本發(fā)明涉及一種提高液態(tài)發(fā)酵制備低聚肽產(chǎn)量的方法,具體涉及超聲波輔助液態(tài)發(fā)酵制備低聚肽技術(shù),屬于發(fā)酵工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
大豆餅粕,是大豆榨取大豆油脂后剩下的副產(chǎn)物。我國(guó)的大豆餅粕資源非常豐富,豆粕年產(chǎn)量可達(dá)5000萬噸以上。豆粕中含有多種氨基酸,種類較平衡,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高,目前大約85%的豆粕被用于動(dòng)物飼養(yǎng)。但是由于豆粕中含有胰蛋白酶抑制劑等抗?fàn)I養(yǎng)因子,不利于動(dòng)物消化吸收,這些問題都限制了豆粕的高值化利用。
目前,研究學(xué)者常用發(fā)酵法來提高豆粕的價(jià)值。該方法通過微生物發(fā)酵原料,利用微生物產(chǎn)生的豐富的酶系進(jìn)行脫苦、脫毒和去抗?fàn)I養(yǎng)因子處理,極大地簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。其中液態(tài)發(fā)酵法周期短,產(chǎn)率高,有利于工業(yè)化生產(chǎn),但是成本較高,研究提高發(fā)酵生產(chǎn)效率是目前的研究熱點(diǎn)之一。近年來,采用超聲輔助發(fā)酵法來提高液態(tài)發(fā)酵的次級(jí)代謝產(chǎn)物生產(chǎn)效率,取得了顯著成果。目前研究最多的是發(fā)散式超聲處理,陳小林研究結(jié)果表明,在最佳發(fā)散式超聲條件下,發(fā)酵液中的monacolink濃度比對(duì)照提高了96.4%,紅色色素色價(jià)提高了22%(陳小林.紅曲菌液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)monacolink和紅曲色素之研究[d].浙江工業(yè)大學(xué),2007.)。
在細(xì)胞對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期間,細(xì)胞分泌產(chǎn)生大量的蛋白酶,并酶解豆粕產(chǎn)生大量的多肽和氨基酸,同時(shí)微生物也能將酶解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)蛋白。大量研究表明低強(qiáng)度的超聲能刺激此階段的微生物加速生長(zhǎng)。另外在穩(wěn)定生長(zhǎng)期間,細(xì)胞的同化作用趨于平緩,除發(fā)酵液中的蛋白酶外,還有大量蛋白酶殘留在細(xì)胞內(nèi),沒有得到有效釋放。而聚能式超聲特征在于,大功率的超聲場(chǎng)可直接作用于細(xì)胞,超聲強(qiáng)度大,細(xì)胞破碎率高。因此在發(fā)酵穩(wěn)定期后期,采用高強(qiáng)度的聚能式超聲來破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu),能有效釋放胞內(nèi)蛋白酶,使其在酶解豆粕蛋白的同時(shí)也能酶解細(xì)胞蛋白,另外聚能式超聲也有很好的傳質(zhì)效果,可起到加強(qiáng)蛋白酶酶解的作用。所以在細(xì)胞穩(wěn)定期后期采用聚能式超聲能進(jìn)一步促進(jìn)發(fā)酵生產(chǎn)低聚肽的效率,然而目前在微生物的穩(wěn)定生長(zhǎng)期的后期施加聚能式超聲處理促進(jìn)發(fā)酵液多肽生成的研究,還未見報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)存在的問題,提供一種超聲促進(jìn)液態(tài)發(fā)酵豆粕制備低聚肽的方法,具體為在豆粕發(fā)酵的不同的生長(zhǎng)期施加不同類型的超聲波,以促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)和提高低聚肽的生產(chǎn)效率。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的,其具體的技術(shù)方案如下:
s1、制備枯草芽孢桿菌發(fā)酵種子液,接種于大豆粕液態(tài)培養(yǎng)基,進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵。
s2、在發(fā)酵中施加超聲處理:
將裝有菌液的三角瓶于搖床培養(yǎng)9h進(jìn)入微生物對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期中期,然后進(jìn)行掃頻發(fā)散式超聲處理0.5~1.5h;再于36℃搖床培養(yǎng)14h左右進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期后期,再進(jìn)行逆流聚能式超聲處理0.5~1h,將培養(yǎng)基在45~55℃溫度恒溫4~6h。
其中不同階段超聲參數(shù)設(shè)置為:
掃頻發(fā)散式超聲參數(shù):功率密度60w/l、頻率24±2khz、間歇比5s∶5s。
逆流聚能式超聲參數(shù):功率500w、頻率40khz、間歇比5s∶5s、超聲處理腔體積50ml,處理液總體積500ml。
上述的菌液不限于枯草芽孢桿菌,還包括一些產(chǎn)蛋白酶的其他菌。例如地衣芽孢桿菌,曲霉菌和毛霉菌。
本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的發(fā)酵方法或者一些超聲輔助發(fā)酵法(比如1、發(fā)酵過程中不施加超聲;2、在細(xì)菌穩(wěn)定期后期施加聚能式超聲;3、在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期初期和后期分別施加掃頻超聲和聚能式超聲;4、在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期初期和穩(wěn)定期中期分別施加掃頻超聲和聚能式超聲),具有的有益效果為:一方面,發(fā)酵對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期中期細(xì)胞的生長(zhǎng)代謝旺盛,對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收強(qiáng),在此時(shí)施加低強(qiáng)度的掃頻超聲,加強(qiáng)傳質(zhì)效果,有助于細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換,促進(jìn)微生物生長(zhǎng);另一方面,發(fā)酵穩(wěn)定期后期細(xì)胞密度高,胞內(nèi)蛋白酶含量豐富,在此階段施加高強(qiáng)度聚能式超聲能夠有效破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu),釋放胞內(nèi)蛋白酶和菌蛋白,補(bǔ)充蛋白酶繼續(xù)酶解蛋白質(zhì),大幅提高發(fā)酵生產(chǎn)低聚肽效率。
附圖說明
圖1為枯草芽孢桿菌的生長(zhǎng)曲線圖。
圖2為掃頻超聲設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖:1為培養(yǎng)瓶,2為掃頻超聲換能器。
圖3為聚能式超聲設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖:1為聚能式超聲波探頭,2為超聲杯型腔,3為蠕動(dòng)泵,4為恒溫器。
具體實(shí)施方式
下面通過附圖和實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。在本發(fā)明中所使用的術(shù)語,除非有另外說明,一般具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的含義。下面結(jié)合具體的實(shí)施例,并參照數(shù)據(jù)進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明。應(yīng)理解,這些實(shí)施例只是,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明,不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定,該領(lǐng)域的技術(shù)工程師可根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
在以下的實(shí)施例中,未詳細(xì)描述的各種過程和方法是本領(lǐng)域中公知的常規(guī)方法。所用試劑的來源、商品名以及有必要列出其組成成分者,均在首次出現(xiàn)時(shí)標(biāo)明,其后所用相同試劑如無特殊說明,均與首次標(biāo)明的內(nèi)容相同。
實(shí)施例中所涉及菌種均為常規(guī)市場(chǎng)購(gòu)買所得。
對(duì)照和實(shí)施例中生物量的測(cè)定和多肽含量測(cè)定按照以下方法進(jìn)行:
(1)生物量的測(cè)定:
取發(fā)酵液稀釋不同濃度,按照gb/t13093-2006進(jìn)行tsa培養(yǎng)基涂布測(cè)定,36℃恒溫培養(yǎng),24h后計(jì)數(shù),每個(gè)濃度做3次平行。
(2)多肽含量測(cè)定:
用15%三氯乙酸等體積沉淀發(fā)酵液,離心后取上清液稀釋適當(dāng)倍數(shù),取1ml稀釋液,采用雙縮脲法測(cè)定。
對(duì)照例1:
(1)發(fā)酵種子液配制
將斜面試管保存的枯草芽孢桿菌菌種接種于100mllb培養(yǎng)基(1%胰蛋白胨、0.5%酵母粉和1%nacl,121℃滅菌25min),在36℃,200r/min搖床中培養(yǎng)20h后轉(zhuǎn)移到冰箱中備用。
(2)枯草芽孢桿菌生長(zhǎng)曲線測(cè)定
配制上述15瓶豆粕培養(yǎng)基(20%豆粕、1%kh2po4、1%胰蛋白胨、0.5%酵母粉和1%nacl,ph調(diào)為7.0,121℃滅菌25min),接10%的枯草芽孢桿菌菌種,菌液共50ml于200ml三角瓶,調(diào)節(jié)ph至7.0,于搖床200r/min,36℃培養(yǎng)。每隔2h取出一瓶培養(yǎng)液,并取出1ml菌液,加入9ml蒸餾水使細(xì)胞重新懸浮,以蒸餾水為空白,420nm下比濁。以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo),od值為縱坐標(biāo),繪制生長(zhǎng)曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如附圖1顯示,0~1.5h為遲緩期,1.5~16h為對(duì)數(shù)期,16~24h為穩(wěn)定期。
(3)枯草芽孢桿菌液體發(fā)酵
將裝有豆粕培養(yǎng)基的三角瓶中接種10%枯草芽孢桿菌種子液,放置于200r/min,36℃搖床培養(yǎng)24h。
(4)低聚肽的制備
將上述發(fā)酵好的菌液,100℃沸水浴滅酶10min,4000r/min離心5min,上清液即為低聚肽提取物,再經(jīng)活性炭脫色,通過濃縮提取,最后經(jīng)噴霧干燥即得成品??莶菅挎邨U菌生物量測(cè)定為9.2×109cfu/ml,多肽含量測(cè)定為25.4mg/ml。
對(duì)照例2:
(1)發(fā)酵種子液配制
同對(duì)照例1步驟1。
(2)枯草芽孢桿菌液體發(fā)酵
將裝有豆粕培養(yǎng)基的三角瓶中接種10%枯草芽孢桿菌種子液,放置于200r/min,36℃搖床培養(yǎng)23h進(jìn)入微生物穩(wěn)定生長(zhǎng)期后期,進(jìn)行逆流聚能式超聲處理0.5h(圖3),將培養(yǎng)基在45℃溫度恒溫4h。
逆流聚能式超聲參數(shù):功率500w、頻率40khz、間歇比5s∶5s、超聲處理腔體積50ml,處理液總體積500ml。
(3)低聚肽的制備
同對(duì)照例1步驟4。
生物量和多肽含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:枯草芽孢桿菌生物量測(cè)定為8.7×109cfu/ml,多肽含量測(cè)定為32.4mg/ml。
對(duì)照例3:
(1)發(fā)酵種子液配制
同對(duì)照例1步驟1。
(2)枯草芽孢桿菌液體發(fā)酵
將裝有豆粕培養(yǎng)基的三角瓶中接種10%枯草芽孢桿菌種子液,放置于200r/min,36℃搖床培養(yǎng)9h進(jìn)入微生物對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期中期后,將其置于掃頻超聲水槽中,且超聲水槽里的水與三角瓶中菌液液面齊平(圖2)。掃頻超聲處理1.5h后,再于搖床培養(yǎng)6h進(jìn)入對(duì)數(shù)期后期,再進(jìn)行逆流聚能式超聲處理0.5h(圖3),將培養(yǎng)基在45℃溫度恒溫4h。
掃頻發(fā)散式超聲參數(shù):功率密度60w/l、頻率24±2khz、間歇比5s∶5s。
逆流聚能式超聲參數(shù):功率500w、頻率40khz、間歇比5s∶5s、超聲處理腔體積50ml,處理液總體積500ml。
(3)低聚肽的制備
同對(duì)照例1步驟4。
生物量和多肽含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:枯草芽孢桿菌生物量測(cè)定為4.1×109cfu/ml,多肽含量測(cè)定為17.9mg/ml。
對(duì)照例4:
(1)發(fā)酵種子液配制
同對(duì)照例1步驟1。
(2)枯草芽孢桿菌液體發(fā)酵
將裝有豆粕培養(yǎng)基的三角瓶中接種10%枯草芽孢桿菌種子液,放置于200r/min,36℃搖床培養(yǎng)9h進(jìn)入微生物對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期中期后,將其置于掃頻超聲水槽中,且超聲水槽里的水與三角瓶中菌液液面齊平(圖2)。掃頻超聲處理1.5h后,再于搖床培養(yǎng)10h進(jìn)入穩(wěn)定期中期,再進(jìn)行逆流聚能式超聲處理0.5h(圖3),將培養(yǎng)基在45℃溫度恒溫4h。
掃頻發(fā)散式超聲參數(shù):功率密度60w/l、頻率24±2khz、間歇比5s∶5s。
逆流聚能式超聲參數(shù):功率500w、頻率40khz、間歇比5s∶5s、超聲處理腔體積50ml,處理液總體積500ml。
(3)低聚肽的制備
同對(duì)照例1步驟4。
生物量和多肽含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:枯草芽孢桿菌生物量測(cè)定為1.2×1010cfu/ml,多肽含量測(cè)定為29.6mg/ml。
實(shí)施例1:
(1)發(fā)酵種子液配制
同對(duì)照例1步驟1。
(2)枯草芽孢桿菌液體發(fā)酵
將裝有豆粕培養(yǎng)基的三角瓶中接種10%枯草芽孢桿菌種子液,放置于200r/min,36℃搖床培養(yǎng)9h進(jìn)入微生物對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期中期后,將其置于掃頻超聲水槽中,且超聲水槽里的水與三角瓶中菌液液面齊平(圖2)。掃頻超聲處理1.5h后,再于搖床培養(yǎng)14h進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期后期,再進(jìn)行逆流聚能式超聲處理0.5h(圖3),將培養(yǎng)基在45℃溫度恒溫4h。
掃頻發(fā)散式超聲參數(shù):功率密度60w/l、頻率24±2khz、間歇比5s∶5s。
逆流聚能式超聲參數(shù):功率500w、頻率40khz、間歇比5s∶5s、超聲處理腔體積50ml,處理液總體積500ml。
(3)低聚肽的制備
同對(duì)照例1步驟4。
生物量和多肽含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:枯草芽孢桿菌生物量測(cè)定為1.3×1010cfu/ml,多肽含量測(cè)定為36.4mg/ml。
實(shí)施例2:
(1)發(fā)酵種子液配制
同對(duì)照例1步驟1。
(2)枯草芽孢桿菌液體發(fā)酵
將裝有豆粕培養(yǎng)基的三角瓶中接種10%枯草芽孢桿菌種子液,放置于200r/min,36℃搖床培養(yǎng)9h進(jìn)入微生物對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期中期后,將其置于掃頻超聲水槽中,且超聲水槽里的水與三角瓶中菌液液面齊平(圖2)。掃頻超聲處理0.75h后,再于搖床培養(yǎng)14h進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期后期,再進(jìn)行逆流聚能式超聲處理0.75h(圖3),將培養(yǎng)基在50℃溫度恒溫4h。
掃頻發(fā)散式超聲參數(shù):功率密度60w/l、頻率24±2khz、間歇比5s∶5s。
逆流聚能式超聲參數(shù):功率500w、頻率40khz、間歇比5s∶5s、超聲處理腔體積50ml,處理液總體積500ml。
(3)低聚肽的制備
同對(duì)照例1步驟4。
生物量和多肽含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:枯草芽孢桿菌生物量測(cè)定為2.7×1010cfu/ml,多肽含量測(cè)定為55.3mg/ml。
實(shí)施例3:
(1)發(fā)酵種子液配制
同對(duì)照例1步驟1。
(2)枯草芽孢桿菌液體發(fā)酵
將裝有豆粕培養(yǎng)基的三角瓶中接種10%枯草芽孢桿菌種子液,放置于200r/min,36℃搖床培養(yǎng)9h進(jìn)入微生物對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期中期后,將其置于掃頻超聲水槽中,且超聲水槽里的水與三角瓶中菌液液面齊平(圖2)。掃頻超聲處理1h后,再于搖床培養(yǎng)14h進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期后期,再進(jìn)行逆流聚能式超聲處理1h(圖3),將培養(yǎng)基在55℃溫度恒溫4h。
掃頻發(fā)散式超聲參數(shù):功率密度60w/l、頻率24±2khz、間歇比5s∶5s。
逆流聚能式超聲參數(shù):功率500w、頻率40khz、間歇比5s∶5s、超聲處理腔體積50ml,處理液總體積500ml。
(3)低聚肽的制備
同對(duì)照例1步驟4。
生物量和多肽含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:枯草芽孢桿菌生物量測(cè)定為1.8×1010cfu/ml,多肽含量測(cè)定為45.2mg/ml。
實(shí)施例4:
(1)發(fā)酵種子液配制
同對(duì)照例1步驟1。
(2)枯草芽孢桿菌液體發(fā)酵
將裝有豆粕培養(yǎng)基的三角瓶中接種10%枯草芽孢桿菌種子液,放置于200r/min,36℃搖床培養(yǎng)9h進(jìn)入微生物對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期中期后,將其置于掃頻超聲水槽中,且超聲水槽里的水與三角瓶中菌液液面齊平(圖2)。掃頻超聲處理0.5h后,再于搖床培養(yǎng)14h進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期后期,再進(jìn)行逆流聚能式超聲處理1h(圖3),將培養(yǎng)基在55℃溫度恒溫6h。
掃頻發(fā)散式超聲參數(shù):功率密度60w/l、頻率24±2khz、間歇比5s∶5s。
逆流聚能式超聲參數(shù):功率500w、頻率40khz、間歇比5s∶5s、超聲處理腔體積50ml,處理液總體積500ml。
(3)低聚肽的制備
同對(duì)照例1步驟4。
生物量和多肽含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:枯草芽孢桿菌生物量測(cè)定為2.1×1010cfu/ml,多肽含量測(cè)定為47.6mg/ml。
實(shí)施例5:
(1)發(fā)酵種子液配制
同對(duì)照例1步驟1。
(2)枯草芽孢桿菌液體發(fā)酵
將裝有豆粕培養(yǎng)基的三角瓶中接種10%枯草芽孢桿菌種子液,放置于200r/min,36℃搖床培養(yǎng)9h進(jìn)入微生物對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期中期后,將其置于掃頻超聲水槽中,且超聲水槽里的水與三角瓶中菌液液面齊平(圖2)。掃頻超聲處理0.75h后,再于搖床培養(yǎng)14h進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期后期,再進(jìn)行逆流聚能式超聲處理1h(圖3),將培養(yǎng)基在55℃溫度恒溫6h。
掃頻發(fā)散式超聲參數(shù):功率密度60w/l、頻率24±2khz、間歇比5s∶5s。
逆流聚能式超聲參數(shù):功率500w、頻率40khz、間歇比5s∶5s、超聲處理腔體積50ml,處理液總體積500ml。
(3)低聚肽的制備
同對(duì)照例1步驟4。
生物量和多肽含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:枯草芽孢桿菌生物量測(cè)定為2.5×1010cfu/ml,多肽含量測(cè)定為48.6mg/ml。
實(shí)施例6:
(1)發(fā)酵種子液配制
同對(duì)照例1步驟1。
(2)枯草芽孢桿菌液體發(fā)酵
將裝有豆粕培養(yǎng)基的三角瓶中接種10%枯草芽孢桿菌種子液,放置于200r/min,36℃搖床培養(yǎng)9h進(jìn)入微生物對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期中期后,將其置于掃頻超聲水槽中,且超聲水槽里的水與三角瓶中菌液液面齊平(圖2)。掃頻超聲處理0.5h后,再于搖床培養(yǎng)14h進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期后期,再進(jìn)行逆流聚能式超聲處理1h(圖3),將培養(yǎng)基在55℃溫度恒溫4h。
掃頻發(fā)散式超聲參數(shù):功率密度60w/l、頻率24±2khz、間歇比5s∶5s。
逆流聚能式超聲參數(shù):功率500w、頻率40khz、間歇比5s∶5s、超聲處理腔體積50ml,處理液總體積500ml。
(3)低聚肽的制備
同對(duì)照例1步驟4。
生物量和多肽含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:枯草芽孢桿菌生物量測(cè)定為2.2×1010cfu/ml,多肽含量測(cè)定為44.9mg/ml。
由以上對(duì)照例和實(shí)施例結(jié)果可知,對(duì)照例1中進(jìn)行常規(guī)處理的液態(tài)發(fā)酵,多肽含量為25.4mg/ml;對(duì)照例2中在穩(wěn)定期后期進(jìn)行逆流式超聲處理后,多肽含量為32.4mg/ml;對(duì)照例3中在對(duì)數(shù)期中期進(jìn)行掃頻超聲處理,對(duì)數(shù)期后期進(jìn)行逆流式超聲處理后,多肽含量為17.9mg/ml;對(duì)照例4中在對(duì)數(shù)期中期進(jìn)行掃頻超聲處理,在穩(wěn)定期中期進(jìn)行逆流式超聲處理,多肽含量為29.6mg/ml;而在6個(gè)實(shí)施例中,均是在對(duì)數(shù)期中期進(jìn)行掃頻超聲處理,然后在穩(wěn)定期后期進(jìn)行逆流式超聲處理后,多肽含量明顯得到提高,最低的36.4mg/ml,比對(duì)照例中最高的含量還高出較多,測(cè)得最高的含量為55.3mg/ml,比對(duì)照例高出3倍多。