一種以木薯淀粉發(fā)酵生產ε-聚賴氨酸的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以木薯淀粉發(fā)酵生產ε -聚賴氨酸的方法，具體涉及一種以木薯淀粉代替葡萄糖作為單一碳源發(fā)酵生產ε -聚賴氨酸的新方法，屬于發(fā)酵工程領域。
【背景技術】
[0002]ε -聚賴氨酸(ε -PL)是一種微生物經有氧發(fā)酵所獲得的次級代謝線性多聚物，僅由25-35個L-賴氨酸殘基通過α -羧基和ε-氨基連接而成。它可用作食品防腐劑，具有抑菌譜廣、安全性能高、熱穩(wěn)定性好、使用方便等優(yōu)點，這使它成為目前最具商業(yè)潛力的生物防腐劑。ε -PL已于2003年10月被FDA(food and drug administrat1n)批準為安全的食品防腐劑，并在美國、日本和韓國等地被廣泛應用，而我國衛(wèi)生計生委也于2014年4月批準ε-PL可以作為食品添加劑使用。此外，ε-PL還可以用作載體材料、可降解性材料和高吸水性聚合材料等等。因此，ε -PL及其衍生物具有廣闊的應用前景和十分可觀的經濟效益。但是目前國際上只有日本窒素公司(Chisso Corporat1n)實現(xiàn)了 ε-PL工業(yè)化生產且已形成年產千噸級的規(guī)模。ε -PL在國內的研宄，大多處在實驗室或者中試開發(fā)階段，而且發(fā)酵水平和日本比還有相當大的差距。因此，通過選擇廉價的培養(yǎng)基成分來降低生產成本，對于建立我國ε-PL產業(yè)具有重要意義。
[0003]到目前為止，葡萄糖是工業(yè)化發(fā)酵生產ε-PL的唯一碳源。巖田敏治等人(CN1260004Α)使用其改造的小白鏈霉菌 Iysinopolymerus 亞種 11011Α-1 (FERM BP-1109)來轉化葡萄糖，從而大量合成ε-PL。徐虹等人(CN101509021A)將北里孢菌PL6-3進行細胞固定化，通過葡萄糖作為碳源來發(fā)酵生產ε-PL。賈士儒等人(CN101671703A)以葡萄糖作碳源，補料階段流加L-賴氨酸的新方法來生產ε-PL。而在實驗室中，徐虹等人(Xia etal.B1resource Technology 2014，164:241-247)以糖蜜為碳源，以自身菌體為氮源來發(fā)酵生產ε -PLo毛忠貴等人(CN 102352385 Α)通過兩階段pH值控制和流加發(fā)酵的方法，利用甘油作碳源來發(fā)酵生產ε -PLo
[0004]作為一種新的可再生原料，淀粉類生物質原料在發(fā)酵領域有著非常廣泛的用途，目前淀粉類原料已經成功用來發(fā)酵生產乙醇、乳酸、微生物油脂等產品。淀粉包括玉米淀粉、薯類淀粉、變性淀粉等，而其中木薯淀粉被稱為“薯類淀粉之王”，用木薯淀粉為原料來進行發(fā)酵，可見王燕飛等人(CN 101165188Α)用來發(fā)酵生產丁醇及朱篤等人(CN101974573 Α)用來發(fā)酵生產微生物油脂等，而關于利用其為原料發(fā)酵生產ε-PL的方法未見報道。
[0005]考慮到以上所述方面，我們首次設計了一種利用木薯淀粉代替葡萄糖作為發(fā)酵碳源生產ε-PL的方案。這不僅降低生產ε-PL的原料成本，也巧妙的填補了利用木薯淀粉來生產ε -PL的技術空缺，為木薯淀粉的全面開發(fā)利用提供了一種新的途徑。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的主要目的是提供一種以木薯淀粉為碳源來發(fā)酵生產ε -PL的方法，以實現(xiàn)木薯淀粉原料的充分開發(fā)利用，并降低生產成本。
[0007]本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0008](I)配料:本發(fā)明所指的發(fā)酵培養(yǎng)基由木薯淀粉、魚粉、(NH4)2SCV MgSO4.7H20、K2HPO4' KH2PO4' FeSO4.7H20、ZnSO4.7H20 組成。其具體配方為:木薯淀粉 20_100g/L、魚粉 5-30g/L、(NH4)2SO4 4-16g/L、MgSO4.7Η200.5g/L、K2HPO4 0.8g/L、KH2PO4 1.36g/L、FeSO4.7H20 0.03g/L、ZnSO4.7H200.04g/L，調節(jié) pH 至 6.5-7.2。
[0009](2)滅菌:將配制好的培養(yǎng)基在115-125°C條件下維持15_30min，然后降至30°C。
[0010](3)發(fā)酵:將經過振蕩培養(yǎng)24-44h的種子液，以10%的接種量接種于上述以木薯淀粉為碳源的發(fā)酵培養(yǎng)基中。搖瓶培養(yǎng)時，在溫度為30°C、轉速為200r/min的搖床條件下培養(yǎng)72h，收集發(fā)酵液，測定ε -PL的產量；發(fā)酵罐培養(yǎng)時，初始pH為6.5-7.2，溫度為30°C，當發(fā)酵初始pH下降至3.6-4.0時維持這一 pH，攪拌培養(yǎng)72h-192h，收集發(fā)酵液，測定ε -PL的產量。
[0011]與葡萄糖為碳源發(fā)酵生產ε-PL方法相比，本發(fā)明所示的利用木薯淀粉為碳源發(fā)酵生產ε -PL的方法具有以下優(yōu)點:
[0012]1.所用的發(fā)酵原料木薯淀粉，其來源廣泛，價格低廉，可種植于山野荒地，不與糧食爭地；
[0013]2.以木薯淀粉為碳源發(fā)酵生產ε -PL,降低了生產ε -PL的成本，使其更具市場競爭力；
[0014]3.通過對木薯原料的循環(huán)利用，還可促進木薯種植產業(yè)的發(fā)展，增加木薯種植農戶的經濟收入，具有巨大的經濟、社會和生態(tài)效益；
[0015]4.充分利用木薯資源，不僅能減少對環(huán)境的污染，也能使很多的有機物和能量資源得到利用。所以，要減少環(huán)境污染和能源污染，對木薯淀粉的技術研宄和應用有著重要意義。
【具體實施方式】
[0016]一般性說明，根據(jù)下列實施例，可以更好地理解本發(fā)明。實施例所描述的具體的物料配比、處理條件以及結果僅用于說明本發(fā)明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發(fā)明。
[0017]實施例1
[0018](I)配料:發(fā)酵培養(yǎng)基配方為:木薯淀粉60g/L、魚粉15g/L、(NH4)2SO4 10g/L、MgSO4.7H20 0.5g/L、K2HPO4 0.8g/L、KH2PO4 1.36g/L、FeSO4.7H20 0.03g/L、ZnSO4.7H200.04g/L，調節(jié) pH 至 6.8。
[0019](2)滅菌:將配制好的培養(yǎng)基在118°C條件下維持20min，然后降至30°C。
[0020](3)發(fā)酵:將經過振蕩培養(yǎng)24h的種子液，以10%的接種量接種于上述以木薯淀粉為碳源的發(fā)酵培養(yǎng)基中。在溫度為30°C、轉速為200r/min的搖床條件下培養(yǎng)72h，收集發(fā)酵液，測得ε -PL的產量為0.954g/Lo
[0021]實施例2
[0022](I)配料:發(fā)酵培養(yǎng)基配方為:木薯淀粉60g/L、魚粉15g/L、(NH4)2SO4 5g/L、MgSO4.7H20 0.5g/L、K2HPO4 0.8g/L、KH2PO4 1.36g/L、FeSO4.7H20 0.03g/L、ZnSO4.7H200.04g/L，調節(jié) pH 至 6.8。
[0023](2)滅菌:將配制好的培養(yǎng)基在118°C條件下維持30min，然后降至30°C。
[0024](3)發(fā)酵:將經過振蕩培養(yǎng)44h的種子液，以10%的接種量接種于上述以木薯淀粉為碳源的發(fā)酵培養(yǎng)基中。在初始PH為6.8，溫度為30°C的發(fā)酵罐中進行發(fā)酵，當發(fā)酵初始pH下降至3.8時維持這一 pH，攪拌培養(yǎng)192h，收集發(fā)酵液，測得ε -PL的產量為27.556g/L0
[0025]實施例3
[0026](I