酿酒酵母S_cerevisiae高密度培养条件优化研究
- 格式:pdf
- 大小:226.64 KB
- 文档页数:5
龙源期刊网
耐高温酿酒酵母木薯乙醇发酵条件的优化
作者:刘晓红宋瑶周梦舟缪礼鸿
来源:《湖北农业科学》2012年第08期
摘要:通过单因素试验和正交试验,对耐高温酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)XG-1的木薯乙醇发酵的主要影响因素进行了研究。
结果表明,在40 ℃高温培养条件下,XG-1对乙醇更加敏感,影响其木薯乙醇发酵,而影响木薯乙醇发酵各因素的主次顺序为发酵温度>接种量=发酵时间。
木薯乙醇发酵最佳工艺条件为发酵液中木薯淀粉含量200 g/L,氮素[(NH4)2SO4]添加量8g/L,XG-1接种量约1.0×107CFU/mL,发酵温度33℃,发酵时间72h,发酵结束时发酵液中乙醇体积分数为13.1%,淀粉利用率为92.0%。
关键词:耐高温酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae);木薯;乙醇发酵;影响因素
中图分类号:S533;TS261.4+3文献标识码:A文章编号:0439-8114(2012)08-1654-04。
高效氨氮降解菌酿酒酵母培养条件初步研究王震;陈薇;刘标;肖翰;贺月林【摘要】[目的]为了提高酿酒酵母降解氨氮能力,对高效氨氮降解菌酿酒酵母培养条件进行初步研究.[方法]采用单因素试验考察不同碳源、氮源、无机盐和生长因子对JM14生长的影响;并在此基础上,采用正交试验设计对酿酒酵母的发酵培养基进行优化.[结果]蔗糖、硫酸铵、氯化钙和生物素有利于酿酒酵母的生长,碳源对JM14的生长影响最明显.优化后的发酵培养基配方为:蔗糖20 g/L,硫酸铵10 g/L,氯化钙6 g/L,生物素0.1 g/L,NaCl 0.1g/L,MgSO40.5 g/L;在此最佳配方条件下,酵母菌数可达到7.40×108 CFU/ml.[结论]该方法对酿酒酵母的发酵培养基进行了优化,为酿酒酵母的工业化生产应用提供了理论依据.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2013(000)029【总页数】3页(P11615-11616,11669)【关键词】酿酒酵母;培养条件;优化【作者】王震;陈薇;刘标;肖翰;贺月林【作者单位】湖南省微生物研究院,湖南长沙410009;湖南省微生物研究院,湖南长沙410009;湖南省微生物研究院,湖南长沙410009;湖南省微生物研究院,湖南长沙410009;湖南省微生物研究院,湖南长沙410009【正文语种】中文【中图分类】S182降低水体氨氮浓度是集约化淡水养殖业面临的大难题。
养殖水体中高浓度的氨氮不仅直接危害养殖生物,还会导致养殖生物病害频繁发生,品质下降[1-2]。
微生态制剂是从天然环境中筛选出来的微生物经培养、繁殖后制成的含有大量有益菌的活性菌制剂,是近年来发展起来的新型养殖水体净化剂[3-4]。
研究结果表明,合理使用微生态制剂,利用生物控制方法,既能起到水质净化作用[5],又能增强鱼类的抗病能力,促进鱼类生长[6-7]。
显然,生物控制养殖水体水质是一种很有前景的健康养殖水质调控方法。
酵母工程菌细胞高密度发酵的研究进展用分子生物学技术将编码外源蛋白或多肽的基因引入酵母菌,构建重组酵母工程菌表达抗原或细胞因子等,用于制备相应的生物制品,是研究开发新生物制品的重要趋势之一。
20世纪80年代,默克和史克公司用重组酿酒酵母菌(Saccharomyces cere -visiae )表达的乙型肝炎表面抗原(HBsAg )制备乙型肝炎疫苗,是最早用重组酵母制备生物制品的成功范例。
现已用重组酵母工程菌制备乙型肝炎疫苗、HPV 疫苗、人血清白蛋白(HSA )和细胞因子;近年来,用重组酵母工程菌,特别是甲醇营养型酵母工程菌高效表达外源蛋白或多肽已成为相关研究的热点之一。
用甲醇营养型酵母,主要是汉逊酵母(Hanse-nula polymorpha )和毕赤酵母(Pichia postoris )已实现了HBsAg 、HPV -VLP 、戊型肝炎病毒(HEV )ORF2、sHSA 、水蛭素及多种细胞因子等的高表达。
由于装备技术与成本的限制及生物制品生产中对制品批次质量控制要求的综合考虑等,用于酵母工程菌培养的生产发酵罐容积一般小于1000L (葛兰素维康制备乙型肝炎疫苗的发酵罐容积为1500L )。
在保持外源蛋白或多肽表达水平不降低的前提下,在容积有限的发酵罐中实现酵母工程菌的高密度发酵,是维持制品生产规模和控制成本的重要技术途径。
影响酵母细胞高密度发酵的主要因素有工程菌本身的生物学特性和发酵工艺特点、培养基种类与配方、发酵罐的结构和性能、发酵过程各项重要工艺参数或变量的控制等。
重要工艺参数或变量包括溶氧、pH 值、温度、培养基营养成分补料、压力、搅拌转速、通气流量、CO 2、有害代谢产物积累和发酵液流变学性质等。
培养基中甲醇含量、其消耗与补充流量的控制,是影响甲醇营养型酵母工程菌培养后期去阻遏和表达外源蛋白或多肽的表达效率的关键因素。
在确保工程菌表达产率不变和表达产物性质稳定的前提下,将众多因素及其相互影响整合优化为一项发酵工艺,实现酵母工程菌细胞的高密度发酵,是一项复杂的、综合性很强的研发工作;在实现酵母工程菌高密度发酵的同时,提高表达产物的产率和活性则更具挑战性,国内外学者及企业为实现上述目标进行了大量研究。
谷胱甘肽高产菌株的选育及其培养条件的研究贾建萍(浙江工业大学生物与环境工程学院杭州310014)摘要:以编号为ZG346的酿酒酵母为出发菌株,通过紫外线和60Coγ射线诱变处理,运用推理育种技术,选育到一株抗氯化锌和乙硫氨酸的突变株0.5Eth400-5。
该菌株经摇瓶发酵谷胱甘肽产量为166.0mg/l,较出发株提高350.0%,每克干细胞含谷胱甘肽19.8mg,较出发株提高318.6%。
菌株经10次传代培养,谷胱甘肽产量下降10.7%,是一株性状较稳定可深入开发研究的优良菌株。
在此基础上应用Plackett-Burman实验设计和响应面分析方法对菌体积累谷胱甘肽的培养条件进行了系统研究和优化,得到了1组优化的培养基。
采用此优化培养基,谷胱甘肽产量达235.7mg/l,比优化前提高45.4%。
在优化的培养条件下进行5L发酵罐试验,谷胱甘肽产量达638.9mg/l。
关键词:谷胱甘肽,酿酒酵母,菌种选育,优化BREEDING OF A GLUTATHIONE OVERPRODUCING STRAINAND ITS CULTURE CONDITIONSJia Jian-Ping(College of Biology and Environment Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014)Abstract: A zinc chloride- and ethionine- resistant mutant 0.5Eth400-5 was obtained from its parent strain Saccharomyces cerevisiae ZG346 by UV and 60Coγ-ray treatment and rational screening. The glutathione productivity of the mutant reached 166.0mg/l by flask culture, which was 350.0% higher than that of the parent strain, and the glutathione content in the dried cells reached 19.8mg/g, which was 318.6% higher than that of the parent strain. A descend of only 10.7% in the glutathione yield of the mutant was observed after ten times of subculture. Therefore, the obtained mutant is a relatively stable strain that is worthy to be studied further. Systematic studies were carried out on the optimization of compositions of medium for accumulating the largest amount of glutathione in the strain. This optimizing medium was formulated vas Plackett-Burman design and response surface analysis (RSA). The glutathione yield was 235.7mg/l under the optimum condition,which was 45.4% higher than that of non-optimized medium. The glutathione yield was 638.9mg/l under the optimum condition by 5L fermenter culture.Key words:Glutathione, Saccharomyces cerevisiae , Strain breeding, Optimization谷胱甘肽(Glutathione,简称GSH)是一种由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸缩合而成的活性三肽。
一、实验目的1. 了解啤酒酵母的基本生物学特性。
2. 掌握啤酒酵母的培养和繁殖方法。
3. 学习啤酒酵母在不同条件下的发酵特性。
4. 探讨啤酒酵母在食品工业中的应用。
二、实验材料与设备材料:- 啤酒酵母- 酵母膏- 葡萄糖- 酵母提取物- 氯化钠- 磷酸二氢钾- 硫酸镁- 硫酸铜- 硫酸锌- 硫代硫酸钠- 水浴锅- 恒温培养箱- 移液器- 离心机- 烧杯- 滴定管- pH计- 电子天平三、实验方法1. 酵母活化:- 将啤酒酵母用温水溶解,并加入少量葡萄糖和酵母膏,置于37℃恒温培养箱中培养2小时。
2. 酵母繁殖:- 将活化后的酵母液用无菌水稀释,接种于含有葡萄糖和酵母膏的培养基中,置于37℃恒温培养箱中培养24小时。
3. 酵母发酵实验:- 分别在pH 4.0、5.0、6.0、7.0、8.0的条件下,将酵母液接种于葡萄糖培养基中,置于37℃恒温培养箱中培养48小时,观察发酵情况。
- 记录发酵过程中pH值的变化,并分析酵母在不同pH值下的发酵特性。
4. 酵母提取实验:- 将发酵后的酵母液离心,收集酵母细胞。
- 使用酸碱滴定法测定酵母细胞中的糖含量,计算发酵效率。
5. 酵母应用实验:- 将酵母液用于面包制作,观察面包的发酵效果和口感。
四、实验结果与分析1. 酵母活化:- 经过2小时的培养,酵母液出现明显的气泡,说明酵母已经活化。
2. 酵母繁殖:- 经过24小时的培养,酵母液的浊度明显增加,说明酵母已经繁殖。
3. 酵母发酵实验:- 在pH 5.0的条件下,酵母发酵效果最好,气泡产生最为旺盛,pH值下降明显。
- 在pH 4.0和8.0的条件下,酵母发酵效果较差,气泡产生较少,pH值变化不明显。
4. 酵母提取实验:- 通过酸碱滴定法测定,发酵后的酵母液中糖含量约为5%,说明发酵效率较高。
5. 酵母应用实验:- 使用酵母液制作的面包发酵充分,口感松软,说明酵母在面包制作中的应用效果良好。
五、实验结论1. 啤酒酵母在pH 5.0的条件下发酵效果最佳。
马克斯克鲁维酵母高密度发酵条件的优化研究
马克斯克鲁维酵母(Maxcruevi Yeast)是一种常用的发酵菌种,它在工业生产中广泛应用于酿酒、面包等食品的制作。
然而,高密度发酵条件对于提高生产效率和产品质量至关重要。
因此,本文旨在探讨如何优化马克斯克鲁维酵母的高密度发酵条件。
为了避免网络地址的干扰,本文将专注于对马克斯克鲁维酵母高密度发酵条件的研究,而不会引用任何网络链接。
同时,由于文章的要求,本文不会包含任何数学公式或计算公式。
为了确保文章内容的独一性,避免内容重复出现,我们将结构合理地组织文章。
首先,我们将从介绍马克斯克鲁维酵母的特性和应用领域开始,以便读者对该菌种有一个基本的了解。
接下来,我们将重点讨论高密度发酵条件的优化研究,包括培养基成分、培养条件、发酵过程控制等方面的内容。
在文章中,我们将避免使用依赖图像的语句,如“如图所示”等字眼,以确保文章的自然度和流畅度。
同时,我们将尽量使用准确的中文进行描述,以保证文章内容的准确无误。
我们将尽可能地刻画明确,使用丰富多样的词汇来表达,以增强文章的表达力。
通过使用人类的视角进行写作,我们将使文章更具情感,让读者仿佛是真人在叙述。
我们将确保文章内容严肃认真,避免歧义或误导的信息。
我们将尽
量避免在文章中反复提出同一个问题,以避免读者的困惑。
本文将以马克斯克鲁维酵母高密度发酵条件的优化研究为题,通过合理的结构、准确的中文描述和丰富多样的词汇,以人类的视角进行写作,使文章富有情感,并使读者感到仿佛是真人在叙述。
我们将尽力保证文章的自然度和流畅度,避免让读者感觉像机器生成。
酿酒酵母培养条件优化
潘冬梅;杨传伦;张心青;李杰;李大鹏;韩立霞;冯文娟;和富明;傅英旬;翟娇;成鲁南;李丙祥
【期刊名称】《中国饲料》
【年(卷),期】2024()6
【摘要】采用单因素试验及响应面试验对酿酒酵母培养条件进行优化。
先对酿酒
酵母菌体干质量培养的重要条件进行单因素试验,筛选培养温度、培养时间、培养
基初始pH、菌龄4个重要影响因素,根据Box-Behnken设计原理设计响应面试验。
结果表明,建立以酵母菌体干质量为响应值的多元二次回归方程,分析模型得出酿酒
酵母最优培养条件为:培养温度23.5℃、培养时间71.5 h、培养基初始pH=6.5、
菌龄12 h。
在最优培养条件下酵母菌体干质量达到(29.70±0.04)g/L,较优化前提
高了33.12%。
【总页数】5页(P9-13)
【作者】潘冬梅;杨传伦;张心青;李杰;李大鹏;韩立霞;冯文娟;和富明;傅英旬;翟娇;成鲁南;李丙祥
【作者单位】黄河三角洲京博化工研究院有限公司;山东博华高效生态农业科技有
限公司;山东京博控股集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】Q815
【相关文献】
1.高产RNA酿酒酵母培养条件及发酵培养基的优化
2.一株优选酿酒酵母增殖培养条件优化及发酵动力学模型的构建
3.酿酒酵母培养条件及发酵培养基的优化
4.酿酒酵母菌株的筛选与培养条件的优化研究
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)HD-01产胞外多糖发酵条件优化王烁;刘丽娜;李佳伟;那瑞莹;杜仁鹏;赵丹【期刊名称】《黑龙江大学自然科学学报》【年(卷),期】2022(39)4【摘要】以能够产胞外多糖(Exopolysaccharide,EPS)的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)HD-01为出发菌株,利用单因素试验优化菌株的最适产EPS发酵条件。
结果表明,最适碳源为6.00%蔗糖,最适氮源为0.20%酵母浸粉和0.20%硫酸铵,最适无机盐为0.03%Ca^(2+),装液量为140 mL/250 mL,接种量为4.00%,培养温度为30℃,初始pH为6,发酵时间为144 h。
优化后菌株的EPS产量达到(6.13±0.14)g·L^(-1),相较于优化前的(3.76±0.19)g·L^(-1)提高了1.63倍。
本研究结果为酵母菌EPS的工业化生产提供理论依据。
【总页数】8页(P455-462)【作者】王烁;刘丽娜;李佳伟;那瑞莹;杜仁鹏;赵丹【作者单位】黑龙江大学农业微生物技术教育部工程研究中心;黑龙江大学生命科学学院黑龙江省普通高等学校微生物重点实验室;广西民族大学海洋与生物技术学院广西多糖材料与改性重点实验室【正文语种】中文【中图分类】Q935【相关文献】1.西藏灵菇中两株产胞外多糖单胞酿酒酵母菌发酵性能及其发酵乳的流变学特性2.不同发酵条件对酿酒酵母产胞内胞壁多糖的影响3.酿酒酵母胞外多糖发酵工艺条件优化4.锁掷孢酵母产胞外多糖发酵条件优化5.产胞外多糖酵母菌的分离鉴定及其发酵条件优化因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
酿酒酵母高密度有氧发酵条件的研究
赵小丽;甄玉国;王兰惠;陈雪
【期刊名称】《饲料工业》
【年(卷),期】2015(0)S1
【摘要】以甜菜糖蜜为唯一碳源筛选酿酒酵母高密度有氧发酵条件,以实验室选育的酵母菌为试验用菌株,通过单因素和正交试验,优化实验室摇瓶发酵的条件,优化后的培养基为12%糖蜜,培养条件为温度30℃、初始p H值5.0、接种量4%、培养时间48 h、装液量1/5(v/v)、转速180 r/min,在此培养条件下菌体干重可达到9.63 g/l。
【总页数】5页(P50-54)
【关键词】甜菜糖蜜;酵母菌;发酵条件
【作者】赵小丽;甄玉国;王兰惠;陈雪
【作者单位】吉林农业大学吉农博瑞奶牛饲料研发中心;长春博瑞饲料集团有限公司技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】S816.6
【相关文献】
1.酿酒酵母有氧发酵培养基的研究 [J], 赵小丽;甄玉国;王兰惠;易晓菲
2.酿酒酵母S.cerevisiae高密度培养条件优化研究 [J], 王颖;何宁;李清彪;邓旭;卢英华
3.有氧条件下酿酒酵母YF1914产乙醇发酵条件优化及其产香特性 [J], 范光森;刘朋肖;吴秋华;富志磊;成柳洁;朱宇婷;朱运平;杨然;李秀婷
4.酿酒酵母L610利用菊糖生产乙醇发酵条件的研究 [J], 郭小宇;刘志成;杨帆;李宪臻
5.2007—33酿酒酵母S.cerevisiae高密度培养条件优化研究 [J],
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
一种精酿小麦啤酒常用酵母高密度培养研究李易阳,冯磊(济宁学院,山东济宁273100)引言以麦芽为首要原料,以稻米、粟米作为次要原料经过酵母发酵而制成的啤酒是一种风味丰富多变、有助于人们消化的低酒精度饮品。
到现在为止,进行着啤酒的酿造生产与销售的国家在全球有上百个,可称得上是全球上的首要酒种[1]。
经过多年持续增长的中国啤酒行业已经呈现出销量不断萎缩的低档啤酒与销量快速增涨的中高端啤酒此起彼伏的新局面。
以外来高端啤酒的身份进入中国市场的精酿啤酒,成功得到了中国年轻消费者的认可,精酿啤酒的市场占额增长十分迅速,已经达到了工业啤酒的40% [2]。
目前,我国精酿啤酒还处于起步阶段,相较于广阔的啤酒市场来说,具有巨大的可发展潜力。
小麦是我国大宗种植的主要农作物,其他谷物的种植面积和产量无法与之比拟。
蛋白质含量偏低是各品种小麦都普遍存在的问题,这个缺陷的存在使得小麦无法很好地被使用于食品行业。
但祸兮福所倚,较低的蛋白质含量却成为小麦在啤酒酿造过程中最得天独厚的优点。
目前,大麦芽还是我国啤酒厂所使用的主要原料,由于需求庞大尚需部分进口。
如果能以国内自产的小麦或小麦芽代替部分大麦芽,势必能缓解国内大麦芽供应不足的问题,还可以有效的降低啤酒生产成本,可以预见到在未来小麦啤酒一定会有一席之位[3]。
在发酵时,一定酵母溶液内的细胞数目多少与发酵的目的产物的多少呈现出正相关的关系,所以在发酵时的首要目标便是研究如何在一定酵母溶液内最大提高其中的细胞数量[4]。
事实上,高密度培养只是一个相对的概念,干细胞重/升(DCW)/L是被用来描述高密度培养的单位[5]。
在范义上,高密度培养就是通过培养使在一定菌液内的细胞数目增多,从而使其菌液浓度接近理论最大值。
通过用提升在一定酵母菌溶液内酵母菌数目的方法,来获得更多的酿酒酵母。
本试验通过平板划线法分离出单菌落用进行酵母菌扩培,探究培养基的摇瓶转速、pH及麦汁浓度等不同的变量对酵母繁殖的影响,再对扩培后的酵母菌数目进行检测,得到最佳的酵母菌扩培方案,为精酿啤酒酿造提供了更多的菌种来源选择。
乳酸菌和酵母菌混合培养条件优化研究摘要:对乳酸链球菌和酿酒酵母菌进行混合培养发酵,通过讨论溶氧、温度、pH值、接种量、接种比例和培养基对其发酵结束时活菌数的影响,确定两种菌在前期28℃摇床150r/min 培养24h,后期37℃静置24 h,初始pH为7.5,接种量为0.5%,接种比例乳酸菌∶酵母菌为1% ∶0.5%,培养基为YEPD时,两者的活菌数水平达到最高值,乳酸菌达5.0×108CFU/mL,酵母菌达1.0×108CFU/mL。
关键词:混合培养; 酵母菌; 乳酸菌Study on Optimization of Mixed Culture Conditions for Lactic Acid Bacteria and YeastAbstract: Lactococcus lactis and Saccharomyces cerevisiae were cultivated and fermented together,and the impacts of dissolvedoxygen,temperature,pH value,inoculum size,inoculation proportion,and culture medium on the number of viable count at theend of their fermentation were investigated.The optimized mixed culture conditions for these two bacteria were obtained as follows:culture for 24 hours in shaker at 150 r / min at 28 ℃in earlier period,stewing for 24 hours at 37 ℃ in later period,the initial pHvalue was 7. 5,the inoculum size was 0. 5% ,the inoculation ratio of lactic acid bacteria to yeast was 1% ∶ 0. 5% ,and the culturemedium was YEPD. Under these conditions,the number of viable count of lactic acid bacteria and yeast reached the highest value,being 5. 0 × 108and 1. 0 × 108CFU / mL respectively.Key words: Mixed culture; Yeast; Lactic acid bacteria乳酸菌和酵母菌对人类来说,是非常有益的微生物菌种,人类在很早的时候就从大自然的变化中学到了利用酵母菌进行酿酒、发面、制曲等工艺,利用乳酸菌制作风味乳制品等。
第36卷第1期食品科学技术学报Vol. 36 No.12018 年1月Journal of Food Science and Technology Jan. 2018 45 doi:10. 3969/j. issn. 2095-6002. 2018.01.006 文章编号:2095鄄6002(2018)01鄄0045-08引用格式:蒋艾廷,李新玲,姜淑娟,等.一株优选酿酒酵母增殖培养条件优化及发酵动力学模型的构建[J].食品科学技术学报,2018,36(1):45-52.JIANG Aiting,LI Xinling,JIANG Shujuan,et al. Optimizing on proliferation conditions of preferred Saccharomyces cerevi-siae and construction of fermentation kinetics m o d el[J]. Journal of Food Science and Technology,2018,36(1) :45 -52.一株优选酿酒酵母增殖培养条件优化及发酵动力学模型的构建蒋艾廷\李新玲I*,姜淑娟2,妥彦峰2,钱方2,马凤莲2,韩京津2,牟光庆2,*(1.新疆天润生物科技股份有限公司,新疆乌鲁木齐830088;2.大连工业大学食品学院,辽宁大连116034)摘要:为实现酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的高密度发酵及在奶啤生产中的应用,对一株来 源于新疆传统发酵驼乳中的酿酒酵母TR2生长所需的增殖因子与培养条件进行研究,并建立该菌 株的发酵动力学模型。
采用单因素实验对培养基中的碳源、氮源以及无机盐的种类与浓度进行筛 选,通过响应面试验与正交试验的方法分别优化该菌的培养基成分和发酵条件,采用Matlab软件 对该菌株菌体生长和葡萄糖消耗动力学模型分别进行非线性拟合。
第37卷第1期 2007年2月工业微生物IndustrialMicrobiology Vol.37No.1 Feb.2007
基金项目:厦门市科技计划资助项目(编号:3502Z20031079);
作者简介:王颖(1983~),女,硕士研究生;
3通讯作者。Tel:86-592-2183088;Fax:86-592-2184822;E2mail:ylu@xmu.edu.cn
酿酒酵母S.cerevisiae高密度培养条件优化研究王 颖, 何 宁, 李清彪, 邓 旭, 卢英华3(厦门大学化学工程与生物工程系,厦门361005)
摘 要 考察了培养基组成和培养条件对酿酒酵母Saccharomycescerevisiae发酵的影响。以TB培养基为初始培养基,通过正交实验设计优化培养基组成,确定了影响酵母细胞产量最主要的因素是葡萄糖,最适培养基组成为:酪蛋白胨15g/L,酵母粉25g/L,葡萄糖30g/L,KH
2PO42.4
g/L,K2HPO4・3H2O16.34g/L。并确定了最佳培养条件:温度30℃,转速150r/min。采用优化培养基及培养条件下进行发酵,菌液最高OD600值和细胞密度分别达15.82和2.03×10
8
/mL,比
优化前分别提高24.2%和22.0%。关键词:酿酒酵母; 培养基; 培养条件; 正交实验
近代基因技术的进步使人们可以利用微生物大量生产高价值的生物药物及其它重组蛋白。发酵产物的多少通常与细胞密度的高低关联,因此发酵过程的首要任务通常是研究如何尽可能地达到高的细胞密度,以便提高生产率、简化下游加工、减少废水排放量、降低培养容积、生产成本及设备投资,使目的产物产生良好的成本效益[1]。 优化培养基是一种提高细胞密度的有效方法。培养基分复合培养基、半合成培养基和合成培养基三种[2]。合成培养基成分和浓度已知且可以控制,常用来获得高细胞密度;复合培养基含有提取物(如蛋白胨,酵母提取物),营养物的成分和质量可能不同,故复合培养基进行发酵过程的重复性较差。然而,复合培养基和半合成培基对促进产物生成是必要的,而且在复合培养基和半合成培基中,细胞生长往往比在合成培基中快[3]。为使细胞生长达到高密度,有必要设计一种含必需成分的平衡性营养培养基,以维持细胞生长,同时避免生长的抑制。 酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)作为人类利用最早的微生物,其营养成分十分丰富,含有菌体蛋白质、多种氨基酸、维生素、脂肪、食物纤维、矿物元素、微量元素及生理活性物质等[4]。由于其具有安全、生长繁殖快、代谢周期短、容易进行大规模培养、菌体蛋白质丰富等优点,一直是基础和应用研究的主要对象,并被广泛应用于酿造、食品、医药、饲料工业等领域[5]。近年来,世界各国均在积极采用微生物发酵技术开发酵母菌市场。此外,酿酒酵母还是外源基因理想的真核生物表达系统,并与盘基网柄菌D.discoideum一起,于2000年被NIH选为标准微生物模型系统(http://www.nih.gov/sci2ence/)。
国内外对酿酒酵母菌培养的实验研究已有了较多的报道。Raj等采用合成培养基,可获得140g/L
的细胞干重[6]。Park等在内置膜过滤反应器内连续培养酿酒酵母,得到13g/(L・h)的细胞干重[7]。赵宝华等探讨了外加Ca2+、La3+对酿酒酵母生长的影响[8]。梅乐和等研究了酿酒酵母微囊化培养过程[9]。此外,也有不少研究集中在基因工程和固定化技术于酿酒酵母生产中的应用[10~12]。本文以TB培养基(一种培养大肠杆菌的简单复合培养基)为基础,考察了培养基成分和浓度,以及培养条件等对酿酒酵母发酵培养的影响,并利用正交实验对培养基进行了优化,开发出了一个适合高密度培养酿酒酵母菌的简单复合培养基。
—43—1 材料和方法1.1 菌种 酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae),由厦门大学生物系提供。1.2 主要试剂 酪蛋白胨(北京陆桥技术有限责任公司产品),酵母粉(英国OXOID公司产品),葡萄糖(上海化学试剂站分装厂产品),甘油(中国医药(集团)上海化学试剂公司产品),磷酸二氢钾(上海试剂二厂产品),磷酸氢二钾(汕头市西陇化工厂产品)。1.3 TB培养基 于800mL蒸馏水中加入酪蛋白胨12g,酵母粉24g,甘油4g;100mL蒸馏水中加入葡萄糖20g。100mL蒸馏水中加入KH2PO42.4g,K2HPO4・3H2O16.34g。 上述三部分各自溶解,121℃蒸汽灭菌20min,冷却后混合。该培养基作为种子培养基和正交实验优化设计的初始培养基。1.4 培养方法1.4.1 摇瓶种子培养 从冷冻甘油管中接种酵母细胞至装有30mLTB培养基的250mL三角瓶中培养,摇瓶转速为200r/min,温度为28℃,培养时间为30h。1.4.2 摇瓶发酵培养 将上述种子液接入50mL/250mL锥形瓶中,控制接种量使得菌液初始细胞密度为4~6×105/mL。摇床(28℃、150r/min)培养,每隔3至4h取样测定。1.4.3 发酵罐分批培养 发酵罐分批培养在美国Cole2ParmerInstru2mentCompany生产的3L发酵罐中进行。在发酵罐中装入2L优化后培养基,接入种子液,控制接种量使得菌液初始细胞密度为4~6×105/mL。温度通过循环水浴控制在30℃,pH值通过自动流加1mol/LNaOH或5%H3PO4溶液控制pH在7.5。通气速率为2L/(L・min)。搅拌转速为200r/min,当溶氧降至20%以下时,提高搅拌转速以使溶氧恢复至20%。1.5 正交实验设计 培养基中酪蛋白胨、酵母粉、甘油以及葡萄糖4个因素的浓度对酿酒酵母生长的影响可以利用正交实验进行优化。每个因素取3个水平,采用的四因素三水平正交实验见表1。在28℃,150r/min条件下培养,测定菌液的最大OD600值。表1 培养基正交实验因素及水平表水平LevelA酪蛋白胨(g/L)B酵母粉(g/L)C甘油(g/L)D
葡萄糖(g/L)
1515002102021031525420
1.6 分析方法 (1)比浊法测定菌液浓度:将培养液直接或做适当稀释后,用722型分光光度计(厦门分析仪器厂)以超纯水为参照测定菌液的吸光度OD600值。 (2)血球计数法测定细胞密度:培养液经适当稀释,吸取经过适当稀释后的菌悬液,滴至血球计数板,在显微镜下直接计数。
2 结果与讨论2.1 发酵培养基的优化实验 通过正交实验对培养基配方进行优化,实验结果及其极差分析见表2。表2 正交实验结果及其极差分析
实验号ABCD
OD
600
111111.62212227.28313338.924212310.30522314.326231210.327313211.228321312.60933215.20M117.8223.1424.5611.16
M224.9624.1922.8028.84
M329.0624.4924.4631.82
m15.947.718.193.72
m28.328.067.609.61
m29.688.168.1610.61
R3.740.440.586.89
从表2的实验结果中可看出,在9次实验中以第8号实验的OD600值最大,高达12.60,相应的水平组合A3B2C1D3是当前最好的水平搭配。 从表2的极差分析及图1中可以看出,四个因—53—
第1期王 颖,等:酿酒酵母S.cerevisiae高密度培养条件优化研究第37卷 素对酿酒酵母菌生长的影响顺序为葡萄糖>酪蛋白胨>甘油>酵母粉。由趋势图选择四个因素的最佳浓度:(1)酪蛋白胨(因素A)对酵母菌生长有较大的影响,其浓度越高,菌液的OD600值也越高,故选取最高水平15g/L。(2)酵母粉(因素B)对酵母菌生长无显著的影响,为降低成本选取最低水平,即酵母粉的加入量为15g/L。(3)甘油(因素C)对酵母菌生长有一定的影响。由因素水平表和趋势图可以看出,培养基中不添加甘油,菌液的浓度反而更高,说明甘油不是该菌株的合适碳源,而葡萄糖作为碳源已能满足该菌株的生长需求。故甘油加入量选取最低水平0g/L,即不加甘油。(4)葡萄糖(因素D)对酵母菌生长有显著的影响,葡萄糖浓度的增加使菌液的最大OD600值明显增大,这主要是由于酵母以糖类物质为能源和碳源,供生命活动所需[13],因此培养基中葡萄糖的浓度是非常关键的因素,适当增加葡萄糖浓度将非常有利细胞的生长。所以选取最高水平20g/L。图1 菌液最大OD600值与四个因素的关系 上述分析表明最佳培养基配方可能为A3B1C1D3。此组合不在上述9个实验组合中,因此需和实验得出的最优组合A3B2C1D3进行比较。在28℃,150r/min下,用A3B2C1D3和A3B1C1D3两个培养基配方培养酿酒酵母,菌液的最大OD600值分别为12.44和12.18,两者相差不大。从节约成本的角度考虑,选取培养基浓度较低的组合A3B1C1D3为较优组合。此外,因为葡萄糖是影响酵母生长的最主要因素,而由实验获得的优化条件中葡萄糖浓度是三个水平中的最高水平,为了全面了解其影响,需对更高葡萄糖浓度下发酵过程进行研究。因此通过追加实验进一步探索葡萄糖浓度更高的情况,以确定最佳培养基组成。2.2 增加葡萄糖浓度对细胞密度的影响 考察更高葡萄糖浓度下的酿酒酵母发酵过程。选取20g/L、30g/L、40g/L、50g/L四个葡萄糖浓度,其它组分浓度均采用上文确定的最佳浓度,在28℃,150r/min下培养,测定菌液的最大OD600值
及细胞密度,实验结果如图2所示。
图2 葡萄糖浓度对酵母菌生长的影响 从图2可以看出,随着葡萄糖浓度的升高,酵母菌液的OD600值和细胞密度均上升。但有实验证明当葡萄糖浓度大于50g/L时,对酵母的发酵都有抑制作用[14]。还可看出,葡萄糖加入量在30g/L以上时,菌液的OD600值和细胞密度的提高幅度已经趋于平缓。因此,选取葡萄糖的加入量为30g/L。 综合考虑培养基成本及多因素对酿酒酵母发酵的影响,得到酿酒酵母S.cerevisiae的最优培养基为:酪蛋白胨15g/L,酵母粉15g/L,葡萄糖30g/
L,KH2PO42.4g/L,K2HPO4・3H2O16.34g/L。2.3 转速对酿酒酵母生长的影响 设定摇床转速为100、150和200r/min,考察不同转速对酿酒酵母发酵过程的影响。采用优化后的培养基,在28℃下培养,于不同发酵时间取样测细胞密度,绘制菌体生长曲线,如图3所示。 由图3可看出,转速为100r/min时,酵母生长较快,发酵时间较短,可以在20h结束发酵,但菌液的最大浓度较低,细菌数较少;转速为200r/min