CN104630166A - 微生物发酵生产低温葡萄糖氧化酶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微生物发酵生产低温葡萄糖氧化酶的方法,具体为将产生葡萄糖氧化酶菌种活化,再经过逐级低温驯化,使菌种在低温环境中生长良好,将低温驯化后的葡萄糖氧化酶产生菌在10~16℃逐级扩大培养,按发酵液体积的3~9%接种量接种于液体发酵培养基中,在10~16℃培养72~144h时,得低温葡萄糖氧化酶,收集到的粗酶液根据不同需要和使用对象不同,进一步浓缩、分离纯化,制备成不同活性、纯度和剂型的酶制剂。本发明生产的低温葡萄糖氧化酶在低温下具有高酶活力及高催化效率,简化生产工艺,缩短加工时间,降低生产成本,提高生产效率,改善并提高产品质量;该酶制剂应用操作简单、方便、快捷、具有更广阔的工业开发价值与市场应用优势。
Description
技术领域
本发明涉及微生物学、酶工程、发酵工程、生物化学等领域,具体涉及一种低温葡萄糖氧化酶微生物发酵生产方法。
背景技术
葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase,E.C 1.1.3.4,简写为GOD)在有氧条件下专一性催化β-D-葡萄糖生成葡萄糖酸和过氧化氢(Ahmed H等,Eur Biophys J,1998)。GOD主要分布于动物、植物和微生物体内,其中动、植物组织中GOD含量有限,而微生物由于其自身具有来源广泛、生长周期短等优点,是生产GOD的主要来源,目前,GOD的主要生产菌株为黑曲霉和青霉(王志新等,中国食品学报,2007)。早期GOD的生产主要从动、植物体内提取,但该方法很难得到纯度高的GOD,而微生物发酵法具有发酵生产工艺简单,提取步骤相对简易,酶的纯化工艺稳定,生产不受原料来源影响等特点,且生产的GOD在安全性方面具有更大优势,适用于批量生产,容易实现产业化,还可以与食品生产、饲料生产和医药检测材料联合在一起,具有广阔市场应用前景(邢良英等,食品科技,2007;张岳勋等,饲料工业,2011)。国外对GOD的研究比较早,主要在菌种筛选、产酶条件的优化、酶的分离纯化、酶学特性以及GOD基因的克隆与表达等方面都有深入研究(Sisak C等,Enzyme and MicrobialTechnology,2006;Mislovicova D等,Process Biochemistry,2007;)。相比国外,我国有关GOD的研究工作起步较晚(朱运平等,中国食品添加剂,2013)目前我国虽有GOD产品出售,但酶制剂纯度及活性普遍较低,稳定性差,生产成本较高,主要依赖进口(韩建春等,食品科学,2011)。低温GOD不仅可应用于食品工业、饲料行业、医药工业、纺织漂染等行业,在生物燃料、生物传感器及生物芯片等新兴领域也有广泛应用,因此具有非常广阔的开发潜力和应用前景。目前国内外未见低温GOD的相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种微生物发酵生产低温葡萄糖氧化酶的方法,该方法主要是微生物经过低温驯化后,在10~16℃液体发酵生产低温葡萄糖氧化酶的方法,这种生产方法获得的低温葡萄糖氧化酶粗酶液活性可以达到227.1U/ml,如再经过分离和纯化,可以得到不同浓度和纯度的酶制剂。
本发明所述的一种微生物发酵生产低温葡萄糖氧化酶的方法具体包括以下步骤:
(1)将能产生葡萄糖氧化酶的菌种先活化,再经过逐级低温驯化,驯化温度由高到低,25℃→22℃→20℃→18℃→16℃→14℃→12℃→10℃,使其在低温环境中生长良好,当菌种能在低温下稳定生长即驯化结束;该菌种的低温驯化培养基为:葡萄糖20.0~50.0g,蛋白胨1.0~5.0g,(NH4)2SO4 2.0~3.0g,CaCO3 1.0~5.0g,pH值为自然,于103kpa、121℃高压蒸气灭菌30min;
所述的能产生葡萄糖氧化酶的菌种来源于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC),菌种编号:1.3319或1.7760或1.3118;
(2)按常规方法将步骤(1)中低温驯化后的葡萄糖氧化酶产生菌在液体种子培养基中于10~16℃逐级扩大培养,制备成液体一级种子和二级种子;所述的液体种子培养基为:蛋白胨7.0~12.0g,牛肉膏2.0~7.0g,NaCl 8.0~11.0g,pH值为自然,于103kpa、121℃高压蒸气灭菌30min。
(3)将液体二级种子按发酵液体积3~9%的接种量接入液体产酶培养基中,在10~16℃培养72~144h时,即微生物发酵生产低温葡萄糖氧化酶结束;所述的液体产酶培养基为:葡萄糖75.0~85.0g,蛋白胨1.0~5.0g,KH2PO4 1.4~2.0g,MgSO4·7H2O 0.7~0.8g,KCl 0.2~0.6g,pH值为5.6,于103kpa、121℃高压蒸气灭菌30min。
(4)将(3)的发酵液在4,000~8,000rpm离心收集液体,收集到的上清液即为粗酶液。
(5)根据不同需要和使用对象不同,还可以将(4)得到的粗酶液进一步浓缩、分离纯化,制备成不同活性、纯度和剂型的低温葡萄糖氧化酶制剂。
进一步的,步骤(1)中产生葡萄糖氧化酶菌种的活化培养基为:蛋白胨10.0g,酵母膏5.0g,NaCl 10.0g,琼脂20.0g,蒸馏水1.0L,pH值为自然,于103kpa、121℃高压蒸气灭菌30min。
本发明中使用的能产生葡萄糖氧化酶的菌种初期活化和生长条件按中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心提供的说明进行。葡萄糖氧化酶产生菌菌株先活化、再经过逐级低温驯化后发酵生产低温葡萄糖氧化酶时按本发明产酶条件进行培养,低温驯化后的菌株在4℃环境中可保存2个月,用10~25vt%甘油制成的菌悬液、在-80℃条件下可以长期保藏。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明利用微生物发酵生产低温葡萄糖氧化酶,经过温和的热处理即可使低温酶的活力丧失,而低温或适温处理均不会影响产品的品质,特别是低温脂肪氧合酶在低温下仍具有高酶活力及高催化效率,平均酶活可达800U/ml,有效改善并提高产品质量;
(2)本发明方法简化了生产工艺,缩短加工时间并从根本上省却中温酶使用中加热、冷却设备的环节,省却昂贵的加热或冷却费用,在节能方面有相当大的优势;
(3)本发明方法生产的葡萄糖氧化酶应用操作简单、方便、快捷、成本低,无论在食品工业、饲料行业、医药工业、纺织漂染等行业还是生物燃料、生物传感器及生物芯片等新兴领域都有广泛应用。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明,但并不限制本发明。如无特殊说明,本发明所用原料均市售可得。
实施例1
(1)培养基制备
①菌种活化培养基:蛋白胨10.0g,酵母膏5.0g,NaCl 10.0g,琼脂20.0g,蒸馏水1.0L,pH值为自然,于103kpa、121℃高压蒸气灭菌30min;
②菌种低温驯化培养基:葡萄糖20.0g,蛋白胨1.0g,(NH4)2SO4 2.0g,CaCO3 1.0g,pH值为自然,于103kpa、121℃高压蒸气灭菌30min;
③液体种子培养基:蛋白胨7.0g,牛肉膏2.0g,NaCl 8.0g,pH值为自然,于103kpa、121℃高压蒸气灭菌30min;
④液体产酶培养基:葡萄糖75.0g,蛋白胨1.0g,KH2PO4 1.4g,MgSO4·7H2O 0.7g,KCl0.2g,pH值为5.6,于103kpa、121℃高压蒸气灭菌30min;
(2)将产生葡萄糖氧化酶的菌种,按中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)提供的菌株说明进行初始活化;
(3)将(2)中活化好的菌种于低温驯化培养基中逐级低温驯化,驯化温度由高到低,25℃→22℃→20℃→18℃→16℃→14℃→12℃→10℃,驯化8天左右,使其在低温环境中生长良好,当菌种能在低温下稳定生长即驯化结束;
(4)按常规方法将低温驯化后的葡萄糖氧化酶产生菌在液体种子培养基中于10~12℃培养48~72h后,按5vt%的接种量进行逐级扩大培养,制备成液体一级种子和二级种子;
(5)将(4)制备的二级种子按发酵液体积3~5%的接种量接入10L的液体产酶培养基中,在10~12℃培养120~144h时,即微生物发酵生产低温葡萄糖氧化酶结束;
(6)将(5)的发酵液在4,000~8,000rpm离心收集液体,收集到的上清液即为粗酶液;
(7)根据不同需要和使用对象不同,还可以将(6)得到的粗酶液进一步浓缩、分离纯化,制备成不同活性、纯度和剂型的低温葡萄糖氧化酶制剂。
实施例2
(1)培养基制备
①菌种活化培养基:蛋白胨10.0g,酵母膏5.0g,NaCl 10.0g,琼脂20.0g,蒸馏水1.0L,pH值为自然,121℃高压蒸气灭菌30min;
②菌种低温驯化培养基:葡萄糖25.0g,蛋白胨3.0g,(NH4)2SO4 2.5g,CaCO3 3.0g,pH值为自然,121℃高压蒸气灭菌30min;
③液体种子培养基:蛋白胨10.0g,牛肉膏5.0g,NaCl 10.0g,pH值为自然,121℃高压蒸气灭菌30min;
④液体产酶培养基:葡萄糖80.0g,蛋白胨3.0g,KH2PO4 1.6g,MgSO4·7H2O 0.7g,KCl 0.6g,pH值为5.6,121℃高压蒸气灭菌30min;
(2)将产生葡萄糖氧化酶的菌种,按中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)提供的菌株说明进行初始活化;
(3)将(2)活化好的菌种于低温驯化培养基中逐级低温驯化,驯化温度由高到低,25℃→22℃→20℃→18℃→16℃→14℃→12℃→10℃,驯化8天左右,使其在低温环境中生长良好,当菌种能在低温下稳定生长即驯化结束;
(4)按常规方法将低温驯化后的葡萄糖氧化酶产生菌在液体种子培养基中12~14℃培养48~72h后,按5vt%的接种量进行逐级扩大培养,制备成液体一级种子和二级种子;
(5)将(4)制备的二级种子按发酵液体积5~7%的接种量接入50L的产酶培养基中,在12~14℃培养96~120h时,即微生物发酵生产低温葡萄糖氧化酶结束;
(6)将(5)的发酵液在4,000~8,000rpm离心收集液体,收集到的上清液即为粗酶液;
(7)根据不同需要和使用对象不同,还可以将(6)得到的粗酶液进一步浓缩、分离纯化,制备成不同活性、纯度和剂型的低温葡萄糖氧化酶制剂。
实施例3
(1)、培养基制备
①菌种活化培养基:蛋白胨10.0g,酵母膏5.0g,NaCl 10.0g,琼脂20.0g,蒸馏水1.0L,pH值为自然,121℃高压蒸气灭菌30min。
②菌种低温驯化培养基:葡萄糖50.0g,蛋白胨5.0g,(NH4)2SO4 3.0g,CaCO3 5.0g,pH值为自然,121℃高压蒸气灭菌30min。
③液体种子培养基:蛋白胨12.0g,牛肉膏7.0g,NaCl 11.0g,pH值为自然,121℃高压蒸气灭菌30min。
④产酶培养基:葡萄糖85.0g,蛋白胨5.0g,KH2PO4 2.0g,MgSO4·7H2O 0.8g,KCl0.6g,pH值为5.6,121℃高压蒸气灭菌30min。
(2)将产生葡萄糖氧化酶的菌种,按中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)提供的菌株说明进行初始活化;
(3)将(2)活化好的菌种于低温驯化培养基中逐级低温驯化,驯化温度由高到低,25℃→22℃→20℃→18℃→16℃→14℃→12℃→10℃,驯化8天左右,使其在低温环境中生长良好,当菌种能在低温下稳定生长即驯化结束;
(4)按常规方法将低温驯化后的葡萄糖氧化酶产生菌在液体种子培养基于14~16℃培养48~72h后,按5vt%的接种量进行逐级扩大培养,制备成液体一级种子和二级种子;
(5)将(4)制备的二级种子按发酵液体积7~9%的接种量接入100L的产酶培养基中,在14~16℃培养72~96h时,即微生物发酵生产低温葡萄糖氧化酶结束。
(6)将(5)的发酵液在4,000~8,000rpm离心收集液体,收集到的上清液即为粗酶液。
(7)根据不同需要和使用对象不同,还可以将(6)得到的粗酶液进一步浓缩、分离纯化,制备成不同活性、纯度和剂型的低温葡萄糖氧化酶制剂。
将实施例1、2和3生产的低温葡萄糖氧化酶进行酶活测定,取三次平行实验的平均值,平均酶活性可达到800U/ml。
将活性为1000U/ml或1000U/g的低温葡萄糖氧化酶,按0.01‰~0.5‰的量,应用于动物饲料、食品加工和医药检测等领域中,在8~25℃条件下处理0.5~2小时,具体内容请详见表1。
表1 低温葡萄糖氧化酶应用实例
实验结果表明:低温葡萄糖氧化酶应用于动物饲料、食品加工和医药检测等领域中,可以提高原料的转化率、延长食品的保质期及产品风味,降低生产成本,改善并提高产品质量;同时也说明低温酶在低温下具有高酶活力及高催化效率,可大大缩短处理过程的时间并省却昂贵的加热或冷却费用;在节能方面有相当大的优势;该酶制剂应用操作简单、方便、快捷、成本低;可以从根本上避免中温、高温酶的加热、冷却设备和工艺。可以提高原料的利用率、转化率和生产率,降低生产成本,改善并提高产品质量。
Claims (2)
1.微生物发酵生产低温葡萄糖氧化酶的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将能产生葡萄糖氧化酶的菌种先活化,再经过逐级低温驯化,驯化温度由高到低,25℃→22℃→20℃→18℃→16℃→14℃→12℃→10℃,使其在低温环境中生长良好,当菌种能在低温下稳定生长即驯化结束;该菌种的低温驯化培养基为:葡萄糖20.0~50.0g,蛋白胨1.0~5.0g,(NH4)2SO42.0~3.0g,CaCO31.0~5.0g,pH值为自然,于103kpa、121℃高压蒸气灭菌30min;
所述的能产生葡萄糖氧化酶的菌种来源于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC),菌种编号:1.3319或1.7760或1.3118;
(2)按常规方法将步骤(1)中低温驯化后的葡萄糖氧化酶产生菌在液体种子培养基中于10~16℃逐级扩大培养,制备成液体一级种子和二级种子;所述的液体种子培养基为:蛋白胨7.0~12.0g,牛肉膏2.0~7.0g,NaCl 8.0~11.0g,pH值为自然,于103kpa、121℃高压蒸气灭菌30min;
(3)将液体二级种子按发酵液体积3~9%的接种量接入液体产酶培养基中,在10~16℃培养72~144h时,即微生物发酵生产低温葡萄糖氧化酶结束;所述的液体产酶培养基为:葡萄糖75.0~85.0g,蛋白胨1.0~5.0g,KH2PO41.4~2.0g,MgSO4·7H2O 0.7~0.8g,KCl 0.2~0.6g,pH值为5.6,于103kpa、121℃高压蒸气灭菌30min;
(4)将(3)的发酵液在4,000~8,000rpm离心收集液体,收集到的上清液即为粗酶液;
(5)根据不同需要和使用对象不同,还可以将(4)得到的粗酶液进一步浓缩、分离纯化,制备成不同活性、纯度和剂型的低温葡萄糖氧化酶制剂。
2.根据权利要求1所述的微生物发酵生产低温葡萄糖氧化酶的方法,其特征在于,步骤(1)中产生葡萄糖氧化酶菌种的活化培养基为:蛋白胨10.0g,酵母膏5.0g,NaCl 10.0g,琼脂20.0g,蒸馏水1.0L,pH值为自然,于103kpa、121℃高压蒸气灭菌30min。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150520 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |