植酸酶工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)研究

1、植酸酶發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)研究,溫州大學(xué) 楊海龍,一、酶制劑在飼料中的應(yīng)用,飼料中添加酶制劑的研究最早始于上世紀(jì)中葉，70年代，美國把微生物酶制劑添加到大麥飼料中，取得了顯著效果，并引起了普遍重視。飼料用酶目前已成為世界工業(yè)酶產(chǎn)業(yè)中增長速度最快、勢頭最強(qiáng)勁的一部分。飼料用酶制劑的作用：可緩解飼料資源短缺、人畜爭糧的局面；促進(jìn)動物的生長；提高飼料利用率，減輕環(huán)境污染，保障養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。,目前世界上生產(chǎn)用酶多達(dá)3

2、00多種，飼料用酶近20種，主要有：α-淀粉酶糖化酶蛋白酶纖維素酶木聚糖酶β-葡聚糖酶α-半乳糖苷酶β-甘露聚糖酶果膠酶植酸酶葡萄糖氧化酶黃曲霉毒素分解毒,,植酸酶(EC 3.1.3.8或者EC3.1.3.26，肌醇六磷酸鹽磷酸水解酶) 是催化植酸及植酸鹽水解為肌醇和磷酸（或磷酸鹽）的一類水解酶的統(tǒng)稱。目前已知的植酸酶包括肌醇六磷酸3-磷酸水解酶、肌醇六磷酸6-磷酸水解酶。 植酸酶是一種環(huán)保型飼料添加劑，

3、能使飼料中植物有機(jī)磷得到有效的利用，從而減少畜禽養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境中的磷污染；并可解除植酸的抗?fàn)I養(yǎng)作用，改善畜禽生長性能，提高飼料的利用率，并促進(jìn)動物對蛋白質(zhì)、氨基酸和碳水化合物的消化吸收。,二、植酸酶及其應(yīng)用,植酸酶是一種新型的食品添加劑，能夠降低食物中的植酸而改善人體對磷、鋅、鈣、鐵等礦物質(zhì)的吸收；或作為食品加工助劑，在加工時減少食品中植酸的含量，改善食品性能，提高營養(yǎng)價值。在醫(yī)藥工業(yè)中，植酸酶用于生產(chǎn)低磷酸肌醇或肌醇。 另外

4、，在酒精工業(yè)，植酸酶可促進(jìn)發(fā)酵、提高酒精產(chǎn)量、減少雜質(zhì)生成，并能顯著降低蒸餾清液和酒糟中的植酸含量；植酸酶還可作為肥料添加劑，分解轉(zhuǎn)化土壤中的植酸，以釋放出無機(jī)磷，進(jìn)而提高土壤中磷的利用率和土壤磷素的含量。,三、植酸酶發(fā)酵生產(chǎn),1、菌種自然界中產(chǎn)植酸酶的微生物種類繁多，細(xì)菌、酵母、霉菌都分泌一定量的植酸酶。如Aspergullus niger、Escherichia coli，Klebsiella sp.，Schwanniomyces

5、 castellii，Saccharomyces cerevisiae，Arxula adeninivorans，Cladosporium sp，Aspergillus ficuum，A. terreus，Penicillium simplicissimum等。植酸酶在天然材料中含量較低，生產(chǎn)成本高?；蚬こ碳夹g(shù)的發(fā)展，為解決這一問題提供了有效途徑。,2、植酸酶的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)固體發(fā)酵法是以麩皮、玉米淀粉、黃豆餅粉等農(nóng)副產(chǎn)品或加工廢棄

6、物，如稻草、米糠、榨油后的油餅（如椰子油餅、芝麻油餅、棕櫚油餅、花生油餅）等為主要原料，微生物是在有足夠濕度的固態(tài)底物上進(jìn)行反應(yīng)，發(fā)酵環(huán)境接近于自然狀態(tài)下的微生物生長習(xí)性，產(chǎn)生的酶系更全，可直接加工成飼料用酶。固體培養(yǎng)設(shè)備比較簡單、成本低、產(chǎn)生的廢棄物少、易于推廣，但放大比較困難、培養(yǎng)參數(shù)控制較復(fù)雜、容易污染雜菌，而且生產(chǎn)的植酸酶分離純化較復(fù)雜。,3、植酸酶的液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)液態(tài)發(fā)酵的培養(yǎng)條件容易控制，不易污染雜菌，生產(chǎn)效率高。目前植酸

7、酶的工業(yè)化生產(chǎn)主要采用液態(tài)發(fā)酵工藝。,目前主要是以基因工程手段得到植酸酶的高產(chǎn)菌，并與高密度發(fā)酵工藝相結(jié)合，實現(xiàn)植酸酶的高效生產(chǎn)。國內(nèi)外用于表達(dá)植酸酶基因的宿主細(xì)胞主要是畢赤酵母（Pichia pastoris）。發(fā)酵工藝包括：種子培養(yǎng)→接入發(fā)酵罐細(xì)胞培養(yǎng)→流加碳源實現(xiàn)細(xì)胞的高密度培養(yǎng)→外源植酸酶基因的誘導(dǎo)表達(dá)等階段。,研究的工藝參數(shù)：培養(yǎng)基培養(yǎng)條件高密度發(fā)酵工藝（補(bǔ)料工藝、誘導(dǎo)工藝等）制劑技術(shù)液態(tài)酶的穩(wěn)定條件,目前植酸酶主

8、要用于飼料行業(yè)，發(fā)酵后的酶液經(jīng)菌體去除、濃縮（生產(chǎn)低酶活產(chǎn)品不需濃縮）、與載體混合、干燥等工序得到成品，產(chǎn)品中含有部分菌體、發(fā)酵培養(yǎng)基及其它雜質(zhì)，應(yīng)用分離技術(shù)生產(chǎn)理化、微生物指標(biāo)要求更高的植酸酶產(chǎn)品，使之在食品與醫(yī)藥工業(yè)得到應(yīng)用。通過高效基因工程菌構(gòu)建、發(fā)酵工藝優(yōu)化等技術(shù)手段，降低植酸酶的生產(chǎn)成本、提高植酸酶的生產(chǎn)效率，并生產(chǎn)不同條件下作用的植酸酶品種，應(yīng)用于生物肥料等新領(lǐng)域。探索耐熱植酸酶基因工程菌構(gòu)建，或通過制劑技術(shù)提高植酸酶的

9、耐熱性以提高其使用效率與范圍。工程菌的安全性評估。,四、植酸酶研究展望,經(jīng)160h發(fā)酵（30-90h混合誘導(dǎo)，90-160甲醇誘導(dǎo)）酶活平均為28537U/mL。,經(jīng)160h發(fā)酵（30-90h混合誘導(dǎo)，90-160甲醇誘導(dǎo)）酶活平均為28214U/mL。與進(jìn)口甲醇相比差別<1%。,四、不同甲醇補(bǔ)料速度試驗,與恒速流加相比，逐漸增加誘導(dǎo)表達(dá)階段甲醇的補(bǔ)加速度，可適當(dāng)減少菌體的生產(chǎn)量，有利于后期的攪拌與通氣。,五、植酸酶的低鹽發(fā)酵試

10、驗,原發(fā)酵培養(yǎng)基中的KH2PO4 從0.5%減至0.4%（圖A）、K2SO4 從1%減至0.8%（圖B），結(jié)果表明酶活無顯著差異。,原發(fā)酵培養(yǎng)基中的MgSO4從1.5%減至1.2%（圖C）、NH4H2PO4 從4%減至3%（圖D），結(jié)果表明酶活無顯著差異。,原發(fā)酵培養(yǎng)基中的主要鹽類全部減少15%（低鹽1）和30%（低鹽2），結(jié)果表明減少30%對菌體生物量和酶活都有顯著的影響。生產(chǎn)中可對原發(fā)酵培養(yǎng)基中的主要鹽類減少15%。,謝謝！歡迎光