節(jié)桿菌產(chǎn)β-呋喃果糖苷酶發(fā)酵工藝研究.pdf

1、低聚乳果糖(O-β-D-galactopyranosyl-(1→2)-β-D-fructofuranoside)是一種功能性低聚糖,具有良好的生理功能和加工性能。該糖是人體內(nèi)雙歧桿菌的增殖因子,且?guī)缀醪槐簧矬w消化和吸收,具有抗齲齒、降低血脂、改善脂肪代謝、降低血液中的膽固醇和甘油三酯等一系列生理功效,而且由于該糖還是非還原性低聚糖,加工過程中不會(huì)發(fā)生美拉德反應(yīng),作為食品添加劑也有廣泛利用前景。
　　 β-呋喃果糖苷酶(β-fr

2、uctofuranosidase.EC3.1.2.26)是一種既能催化蔗糖水解為葡萄糖和果糖,又具有轉(zhuǎn)糖基功能。該酶主要來自于微生物,但是不同微生物來源的β-呋喃果糖苷酶性質(zhì)不同。利用節(jié)桿菌產(chǎn)β-呋喃果糖苷酶的水解和轉(zhuǎn)糖基的功能,以乳糖和蔗糖為底物,能高效的催化合成低聚乳果糖。在節(jié)桿菌發(fā)酵產(chǎn)β-呋喃果糖苷酶的過程中,目前主要存在發(fā)酵酶活性偏低的缺陷,導(dǎo)致其生產(chǎn)和應(yīng)用成本高,限制了該酶的廣泛應(yīng)用。本論文較系統(tǒng)研究了發(fā)酵培養(yǎng)基組成和發(fā)酵條件

3、對(duì)節(jié)桿菌Arthrobacter sp.10138液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)酶的影響,大幅度提高了發(fā)酵酶活性。同時(shí)在5 L全自動(dòng)發(fā)酵罐試驗(yàn)下,對(duì)節(jié)桿菌產(chǎn)酶的發(fā)酵工藝進(jìn)行了精確的研究,為指導(dǎo)該酶的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用以及進(jìn)一步的放大研究奠定了基礎(chǔ)。本論文的研究?jī)?nèi)容具體如下:
　　 首先采用高效液相和蒸發(fā)光散射法(HPLC-ELSD)對(duì)β-呋喃果糖苷酶催化合成低聚乳果糖的產(chǎn)物進(jìn)行定性和定量分析,并且建立了HPLC-ELSD定量測(cè)定低聚乳果糖的方法。發(fā)現(xiàn)

4、產(chǎn)物除含有低聚乳果糖外,還主要含有葡萄糖、果糖及蔗糖和乳糖。該結(jié)果與眾多文獻(xiàn)報(bào)道的相似,表明該酶既有水解能力外還有轉(zhuǎn)糖基功能。
　　 其次通過單因素篩選試驗(yàn)、均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和二次多項(xiàng)式逐步回歸分析,確定了節(jié)桿菌Arthrobacter sp.10138菌株搖瓶發(fā)酵的最佳產(chǎn)酶培養(yǎng)基組成。其最佳組成為蔗糖25 g/L,牛肉膏3.5 g/L,酵母膏2 g/L,(NH4)2HPO410 g/L,KH2PO40.7 g/L,MgSO4·7H

5、2O0.1g/L。在培養(yǎng)基起始pH7.0,培養(yǎng)溫度30℃,搖床轉(zhuǎn)速125r/min,靜置培養(yǎng)48 h。在上述最優(yōu)條件下,β-呋喃果糖苷酶的酶活能達(dá)到294.9 U/ml,比未優(yōu)化前發(fā)酵酶活有大幅度的提高。
　　 然后利用均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),運(yùn)用ANN建模和GA全局尋優(yōu)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。人工智能算法優(yōu)化的組成為:蔗糖33 g/L,牛肉膏3 g/L,酵母膏2 g/L,(NH4)2HPO44 g/L,KH2PO40.5 g/L,MgS

6、O4·7H2O0.2 g/L。人工智能算法優(yōu)化得到的最高酶活為318.5 U/ml,比均勻設(shè)計(jì)中最高組的酶活(274.6 U/ml)高出16％,比二次多項(xiàng)式回歸模型的實(shí)際值(294.9 U/ml)也高出8％。
　　 最后通過2水平部分因子重復(fù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)篩選出關(guān)鍵發(fā)酵條件后,利用5 L發(fā)酵罐培養(yǎng)放大。在利用5 L發(fā)酵罐發(fā)酵放大生產(chǎn)β-呋喃果糖苷酶時(shí),發(fā)酵罐放大與搖瓶實(shí)驗(yàn)有很大的出入,控制pH值為7.0,攪拌速度為300 r/min、