畢赤酵母重組菌GS115—Ch—Glu發酵培養基設計及發酵條件優化

摘要：以畢赤酵母重組菌（Pichia pastoris）GS115-Ch-Glu為研究對象，進行了亞麻子發酵脫毒工藝的研究，并對重組菌的發酵培養條件進行優化。結果表明，畢赤酵母重組菌GS115-Ch-Glu發酵擴大培養的培養基最佳碳源為2.5%玉米淀粉，最佳氮源為5.0%黃豆粕。優化后的基礎發酵培養基發酵條件為溫度28 ℃、轉速250 r/min、發酵時間33 h、初始pH 6.5、接菌量1.5%、裝液量50 mL/250 mL。在此最佳發酵條件下，菌體產量為9.0×1010 個/mL。

關鍵詞：畢赤酵母（Pichia pastoris）；發酵條件；優化

中圖分類號：Q815 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）05-1155-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.05.032

Abstract： Pichia pastoris GS115-Ch-Glu as a sort of useful recombinant yeast was used to detoxify in linseed. Its fermentation conditions were optimized. The results showed that the optimal carbon and nitrogen source were 2.5% corn starch and 5.0% soybean meal. The optimal fermentation conditions in basal medium were the temperature of 28 ℃， the speed of 250 r/min， the incubation time of 33 hours， the initial pH value of 6.5， the inoculation rate of 1.5% and the liquid volume of 50 mL/250 mL. Under these conditions， the fermentation yield of the cell production was per milliliter of 9.0×1010 strains.

Key words： Pichia pastoris；fermentation condition；optimization

亞麻子含多功能活性物質，其營養價值極高且具有多種臨床應用價值。因此，亞麻子成為功能食品領域的研究熱點，冷榨亞麻子油含有豐富的α-亞麻酸，是補充亞麻酸的最有效方法，因此亞麻子是一種潛在的優良油脂原材料。但亞麻子中所含的生氰糖苷存在很大毒性，大大降低了亞麻子在糧油加工業的使用范圍和利用價值。目前，亞麻子的脫毒方法主要是通過物理和化學的處理方法，但這些方法存在脫毒率較低、成本較高、難以實現產業化、溶劑殘留安全風險等問題，并且會影響亞麻子中的營養成分，降低了營養價值[1]。

微生物法脫毒因其作用條件溫和、脫毒成本低、安全等優點[2]越來越受到生物研究領域的關注，但微生物自身代謝和繁殖產生的酶活力低，脫毒效果較差，脫除率最高為77%[3，4]。為此，中山大學海洋學院成功構建了分泌融合表達氰化物水合酶和β-葡萄糖苷酶的基因工程菌——畢赤酵母重組菌（Pichia pastoris）GS115-Ch-Glu，該工程菌株具有強氰根吸收能力和高效生氰糖苷降解能力，可使生氰糖苷中的CN-高效解離成HCN，又能將游離的HCN作為惟一碳氮源[5]。本研究利用已經構建好的畢赤酵母重組菌GS115-Ch-Glu菌種進行發酵培養基的設計，并對其發酵條件進行優化，以期發酵產量達到工業化生產水平的要求。

1 材料與方法

1.1 材料

供試菌株：畢赤酵母重組菌GS115-Ch-Glu菌種，由中山大學海洋學院王江海實驗室構建并保存。

培養基成分：碳源包括葡萄糖、乳糖、玉米淀粉、甘油；氮源包括蛋白胨、酵母浸膏、黃豆粕、棉子粉。

種子培養基：2%胰蛋白胨、1%酵母提取物、1.34%YNB（無氨基酵母氮源）、1%甘油、4×10-5%生物素，加入緩沖溶液，121 ℃滅菌20 min即得到BMGY液體培養基。

1.2 方法

1.2.1 畢赤酵母重組菌種子液的培養 取活化后的酵母菌1環，接種于150 mL液體種子BMGY培養基中， 然后進行膜過濾；放入搖床，在30 ℃，250 r/min的轉速下培養24 h備用。

1.2.2 碳源的確定 分別以葡萄糖、乳糖、玉米淀粉、甘油為碳源，保持其他培養基成分不變進行培養選擇出最佳碳源。然后將最佳碳源按照2.0%、2.5%、3.0% 3種不同比例進行培養基配制確定最佳使用比例。在培養過程中（0～48 h）每隔3 h取樣測定OD值（為保證數據的準確，進行1 000 r/min離心，下同），繪制曲線。在曲線出現最高峰時，測定畢赤酵母重組菌的產量進行比較，選擇出最適碳源及最佳比例。

1.2.3 氮源的確定 固定碳源為2.5%玉米淀粉，分別以蛋白胨、酵母浸膏、黃豆粕、棉子粉為氮源，保持其他培養基成分不變進行培養，選擇出最佳氮源。然后將最佳氮源按照3.0%、5.0%、7.0% 3種不同比例進行培養基配制確定最佳比例。確定方法同“1.2.2”。

1.2.4 發酵條件的優化

1）初始pH。采用確定好的基礎培養基，在溫度28 ℃、轉速250 r/min、發酵時間33 h、接菌量1.5%、裝液量50 mL/250 mL的條件下，分別測試不同初始pH（5.5、6.0、6.5、7.0、7.5）對發酵產菌量的影響，確定最佳初始pH。

2）發酵時間。采用確定好的基礎培養基，在溫度28 ℃、轉速250 r/min、初始pH 6.5、接菌量1.5%、裝液量50 mL/250 mL的條件下測試不同發酵時間（27、30、33、36、39、42 h）對發酵產菌量的影響，確定最佳發酵時間。

3）發酵溫度。采用確定好的基礎培養基，在轉速250 r/mim、發酵時間33 h、初始pH 6.5、接菌量1.5%、裝液量50 mL/250 mL的條件下，測試不同發酵溫度（25、28、31 ℃）對發酵產菌量的影響，確定最佳發酵溫度。

4）轉速。采用確定好的基礎培養基，在溫度28 ℃發酵33 h、初始pH 6.5、接菌量1.5%、裝液量50 mL/250 mL的條件下，測試不同轉速（150、200、250、300、350 r/min）對發酵產菌量的影響，確定最佳轉速。

5）接菌量。采用確定好的基礎培養基，在溫度28 ℃、轉速250 r/min、發酵時間33 h、初始pH 6.5、裝液量50 mL/250 mL的條件下測試不同接菌量（1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%）對發酵產菌量的影響，確定最佳接菌量。

6）裝液量。采用確定好的基礎培養基，在溫度28 ℃、轉速250 r/min、發酵時間33 h、初始pH 6.5、接菌量1.5%的條件下，測試不同裝液量（25、50、75、100 mL/250 mL）對發酵產菌量的影響，確定最佳裝液量。

2 結果與分析

2.1 不同碳源對畢赤酵母重組菌發酵產菌量的影響

由圖1可知，培養33 h時，培養基添加碳源玉米淀粉的OD值達到峰值，添加碳源甘油其OD值在培養39 h時達到峰值，添加乳糖和葡萄糖作為碳源時，二者OD值變化不明顯。基于酵母菌培養時間長的特點，為了利于大規模生產，選擇發酵時間不超過48 h的培養基，因此確定玉米淀粉為重組菌GS115-Ch-Glu的最佳碳源。

由圖2可知，以玉米淀粉作為培養基最佳碳源，當玉米淀粉的比例為2.5%，培養時間為33 h時，培養基OD值達到峰值，而添加3.0%和2.0%的玉米淀粉其OD值分別在36 h和39 h達到最大值，之后OD值都呈下降趨勢。因此，確定玉米淀粉為重組菌GS115-Ch-Glu的最佳碳源，且比例為2.5%。

2.2 不同氮源對畢赤酵母重組菌發酵產菌量的影響

由圖3可知，培養33 h時，培養基添加氮源黃豆粕的OD值達到峰值18.6，且之后OD值的變化比較小；添加棉子粉在培養33 h時OD達到峰值6.9；添加酵母浸膏和蛋白胨作為氮源時，OD值在培養39 h分別能達到16.8和16.2，但是耗時比較長，所以確定黃豆粕為重組菌GS115-Ch-Glu的最佳氮源。黃豆粕作為氮源不僅有較高的產菌量，同時還能維持高效產菌一段時間，且廉價，因此黃豆粕還可以考慮作為長效氮源而利用到大規模生產中。

由圖4可知，以黃豆粕作為培養最佳氮源，黃豆粕的比例為5.0%，培養時間為33 h時，培養基OD值達到峰值18.9，之后OD值的變化比較小，這與前期試驗結果一致。而添加7.0%和3.0%黃豆粕其OD值均在培養39 h達到最大值，之后其OD值呈下降趨勢，因此確定黃豆粕為重組菌GS115-Ch-Glu的最佳氮源，且比例為5.0%。

2.3 發酵條件的優化

2.3.1 最佳發酵初始pH確定 由圖5可見，培養基初始pH為5.5、7.5時，畢赤酵母重組菌發酵產菌量差別不大；初始pH為6.0、7.0時，發酵產菌量差別也不大；當培養基初始pH為6.5時，畢赤酵母重組菌發酵產菌量達到最高峰，為4.8×1010 個/mL，因此確定重組菌GS115-Ch-Glu的最佳發酵初始pH為6.5。

2.3.2 最佳發酵時間確定 由圖6可見，當培養到33 h時，培養液中畢赤酵母重組菌產菌量達到最高值，為5.4×1010 個/mL，之后隨著發酵時間的延長，發酵產菌量趨于穩定。因此，確定重組菌GS115-Ch-Glu的最佳發酵時間為33 h。

2.3.3 最佳發酵溫度確定 從圖7可以看出，當發酵溫度在28 ℃時，培養液中畢赤酵母重組菌產菌量達到最高值，為6.8×1010 個/mL，隨著發酵溫度繼續升高，產菌量呈下降趨勢。因此，確定重組菌GS115-Ch-Glu的最佳發酵溫度為28 ℃。

2.3.4 最佳轉速確定 從圖8可以看出，當培養過程中轉速為250 r/min時，培養液中畢赤酵母重組菌產菌量達到最高值，為8.1×1010 個/mL，轉速太大或太小都不利于該菌體的生長繁殖。因此，選擇轉速為250 r/min進行菌體培養。

2.3.5 最佳接菌量確定 由圖9可見，當接菌量為1.5%時，畢赤酵母重組菌發酵產菌量達到最高峰，為8.6×1010 個/mL，之后發酵產菌量隨接菌量的增加而降低，確定1.5%的接菌量為最佳接菌量。

2.3.6 最佳裝液量確定 從圖10可以看出，當裝液量為50 mL/250 mL時，培養基發酵產菌量達到峰值，為9.0×1010 個/mL，隨后產菌量隨裝液量的增加而降低。因此，確定重組菌GS115-Ch-Glu的最佳裝液量為50 mL/250 mL。

3 小結

畢赤酵母重組菌GS115-Ch-Glu進行發酵擴大培養的培養基成分為2.5%的玉米淀粉作為碳源、5%的黃豆粕作為氮源，其優化了的基礎發酵培養基的發酵條件為溫度28 ℃、轉速250 r/min、發酵時間33 h、初始pH 6.5、接菌量1.5%、裝液量50 mL/250 mL。在此最佳發酵條件下，測得培養基OD值達到35，比其他報道[6，7]的數據增長了5左右，菌體產量為9.0×1010 個/mL，為亞麻子作為食用油脂優質的原材料創造了條件。本研究中的碳源和氮源都是相對廉價的原材料，特別是黃豆粕還可以考慮作為長效氮源使用，這樣更好地滿足了工業規模化生產的要求。

參考文獻：

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