CN104611312A - 一种需钠弧菌发酵生产琼胶酶的培养基及其发酵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种需钠弧菌发酵生产琼胶酶的培养基,包括菌种活化培养基、种子培养基及发酵培养基;同时本发明又公开了一种需钠弧菌发酵生产琼胶酶的发酵方法,在摇瓶发酵的基础上,对所筛选的需钠弧菌进行了发酵罐的发酵培养,分别进行了发酵条件优化以及补料工艺的探究,研究其在发酵罐中的产酶规律,有效的提高了琼胶酶产量,最后对需钠弧菌发酵产琼胶酶进行了中试放大发酵,为今后的大规模生产提供了重要的技术参数指导。
Description
技术领域
本发明涉及发酵的技术领域,尤其涉及一种需钠弧菌发酵生产琼胶酶的培养基及其发酵方法。
背景技术
琼胶是由琼脂糖和琼脂胶组成的海藻多糖,在生化、临床、医药、食品等领域应用广泛。琼胶寡糖是由琼胶降解而得,具有抗氧化、减缓淀粉水解、易于人体吸收等药理作用和生物活性,相比琼胶具有更广泛的应用价值。
目前,琼胶寡糖一般通过传统的化学和物理降解的方法获得,但是传统方法制备琼胶寡糖存在着反应条件难控制、降解产物不均一、损耗多、污染环境等问题,而酶法具有高效、特异、反应条件温和、降解过程易于控制,而且对环境污染少等优点。因此,琼胶酶酶解琼胶将逐渐取代传统的化学等降解方法成为制备琼胶寡糖的最佳方法。
我国拥有辽阔的海域,海洋中丰富的海藻资源为生产研究提供了充足海藻多糖。由于琼胶酶的主要来源是海洋微生物,海洋环境的特殊性导致了琼胶酶的稳定性不好或者活力不高,限制了其在生产中的应用。有鉴于此,本发明人研究和设计了一种需钠弧菌发酵生产琼脂酶的培养基及其发酵方法,本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种需钠弧菌发酵生产琼胶酶的培养基,利用一株能降解琼胶的需钠弧菌(Vibrio sp. natriegens)(来源于中国工业微生物菌种保藏中心,保藏编号:CICC 23820),在采用本发明的培养基后,可以有效提高需钠弧菌发酵生产琼胶酶的单位产量。
本发明的另一目的在于提供利用上述培养基进行需钠弧菌发酵琼胶酶的方法,通过种子活化、摇瓶发酵、罐上发酵及中试放大发酵的逐级放大培养步骤,确定最佳的发酵条件,进而提高最终发酵液中琼胶酶的单位产量。
为实现上述目的,本发明解决其技术问题的技术方案是:
一种需钠弧菌发酵生产琼胶酶的培养基,包括菌种活化培养基、种子培养基及发酵培养基;
所述菌种活化培养基为:琼脂20g/L,蛋白胨5g/L,酵母膏5g/L,NaCl 30 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
所述种子培养基为:蛋白胨5 g/L,酵母膏1 g/L,NaCl 30 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
所述发酵培养基为:琼脂3.4 g/L,酵母膏6.5 g/L,NaCl 20 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min。
本发明还涉及所述需钠弧菌利用如上所述培养基生产琼胶酶的发酵方法,包括以下步骤:
种子的活化与制备:将上述需钠弧菌菌种接至菌种活化培养基中活化,活化的菌种接种至装有种子培养基的摇瓶中培养,获得摇瓶种子液;
摇瓶发酵:摇瓶种子液接种至装有适用于需钠弧菌产琼脂酶发酵培养基的摇瓶之中,25℃培养24 h,获得含有琼胶酶的发酵液;
罐上发酵:摇瓶种子液接种至装有发酵培养基的7 L发酵罐中,27℃培养36h,获得含有琼胶酶的发酵液;
中试放大发酵:摇瓶种子液接种至装有发酵培养基的20 L和200 L发酵罐中,27℃培养36h,获得含有琼胶酶的发酵液。
作为实施例的优选方式,所述种子的活化与制备步骤,将-20℃保藏的甘油管菌种解冻后接于装有菌种培养基的试管斜面,25℃培养24 h,获得活化的需钠弧菌菌种,然后从试管斜面上挑取培养好的菌种于装有30 mL种子培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵24 h,再接入装有50 mL种子培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵12 h,获得摇瓶种子液。
作为实施例的优选方式,所述摇瓶发酵,将培养好的摇瓶种子液以2%的接种量接入装有50 mL发酵培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵24 h。
作为实施例的优选方式,所述罐上发酵,将培养好的摇瓶种子液按照2%的接种量接入装有5 L发酵培养基的7 L发酵罐中,27℃,500 r/min发酵36 h。
作为实施例的优选方式,所述中试放大发酵,将培养好的种子按照2%的接种量接入装有10 L发酵培养基的20 L罐中,27℃,150 r/min发酵36 h。
作为实施例的优选方式,所述中试放大发酵,将培养好的种子按照2%的接种量接入装有5 L种子培养基的7 L罐中,25℃发酵12 h,培养好的种子液按照2%的接种量接入装有100 L发酵培养基的200 L罐中,27℃,100 r/min发酵36 h。
本发明采用上述技术方案后,在摇瓶发酵的基础上,对本发明人所筛选的需钠弧菌进行了发酵罐的发酵培养,分别进行了发酵条件优化以及补料工艺的探究,研究其在发酵罐中的产酶规律,有效提高了琼胶酶产量。最后对需钠弧菌发酵产琼胶酶进行了中试放大试验,为今后的大规模生产提供了重要的技术参数指导。
附图说明
图1需钠弧菌培养平板;
图2 需钠弧菌产琼胶酶的罐上发酵曲线;
图3需钠弧菌产琼胶酶的20L罐上发酵曲线;
图4需钠弧菌产琼胶酶的200L罐上发酵曲线。
具体实施方式
下列实施例中采用的检测方法:
生物量的测定:均匀吸取1.0 ml 发酵液,12000 r/min离心10 min,去掉上清液后用蒸馏水梯度稀释至6倍,以蒸馏水作空白,600 nm 波长测吸光值。
琼胶酶活力的测定:均匀取1.0mL发酵液,12000 r/min离心10min,准确吸取0.3mL上清液,用50 mmol/L NaH2PO4—Na2HPO4缓冲液(pH 7.0)稀释4倍,取50 μL稀释液,添加350 μL 溶于50 mmol /L NaH2PO4-Na2HPO4缓冲液(pH 7.0)的0.5%的琼脂(高温溶解后保温于40℃水浴中),40℃ 温浴20 min,加0.6 mL DNS终止反应,沸水浴5 min后冷却,稀释到5 mL,测540 nm处的吸光值,然后依据标准曲线来计算反应液中还原糖的生成量,以检测发酵液中琼胶酶的活力。以沸水浴灭活5 min的酶液作为对照。以上述条件下1 min催化产生1 μmol还原糖所需的酶量为一个酶活力单位(U)。
pH值测定:利用pH计检测发酵过程的pH值。
实施例1:需钠弧菌的筛选
本发明首先在红树林泥土样品中分离得到了一株能降解琼胶的需钠弧菌(Vibrio sp. )(中国工业微生物菌种保藏编号:CICC 23820),再采用本发明的培养基培养后,可以有效提高需钠弧菌发酵生产琼胶酶的单位产量。
(1)取样品红树林泥土25g于225mL无菌人工海水中进行梯度稀释,取稀释液于以琼脂为单一碳源的平板培养基中进行涂布,平板于25℃培养箱中培养24 h~36h。
(2)挑选平板培养基上形成凹陷较深的菌落,如图1所示,转接于斜面培养基培养24~36h,接种于人工海水培养基培养24~36h后,测定发酵液的琼胶酶活力,最终筛选获得酶活最高的菌株需钠弧菌。
实施例2:需钠弧菌的摇瓶发酵生产琼胶酶
(1)将-20℃保藏的甘油管菌种解冻后接于装有菌种活化培养基的试管斜面,斜面于25℃培养箱中培养24 h,获得活化的需钠弧菌菌种。所述菌种活化培养基为:琼脂20g/L,蛋白胨5g/L,酵母膏5g/L,NaCl 30 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
(2)从试管斜面上挑取培养好的菌种于装有30 mL种子培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵24 h,再接入装有50 mL种子培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵12 h,获得摇瓶种子液。所述种子培养基为:蛋白胨5 g/L,酵母膏1 g/L,NaCl 30 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
(3)将培养好的摇瓶种子液以2%的接种量接入装有50 mL发酵培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵24 h,得到含琼胶酶的发酵液。所述发酵培养基为:琼脂3.4 g/L,酵母膏6.5 g/L,NaCl 20 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
(4) 均匀取1.0 mL含琼胶酶发酵液,12000 r/min离心10min,测定所得清液的琼胶酶活力为2.51 U/mL。
实施例3:需钠弧菌的罐上发酵生产琼胶酶
(1)将-20℃保藏的甘油管菌种解冻后接于装有菌种活化培养基的试管斜面,斜面于25℃培养箱中培养24 h,获得活化的需钠弧菌菌种。所述菌种活化培养基为:琼脂20g/L,蛋白胨5g/L,酵母膏5g/L,NaCl 30 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
(2)从试管斜面上挑取培养好的菌种于装有30 mL种子培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵24 h,再接入装有50 mL种子培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵12 h,获得摇瓶种子液。所述种子培养基为:蛋白胨5 g/L,酵母膏1 g/L,NaCl 30 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
(3)将培养好的摇瓶种子液按照2%的接种量接入装有5 L发酵培养基的7 L发酵罐中,27℃,500 r/min发酵36 h,得到含琼胶酶的发酵液。所述发酵培养基为:琼脂3.4 g/L,酵母膏6.5 g/L,NaCl 20 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
(4)取样检测发酵过程的生物量、琼胶酶活力和pH值变化,结果如图2所示。发酵至26 h时酶活力达到最大值2.69 U/mL。
实施例4:需钠弧菌发酵生产琼脂酶的中试放大发酵
(1)将-20℃保藏的甘油管菌种解冻后接于装有菌种活化培养基的试管斜面,斜面于25℃培养箱中培养24 h,获得活化的需钠弧菌菌种。所述菌种活化培养基为:琼脂20g/L,蛋白胨5g/L,酵母膏5g/L,NaCl 30 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
(2)从试管斜面上挑取培养好的菌种于装有30 mL种子培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵24 h,再接入装有50 mL种子培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵12 h,获得摇瓶种子液。所述种子培养基为:蛋白胨5 g/L,酵母膏1 g/L,NaCl 30 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
(3)将培养好的摇瓶种子液按照2%的接种量接入装有10 L发酵培养基的20 L罐中,27℃,150 r/min发酵36 h,得到含琼胶酶的发酵液。所述发酵培养基为:琼脂3.4 g/L,酵母膏6.5 g/L,NaCl 20 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
(4)取样检测发酵过程的琼胶酶活力变化,结果如图3所示。共进行三个批次的发酵,20 L罐上发酵产酶规律与7 L罐基本一致,而且其琼胶酶产量得到进一步提高,20 L罐琼胶酶活力最高达到3.66 U/mL,比7 L罐提高了8.5%。
实施例5:需钠弧菌发酵生产琼脂酶的中试放大发酵
(1)将-20℃保藏的甘油管菌种解冻后接于装有菌种培养基的试管斜面,斜面于25℃培养箱中培养24 h,获得活化的需钠弧菌菌种。所述菌种培养基为:琼脂20g/L,蛋白胨5g/L,酵母膏5g/L,NaCl 30 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
(2)从试管斜面上挑取培养好的菌种于装有30 mL种子培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵24 h,再接入装有50 mL种子培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵12 h,获得摇瓶种子液。所述种子培养基为:蛋白胨5 g/L,酵母膏1 g/L,NaCl 30 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
(3)将培养好的摇瓶种子液按照2%的接种量接入装有5 L种子培养基的7 L罐中,25℃发酵12 h,培养好的种子液按照2%的接种量接入装有100 L发酵培养基的200 L罐中,27℃,100 r/min发酵36 h。所述发酵培养基为:琼脂3.4 g/L,酵母膏6.5 g/L,NaCl 20 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
(4)取样检测发酵过程的琼胶酶活力变化,结果如图4所示。共进行三个批次的发酵,200 L罐上发酵产酶规律与7 L罐和20 L罐基本一致,200 L罐琼胶酶活力最高达到3.73 U/mL,比7 L罐提高了10.5 %。
实施例6:利用琼胶酶制备琼寡糖
称取琼脂粉溶于配制好的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲液(pH 7.0,50 mmol/L)中,配制成5 g/L的琼胶溶液,从中取出19 mL琼胶溶液于50 mL具塞三角瓶中,再加入1 mL实施例2中琼胶酶粗酶液,在40 ℃恒温水浴条件下进行水解反应,反应40 min后产物主要为新琼二糖和新琼四糖,之后随时间的延长,产物中的新琼四糖逐渐被降解成为新琼二糖,反应进行到24 h时产物基本只有新琼二糖。
本发明在摇瓶发酵的基础上,对本发明人所筛选的需钠弧菌进行了发酵罐的发酵培养,分别进行了发酵条件优化以及补料工艺的探究,研究其在发酵罐中的产酶规律,有效提高了琼胶酶产量。最后对需钠弧菌发酵产琼胶酶进行了中试放大试验,为今后的大规模生产提供了重要的技术参数指导。
本领域的普通技术人员能从本发明公开内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种需钠弧菌发酵生产琼胶酶的培养基,其特征在于:包括菌种活化培养基、种子培养基及发酵培养基;
所述菌种活化培养基为:琼脂20g/L,蛋白胨5g/L,酵母膏5g/L,NaCl 30 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
所述种子培养基为:蛋白胨5 g/L,酵母膏1 g/L,NaCl 30 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min;
所述发酵培养基为:琼脂3.4 g/L,酵母膏6.5 g/L,NaCl 20 g/L,MgSO4·7H2O 5 g/L,KCl 1 g/L,CaCl2 0.2 g/L,K2HPO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,pH 7.5,121℃灭菌20 min。
2.一种如权利要求1所述的需钠弧菌生产琼胶酶的发酵方法,其特征在于:包括如下步骤:
种子的活化与制备:将上述需钠弧菌菌种接至菌种活化培养基中活化,活化的菌种接种至装有种子培养基的摇瓶中培养,获得摇瓶种子液;
摇瓶发酵:摇瓶种子液接种至装有适用于需钠弧菌产琼胶酶发酵培养基的摇瓶之中,25℃培养24 h,获得含有琼胶酶的发酵液;
罐上发酵:摇瓶种子液接种至装有发酵培养基的7 L发酵罐中,27℃培养36h,获得含有琼胶酶的发酵液;
中试放大发酵:摇瓶种子液接种至装有发酵培养基的20 L和200 L发酵罐中,27℃培养36h,获得含有琼胶酶的发酵液。
3.如权利要求2所述的需钠弧菌生产琼脂酶的发酵方法,其特征在于:所述种子的活化与制备步骤如下:
将-20℃保藏的甘油管菌种解冻后接于装有菌种活化培养基的试管斜面,25℃培养24 h,获得活化的需钠弧菌菌种;然后从试管斜面上挑取培养好的菌种于装有30 mL种子培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵24 h,再接入装有50 mL种子培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵12 h,获得摇瓶种子液。
4.如权利要求2所述的需钠弧菌生产琼胶酶的发酵方法,其特征在于:所述摇瓶发酵,将培养好的摇瓶种子液以2%的接种量接入装有50 mL发酵培养基的250 mL摇瓶中,25℃,180 r/min发酵24 h。
5.如权利要求2所述的发酵方法,其特征在于:所述罐上发酵,将培养好的摇瓶种子液按照2%的接种量接入装有5 L发酵培养基的7 L发酵罐中,27℃,500 r/min发酵36 h。
6.如权利要求2所述的需钠弧菌生产琼胶酶的发酵方法,其特征在于:所述中试放大发酵,将培养好的种子按照2%的接种量接入装有10 L发酵培养基的20 L罐中,27℃,150 r/min发酵36 h。
7.如权利要求2所述的一种需钠弧菌发酵生产琼胶酶的发酵方法,其特征在于:所述中试放大发酵,将培养好的种子按照2%的接种量接入装有5 L种子培养基的7 L罐中,25℃发酵12 h,培养好的种子液按照2%的接种量接入装有100 L发酵培养基的200 L罐中,27℃,100 r/min发酵36 h。
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CN101451113B (zh) * | 2008-11-06 | 2010-10-06 | 国家***第二海洋研究所 | 一种需钠弧菌及采用该菌生产琼胶酶的方法 |
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2015
- 2015-02-16 CN CN201510084236.2A patent/CN104611312A/zh active Pending
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