨酸作为前体氨基酸对积累谷胱甘肽效果最明显。赖氨酸、异亮氨酸有利于细胞生长,但是对GSH的积累有抑制作用。丙氨酸、色氨酸对GSH积累和细胞生长影响不大。组氨酸对细胞生长和GSH积累都不利。
经过培养基优化和半胱氨酸的添加,突变株SE-4(ZnCl2r,Ethr)产GSH总量达到88.89mg/L,比出发菌株提高了近50%。