出芽短梗霉发酵产普鲁兰多糖的初步研究

摘要

普鲁兰多糖(pullulan)是出芽短梗霉发酵产生的一种由葡萄糖单元组成的线性胞外同聚多糖,也是一种应用价值很高的微生物胞外多糖。其分子内独特的链接方式赋予了它独特的理化性质,例如:胶粘性、成膜性、成纤性、可塑性及阻气性等,因而被广泛应用于食品、医药和工业等各个领域。普鲁兰多糖可用于制备食品保鲜膜、低热量食品添加剂、胶囊、血浆替代品、环境污染调节剂以及粘合剂、凝聚剂等。根据文献资料可知,出芽短梗霉发酵产生胞外多糖时容易产生难以去除的黑色素,给产品的后处理带来极大的不便,在发酵过程中,菌体的生长代谢也影响多糖的产生。因此,现今研究普鲁兰多糖应主要从选育不产黑色素的高产菌株和优化发酵条件两面进行,以期为其进行大规模工业生产提供理论依据。
　　 本实验室保存有一株经美国宾夕法尼亚大学诱变处理过的不产黑色素的出芽短梗霉菌株,其已知产糖量为32.9g/L。本研究主要以此菌株为出发菌株,对其进行紫外诱变选育更高产的菌株,并对选育出的高产菌株进行发酵培养基和发酵条件的优化研究。研究结果发现:
　　 (1)在出芽短梗霉生长期内,通过显微观察发现,随着时间的延长,细胞有多种形态的变化,但只有在类似酵母形态的细胞时才能产生普鲁兰多糖,且膨胀细胞数与胞外多糖的产量成正相关。并且发酵第七天时膨胀细胞数达到最高。
　　 (2)在选择30W的紫外灯,30cm照射距离和8min的照射时间条件下,诱变选育出突变菌株UV-1,其产糖量可达到46.96g/L,是出发菌株的1.43倍,因此,可将此突变株作为后续发酵优化实验的出发菌株。
　　 (3)有关突变菌株UV-1发酵的初步研究,主要分为摇瓶发酵和5L发酵罐条件来进行。首先对摇瓶发酵培养基进行优化,通过单因素实验筛选出有显著效应的三个因素,分别是:蔗糖作为碳源,其添加量选择50g/L、55g/L、60g/L;酵母浸膏最为氮源,其添加量选择3g/L、5g/L、7g/L;金属离子选择镁离子。在此基础上利用响应面中心组合设计优化显著因素的水平。结果表明:碳源(蔗糖)含量、氮源(酵母浸膏)含量和金属离子对普鲁兰的产率都有显著影响(P＜0.05),碳源和氮源的交互作用相对明显,碳源和金属离子以及氮源和金属离子的交互作用不显著。因此优化的最佳工艺参数为:蔗糖添加量56.63g/L,酵母浸膏添加量3.74g/L,金属离子选择Mg2+,此时产量为61.2985g/L。
　　 通过进一步对摇瓶发酵条件进行优化,最终确定其最佳工艺参数为:接种量为1％,发酵温度为28℃、装液量为100mL、pH为5.5,此时多糖产量为61.092g/L。
　　 (4)通过对5L发酵罐发酵条件的初步探索,得出5L罐的发酵培养最佳工艺参数为:按10%的接种量接种活化24h的活化菌种,发酵温度28℃,装液量3L,通气量2L/min,溶氧不低于40%,转速200r/min,整个发酵过程控制pH始终为5.0,最终得出发酵7天后普鲁兰多糖产量为67.63g/L,是摇瓶发酵产量理论最优值的1.103倍。