产辅酶Q_(10)菌株选育及发酵过程优化研究

产辅酶Q_(10)菌株选育及发酵过程优化研究辅酶Q10(CoQ10)作为细胞有氧呼吸链中的一个重要递氢体,广泛应用于医
药和食品行业。

近年来,CoQ1o作为一种辅助药物,在治疗心脏衰竭方面,使用比例逐年增加,因此对CoQ1o的需求也不断增长。

对产CoQ1o微生物的开发利用也愈发重要。

本文以类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)为出发菌,研究了该菌的诱变选育、培养基优化和补料分批发酵工艺。

1.对比皂化法、超声波破碎法、反复冻融法、酸热法和酸热辅助超声法对CoQ1o提取效果的影响,确定了酸热辅助超声破胞方法的可行性。

并通过单因素实验、正交法实验确定其最佳提取工艺条件。

酸热辅助超声法提取类球红细菌中CoQ1o最优的提取条件是加入300μL的盐酸、80 ℃、400w超声处理20min。

此时,CoQ1o得率为3.738mg/g。

2.以自然筛选获得的R.spl-11为出发菌株,经过紫外-LiCl、NTG结合VK3、NaN3和PHB 复合抗性诱变,获得一株遗传性状良好的CoQ1o高产菌株,其产量为71.23mg/L,比出发菌株提高了132.17%。

通过单因素实验对R.sp3-7菌株发酵条件进行优化,得到最优条件为：32℃、初始pH为7.0、接种量8%及装液量为40mL/250mL, CoQ10产量为82.70mg/L。

3.对R.sp3-7生产CoQ1o的发酵培养基进行优化,首先通过单因素筛选确定了培养基最佳碳源、氮源和需添加的金属离子。

通过Plackett-Burman设计对培养基中的9种成分进行筛选,获得影响发酵的3个重要成分：葡萄糖、玉米浆干粉和硫酸镁,再采用Box-Behnken响应面试验对上述三种成分进行优化,获得最佳浓度：葡萄糖36.9g/L、玉米浆干粉5.3g/L、MgSO4 1
4.4g/L。

优化后CoQ1o产量达到135.20mg/L,比优化前提高了68.62%。

4.在5L发酵
罐中考察了pH、溶氧(DO)水平对CoQ1o合成的影响,结果发现CoQ1o合成的最适pH为6.8。

此时,CoQ1o产量为60.29mg/L,生物量为16.32g/L。

当发酵开始24h后,通过控制适当的通气量和搅拌速度来使溶氧维持1%。

与未改变溶氧相比,CoQ1o含量明显提高,达到82.67mg/L,提高了37.11%。

而菌体生物量最高为15.49g/L,降低了4.5%。

5.在补料分批发酵过程中,控制葡萄糖浓度为10g/L时,有利于CoQ1o合成,CoQ1o产量最高为209.4mg/L。

通过实验分析得出在维持葡萄糖浓度为10g/L 时,分别在24h、32h、48h、60h各补充100mL硫酸铵,发现菌体生产时间延长到64h,最高生物量达到27.22g/L,比不添加硫酸铵的菌体生物量提高了14.61%。

而CoQ1o产量最高为252.88mg/L,比不添加硫酸铵提高了19.37%。

因此,同时补加葡萄糖和氮源方法确实能大大提高CoQ1o合成,为进一步深入研究和工业化生产打下良好的基础。