高活力果糖基转移酶的菌种选育及生产工艺优化研究

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低聚果糖是一种功能性低聚糖,由于其能够调节人体肠道内的菌群平衡,润肠通便,还具有降血脂、降胆固醇,促进矿物质的吸收以及维生素的合成等功能,已在现代人们的生活中得到广泛的重视和应用。现代工业上主要是以蔗糖为底物,以能产生果糖基转移酶的米曲霉为菌株来生产低聚果糖,但生产菌株的果糖基转移酶酶活较低,通常在250U/g(干基)左右,因此选育果糖基转移酶活力较高的米曲霉菌株,优化米曲霉产果糖基转移酶的发酵工艺,对于工业生产低聚果糖具有重大的实际意义。本文以米曲霉SΒΒ201为出发菌株,通过紫外-氯化锂复合诱变获得正向诱变菌株,酶解诱变菌株制备原生质体,再以此为原生质体融合的出发菌株,基于双灭活标记以及致死损伤互补理论,进行原生质体融合选育目标菌株,获得一株稳定的高产果糖基转移酶的菌株,通过摇瓶实验对产果糖基转移酶的发酵条件进行研究,考察不同培养基和不同培养条件对该菌株产果糖基转移酶的影响,并利用PΒ实验筛选出对该菌株产果糖基转移酶影响最重要的几个因子,并对这几个因子进行爬坡实验,确定响应中心点,逼近响应区域,进行响应面实验,摇瓶优化该菌株产果糖基转移酶的发酵条件,然后进行2L罐的上罐实验,进一步探究转速、通气量、接种量对菌株产果糖基转移酶的影响,以及补料流加发酵方式对产酶影响,之后进行10L,500L罐的中试放大实验,验证实验结果。结论表明:1.通过两次紫外-氯化锂复合诱变得到了比原始菌株SBB201酶活力233.69U/g提高21.8%的米曲霉菌株UV30-7,酶活力达到291.01U/g。2.通过三轮原生质体融合筛选融合子并对融合子的果糖基转移酶的酶活进行测定,最终得到一株果糖基转移酶的酶活力达到498.24U/g的菌株RⅢ-7,较出发菌株UV30-7的酶活力291.01U/g提高了71.21%,较原始菌株SBB201的酶活力233.69U/g提高了113.20%。并对融合菌株的遗传稳定性进行研究,证明融合菌的遗传稳定性良好。3.通过单因素优化实验,确定了米曲霉产果糖基转移酶的发酵最佳培养基为:碳源:蔗糖5%;氮源:豆粕粉2%;玉米粉0.3%;无机盐:MgSO40.1%;最佳培养条件为:转速:150rpm;温度:30℃;pH:5.0。通过PB实验得到了影响米曲霉产果糖基转移酶最重要的三个因素为:碳源浓度,氮源浓度,转速;通过响应面实验得到了发酵的最佳优化组合条件为:碳源浓度5.94%,氮源浓度1.60%,转速165rpm,此时菌丝体酶活能达到895.687U/g。4.2L罐的中试放大优化实验表明:在转速为200rpm,通气量为1.0L/min时,菌株在接种量为1.25%时,生长速率适中,生长易于监测,酶活能达到518.08.U/g;固定接种量为1.25%,转速为200rpm时,通过比较不同通气量(1.0L/min,2.0L/min,3.0L/min)对发酵酶活力的影响发现,当通气量为1.0L/min时,酶活力最高;固定接种量为1.25%,通气量为1.0L/min,比较不同转速(100rpm,200rpm,300rpm,500rpm)对酶活力的影响发现,当转速为200rpm时,酶活力最高;5.在总糖保持不变的条件下,研究了流加补料工艺对菌株发酵产酶的影响:在2L发酵罐的上罐实验中,半培养基+补糖流加发酵工艺菌丝体的酶活力为731.45U/g,全培养基+不流加发酵工艺菌丝体的酶活力为518.08U/g,相比之下,补糖流加发酵工艺,酶活力提高了41.11%。在10L发酵罐中试放大实验中,半培养基+补糖流加发酵酶活力达到804.04U/g,而全培养基+不流加发酵工艺菌丝体的酶活力为566.26U/g,补糖流加发酵的酶活力相对提高41.90%。在500L罐中中试放大实验中,半培养基+补糖流加的发酵工艺,菌株产酶酶活为640.00U/g,而全培养基+不补糖的发酵工艺菌丝体酶活为426.00U/g,前者相对后者,酶活力提高50.23%。
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