调控深层发酵条件提高果胶酶产率的研究

调控深层发酵条件提高果胶酶产率的研究
邵建宁, 佘秋生, 刘海森
(甘肃省科学院生物研究所, 甘肃兰州730000)
摘要:对利用高产果胶酶突变株G 5512 在500 L 发酵罐中调控深层发酵条件提高
酶产率进行了试验研究。

结果表明: 通过分批补料对酶产率有提高, 以高酯果胶为底物
酶产率提高710% , 以低酯果胶为底物酶产率提高2315% ; 调节发酵液pH 在315～
410 之间, 以高酯果胶为底物酶产率提高917% , 以低酯果胶为底物酶产率提高
4019% ; 添加011% 吐温80 对酶产率没有影响。

关键词:果胶酶; 深层发酵; 酶活性
Q 556+ 12
中图分类号:文献标识码: A
果胶酶主要用于食品工业中的果汁加工、果酒澄清, 纺织工业中的麻类脱胶, 鉴于国内果胶酶生产均采用固体发酵法, 原材料消耗多而且劳动强度大, 不利于大规模工业化生产的现状, 研究了以炭黑曲霉[A sp rg il lu s ca rbon a riu s (B a i n ) T hom 3 1396 为出发菌株, 经亚硝基胍、Co 60 射线反复诱变获得一株适合深层发酵高产果胶酶突变株G5512 后, 为使高产菌株尽快应用于生产, 在通气瓶和5 L 发酵罐小试基础上, 进行了500 L 发酵罐中试试验, 对500 L 发酵罐发酵试验初步确定了各种发酵参数后, 通过补料、调节pH 值、添加吐温80 来提高酶产率。

1 材料与方法
111 材料
(1) 菌种炭黑曲霉突变株G 5512, 由A . C a rbon a riu s31396 诱变筛选而得。

( 2) 培养基斜面培养基, 察氏琼脂; 种子培养基, 蔗糖5% , (N H 4 ) 2 SO 4 1% , M gSO 4 ·
7H 2O 0. 1% , K 2H PO 4 ·3H 2O 0. 1% , KC l 0. 05% , F e SO 4 ·7H 2O 0. 01% , pH 4. 0; 发酵培养基, 麸皮110% , 甜菜渣粉510% , N aN O 3 0. 75% , M gSO 4 ·7H 2O 011% , K 2H PO 4 ·3H 2O 011% , KC l 0. 05% , F e SO 4 ·7H 2O 0. 01% , pH 4. 0。

112 试验方法
(1) 补料从发酵罐发酵24 h 开始, 每8 h 补料5 L , 补料4 次。

补料成份: 蔗糖10% , 低酯果胶5% , 牛肉膏5% 。

( 2) 调节pH 值当发酵液pH 值低于315 时, 用6 m o lƒL N aO H 调节发酵液, 控制发酵液pH 值在315～410 之间。

(3)
(4)添加吐温80 在发酵液中按011% 量加入吐温80。

测定方法果胶酶活性测定按文献1 。

总糖、还原糖采用Som o g y i比色法测定。

pH
收稿日期: 2000- 06- 20
基金项目: 甘肃省科技攻关项目(GZ91422219)
33
第 13 卷
邵建宁等: 调控深层发酵条件提高果胶酶产率的研究
值采用精密 pH 试纸测定。

2 结果与讨论
211 分批补料
从发酵液基质浓度偏低发酵结束前培养基养份耗尽菌丝自溶, 不能最大限度发挥菌种产 酶能力及果胶酶系诱导酶 2 等方面考虑, 采用分批补料加入营养物、产酶诱导物供菌丝体提高 产酶能力。

从表 1 可以看出对照组与补料组达到产酶高峰时间无多大区别, 原因是补料量少对 发酵时间无影响。

在试验中考虑到生产成本我们使用了食用级低酯果胶, 但补料后对高、低酯 果胶的酶产率均有提高, 分别提高了 710% 、2315% , 可见补充的碳源、氮源在提高产酶能力中 也起了一定作用 (见表 1)。

表 1 补料罐与对照罐产酶效率对比
酶活高峰时间
ƒh 残余总糖
g ƒ100mL 残余还原糖
g ƒ100mL 酶活性 U ƒmL
组别 高酯果胶底物 低酯果胶底物 补料
对照
6010
6010
0134 0133
01085 01087
1 15013 1 07416 1 7211
2 1 39314
注: 以上数据为 5 罐平均值
212 调节 pH 值
虽然前期试验确定了培养基产酶最适初始 pH 值, 但在果胶酶发酵过程中, 随着菌体生长 不断吸收同化营养物质和排出代谢产物, 发酵液 pH 值下降, 根据产酶的合适 pH 通常和酶反 应最适 pH 值相近 3 , 进行调节 pH 试验。

从表 2 可见调节 pH 的发酵罐与对照罐糖耗虽相近,
但酶产率有明显提高。

在确定的培养基中将发酵液调控在适合的 pH 值下, 可进一步提高酶产 率, 通 过 调 控 pH 以 高 酯 果 胶 为 底 物 酶 产 率 提 高 917% , 以 低 酯 果 胶 为 底 物 酶 产 率 提 高
4019% 。

尽管调节的 pH 值更接近作用于高酯果胶最适 pH 值, 因为该菌株是一株产低酯果胶
酶 优于高酯果胶酶的菌株, 故对高酯果胶酶产率的提高不如对低酯果胶酶的酶产率高 ( 见 表 2)。

表 2 调节 p H 对酶产率的影响
残余总糖 残余还原糖
酶活性 U ƒmL
组别 发酵最终ƒpH
g ƒ100mL g ƒ100mL 高酯果胶底物
低酯果胶底物 1 96312 1 39314
313
310
0130 0133
01080 01087
1 17815
1 07416 调节 pH 对照
注: 以上数据为 5 罐平均值
213 添加吐温 80
吐温 80 是一种表面活性剂, 作为产酶促进
表 3 添加吐温 80 罐与对照罐产酶效率对比
3
剂, 已提高了多种酶的产量 。

通过添加 011% 的 吐温 80 进行试验, 结果见表 3。

从表 3 中可见添 加 011% 的吐温 80 对菌株产酶能力没有提高作 用。

选择能有效提高本菌株产酶能力的产酶促进 剂及其最适用量和使用方法有待进一步研究。

酶活性 U ƒmL
组别
高酯果胶底物 低酯果胶底物 1 18316 1 17815 1 92013 1 96312
吐温 80 对照
注: 添加吐温 80 为 3 罐平均值
34 甘肃科学学报2001 年第2 期
综上所述, 这项研究通过分批补料、调节pH 值, 使G 5512 菌株在深层发酵中产酶能力有所提高, 为大批量生产中确定和控制最佳发酵条件, 使果胶酶生产达到更高的发酵水平提供了依据。

参考文献:
1 2 3
刘海森, 丁雨辰, 周剑平等. 产果胶酶的菌种选育及发酵条件[J .
张树政. 酶制剂工业[M . 北京: 科学出版社, 1984. 625～654
微生物学报, 1993, 33 ( 3) : 199～203
俞俊棠, 唐孝宣. 生物工艺学( 下册) [M . 上海: 华东化工学院出版社, 1994. 257～259
STU D I ES O N THE ENHA NCE M ENT O F PECT I NA SE PR OD UCT I V I T Y BY AD J U S T I N G CO N D IT I O NS O F D EEP FER M EN TA T I O N
SHA O J i an 2n i n g, SH E Q i u 2sh e n g,L I U H a i2sen
( I n s t i tu te of B io logy , G a n su A cad e m y of S c i ences, L an z h o u 730000, C h ina )
A bstra c t: A n exp e r i m en t a l s tu d y w a s m ade to en h a n c e th e p e c t i n a s e p ro d u c t i v i ty b y ad j u s t i n g th e co n d i t i o n s o f deep fe rm en t a t i o n fo r th e h i gh 2y i e l d m u t an t s t r a i n G 5512 i n a 500 lite r tan k. T h e re s u lt s show ed th a t to feed b a tch cu ltu re can en h a n c e en z ym e p ro d u c t i v i ty b y 7. 0% w ith h i gh m e t ho x y l p ec t i n a s su b s t r a t e, an d b y23. 5% w ith l ow m e tho x y l p e c t i n a s su b s t r a t e. W h e n th e pH va l u e o f fe r m en t a t i o n li quo r is k ep t b e t w een 3. 5 an d4. 0, en z ym e p ro d u c t i v i ty can b e en h a n c ed b y9. 7% w ith h i gh m e t ho x y l p ec t i n a s su b s t r a t e, an d b y40. 9% w ith l ow m e t ho x y l p e c t i n a s su b s t r a t e. A dd i n g Tw een 80 (0. 1% ) i n t o th e fe rm en t a t i o n li quo r h a s no effec t o n en z ym e p ro d u c t i v i ty.
Key word s: p e c t i n a s e; deep fe r m en t a t i o n; en z ym e ac t i v ity
作者简介:
邵建宁, 男(19712) , 甘肃省宁县人, 1992 年毕业于西北轻工业学院食品系。

现任甘肃省科学院生物研究所工程师, 从事微生物研究工作。

佘秋生, 男(19632) , 陕西省咸阳人, 1985 年毕业于陕西师范大学生物系。

现任甘肃省科学院生物研究所助理研究员。

刘海森, 男(19392) , 甘肃省宁县人, 1965 年毕业于长春解放军兽医大学兽医系。

甘肃省科学院生物研究所副研究员。