犹他游动放线菌及其在制备阿卡波糖中的应用

摘要

本发明公开了一株犹他游动放线菌(Actinoplanes utahensis)MYIH97及其应用，该菌种由中国典型培养物保藏中心保藏，保藏号为CCTCC NO：M 2016237，保藏日期为：2016年05月03日。本发明还公开了一种由此菌株发酵制备阿卡波糖的方法。本发明提供的发酵工艺经大生产实践，证明其发酵单位高且杂质较少，大大地降低了后提取的难度，适宜工业化大生产且获得的阿卡波糖产品质量高。

说明书

技术领域

本发明涉及一株新型微生物及其用途和应用，尤其涉及一株能代谢产生阿卡波糖的菌种及其在制备阿卡波糖中的应用。

背景技术

近年来，由于生活水平的提高、饮食结构的改变、日趋紧张的生活节奏以及少动多坐的生活方式等诸多因素，全球糖尿病发病率增长迅速，糖尿病已经成为继肿瘤、心血管病变之后第三大严重威胁人类健康的慢性疾病。据世界卫生组织预计，到2025年，全球成人糖尿病患者人数将增至3亿，而中国糖尿病患者人数将达到4000万，未来50年内糖尿病仍将是中国一个严重的公共卫生问题。临床研究中发现，Ⅱ型糖尿病(非胰岛素依赖型糖尿病)占糖尿病总体人群95％以上，它是以高血糖为特征的一种代谢性疾病，患病率高，起病隐匿，早期症状不明显。对于Ⅱ型糖尿病的病人，在采用控制饮食的方法不能有效地控制血糖时，需要口服降糖药物。

阿卡波糖是一种α-葡萄糖苷酶抑制剂，其作用机制为：竞争性抑制位于小肠的各种α-葡萄糖苷酶，从而具有抑制多糖及低聚糖等的水解，延缓和减少葡萄糖的生成，控制餐后血糖浓度的升高。作为临床治疗Ⅱ型糖尿病类药物，阿卡波糖具有作用机制新颖、临床疗效好、毒副作用小等特点，市场前景广阔。目前国内市场在售的，除了原研公司德国拜耳外，几乎全为杭州中美华东制药有限公司生产。杭州中美华东制药有限公司也是国内最早生产阿卡波糖的公司，基本可以代表国内阿卡波糖的最高水平。但依然存在发酵杂质多，产量低。在大生产上进一步的降低成本，提高产品质量一直是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一株发酵单位高、能稳定生产且副产物少的阿卡波糖产生菌。

本发明的另一目的是提供该菌株在制备阿卡波糖中的应用，以及具体的发酵 制备方法。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的：

本发明提供的犹他游动放线菌MYIH97，分类命名为Actinoplanes utahensis，由中国典型培养物保藏中心保藏(简称CCTCC)，地址：中国武汉武汉大学，保藏号为：CCTCCNO：M 2016237，保藏日期为：2016年5月3日。所述的保藏号为：CCTCC NO：M 2016237的菌株是成都市郊区土壤中筛选得到的。

所述的保藏号为CCTCC NO：M 2016237的菌株的菌落特征：菌落近圆形，直径3-5mm，表面隆起，菌落呈橘黄色，并有水溶性色素产生。

根据微生物形态学及国外相关资料的描述，结合保藏号为CCTCC NO：M 2016237的菌株的各种培养特征和形态特征，该保藏号为CCTCC NO：M 2016237的菌株应属于犹他游动放线菌，定名为Actinoplanes utahensis MYIH97。

本发明的另一目的是提供该菌株在制备阿卡波糖中的应用。

所述的保藏号为CCTCC NO：M 2016237菌株可应用于发酵制备阿卡波糖。该制备方法包括下列步骤：

a.菌株采用保藏编号为CCTCC NO：M 2016237的菌株；

b.按常规方法制备斜面，斜面铲下少量菌苔接入摇瓶种子培养基，250rpm，培养2-3天，得摇瓶种子液；将摇瓶种子液按种子罐培养基体积0.1-0.5％的接种量接种于种子罐，120-200rpm，培养2-3天，得罐种子液；将罐种子液按发酵体积的6-15％的接种量接种于发酵罐培养基，150-200rpm，发酵培养168h，收集发酵液；其中培养温度均为26～30℃。

其中所述的摇瓶种子培养基各组分在培养基中的比例为：每100mL培养基中，碳源1.2～2.5g，氮源2.5～4.0g，无机盐0.2～0.6g，其余为水；优选为每100mL培养基中，碳源1.5～2.0g，氮源3.0～3.5g，无机盐0.3～0.5g，其余为水，pH值6.5～7.5。

种子罐培养基各组分在培养基中的比例为：每100mL培养基中，碳源2.0～3.5g，氮源3.5～6.0g，无机盐0.2～0.6g，其余为水；优选为每100mL培养基中，碳源2.5～3.0g，氮源4.5～5.5g，无机盐0.3～0.5g，其余为水，pH值6.5～7.5。

发酵培养基各组分在培养基中的比例为：每100mL培养基中，碳源物质5～10g，氮源物质1.0～3.5g，无机盐0.2～2.0g，其余为水，pH值6.5～7.5；优选 为每100mL培养基中，碳源物质7～9g，氮源物质1.5～3.0g，无机盐0.8～1.5g，其余为水，pH值6.5～7.5。

其中所述的：碳源选自葡萄糖、麦芽糖、乳糖、蔗糖、果糖、玉米淀粉、面粉、可溶性淀粉、糊精、甘油中的一种或多种；优选麦芽糖、葡萄糖、糊精、蔗糖、甘油中的一种或几种。

氮源选自蛋白胨、玉米浆粉、酵母粉、酵母浸出粉、黄豆饼粉、豆粕粉、棉籽饼粉、谷氨酸钠、赖氨酸中的一种或者多种；优选蛋白胨、黄豆饼粉、酵母粉、玉米浆粉、谷氨酸钠中的一种或几种。

无机盐选自硫酸镁、硫酸锰、氯化钠、氯化钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、氯化铁、硫酸亚铁、氯化钙、碳酸钙中的一种或几种；优选磷酸氢二钾、氯化钾、氯化铁、氯化钙、碳酸钙中的一种或几种。

本发明所述的保藏号为CCTCC NO：M 2016237的菌株是目前高发酵单位阿卡波糖的产生菌，发酵性能优良，可用于大规模生产。发酵过程是阿卡波糖生产的重要环节，其发酵水平与工艺优劣直接相关，本发明提供的发酵工艺经过摇瓶和发酵罐中进行试验，其生产能力稳定。经检测，用本发明提供的菌种及发酵培养方法制备的阿卡波糖的发酵单位可高达8.386g/L左右或以上，从而为后续的工业化生产提供了良好的基础。同时本发明的发酵副产物相对较少，并降低了后提取的难度，从而有利于高品质的阿卡波糖的获得，在应用于工业化生产上具有优势。

菌株保藏情况：保藏于中国典型培养物保藏中心(简称CCTCC)，地址：中国武汉武汉大学，保藏编号为CCTCC NO：M 2016237，分类命名为犹他游动放线菌MYIH97(Actinoplanes utahensis MYIH97)，保藏日期为2016年05月03日。

附图说明

图1为保藏编号为CCTCC NO：M 2016237的菌落形态；

图2为保藏编号为CCTCC NO：M 2016237的菌丝形态；

图3按本申请实施例7制备得到含量HPLC检测图；

图4按菌种保藏号为CCTCC NO：M209200菌株制备得到的含量HPLC检测图。

具体实施方式

下面结合具体实施例为本发明进行进一步的描述，但不能将方案中所涉及的方法及技术参数理解为对本发明的限制。

实施例1：保藏号为CCTCC NO：M 2016237菌株的培养及生理生化特征和碳氮源利用情况

1、保藏号为CCTCC NO：M 2016237菌株培养的形态学特征

将保藏号为CCTCC NO：M 2016237菌株接种于固体培养基，26-30℃培养6-12天，观察其菌落形态及菌丝形态分别如图1、图2所示。

CCTCC NO：M 2016237菌株在固体培养基上26-30℃培养10天，菌落直径3-4mm，为橘黄色，边缘为规则圆形，中间隆起，培养前期表面光滑湿润，培养后期表面出现干燥褶皱，有水溶性色素产生。CCTCC NO：M 2016237菌株的菌丝舒展呈网状，不产孢子。

2、菌株生理生化特征——碳、氮源利用

在基础培养基中加入各种碳、氮源，26～30℃培养，定期进行观察。结果如下表1所示，碳源利用试验结果显示，该菌株能同化玉米淀粉、糊精、葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、乳糖等，不能利用半乳糖、D－核糖、肌醇、阿拉伯糖、棉子糖、甘露糖、鼠李糖、甘露醇、D-果糖、山梨糖等。氮源利用试验结果显示，该菌株能利用硝酸钠、氯化铵、硝酸铵等无机氮源和黄豆饼粉、玉米浆、酵母粉、蛋白胨、酪氨酸等有机氮源。

表1 CCTCC NO：M 2016237的碳、氮源利用情况

+：生长一般；++：生长中等；—：不长

3.基因测序

CCTCC NO：M 2016237菌株16sRNA序列与GenBank中保存的数据进行比对，与Actinoplanes utahensis同源性达99％，根据微生物分子遗传学鉴定原则，鉴定该菌属于Actinoplanes属的utahensis种，中文名称为犹他游动放线菌。

实施例2：碳氮源对发酵效价的影响

采用保藏号为CCTCC NO：M 2016237的菌株。

1.1碳源对阿卡波糖效价的影响

1.1.1不同碳源种类对阿卡波糖合成能力的影响

发酵培养基中碳源分别采用葡萄糖、麦芽糖、乳糖、蔗糖、果糖、玉米淀粉、面粉、可溶性淀粉、糊精、甘油10种碳源为唯一碳源，培养基调节pH至7.2，灭菌待用。用接种环从固体培养基上挑取菌苔接入上述各类碳源发酵培养基中，250r/min转速28℃培养7天，对发酵液中的阿卡波糖含量进行HPLC检测。

表2不同碳源对阿卡波糖产生菌发酵能力的影响

实验结果显示，游动放线菌可以利用以上10种物质产阿卡波糖，其利用能力依次是麦芽糖，葡萄糖，糊精，蔗糖，甘油，玉米淀粉，乳糖，果糖，面粉和可溶性淀粉，因此碳源优选麦芽糖、葡萄糖、糊精、蔗糖、甘油中的一种或几种，其中以麦芽糖为唯一碳源时产量最高。

1.1.2不同碳源浓度对阿卡波糖合成能力的影响

选择麦芽糖、葡萄糖、糊精、蔗糖、甘油中的一种或几种作为碳源，配制成不同总浓度的碳源的发酵培养基进行实验。结果如表3所示，在一定范围内，阿卡波糖合成能力随着碳源浓度的增大而增加，当碳源浓度为8％时阿卡波糖产量达到最大值，碳源优选浓度范围为7％～9％。

表3碳源浓度对阿卡波糖产生菌发酵能力的影响

1.2氮源对阿卡波糖合成能力的影响

1.2.1不同氮源种类对阿卡波糖合成能力的影响

在优选碳源的基础上，分别采用豆粕粉、棉籽饼粉、黄豆饼粉、玉米浆粉、酵母粉、酵母浸出粉、蛋白胨、谷氨酸钠和赖氨酸9种氮源为唯一氮源进行筛选实验。用接种环从固体培养基上挑取菌苔接入上述各类氮源发酵培养基中，250rpm转速28.0℃培养7天，对发酵液中的阿卡波糖含量进行HPLC检测。

表4不同氮源阿卡波糖产生菌发酵能力的影响

由表4实验结果显示，游动放线菌可以利用以上9种物质，发酵产生阿卡波糖的能力依次是黄豆饼粉，酵母粉，玉米浆粉，谷氨酸钠，蛋白胨，棉籽饼粉，酵母浸出粉，豆粕粉和赖氨酸，因此根据发酵单位的高低氮源优选黄豆饼粉、酵母粉、玉米浆粉、谷氨酸钠和蛋白胨中的一种或几种，其中以黄豆饼粉为唯一氮源时产量最高。

1.2.2不同氮源浓度对阿卡波糖合成能力的影响

为了探索发酵培养基中氮源浓度对阿卡波糖合成能力的影响，本实例选择黄豆饼粉、酵母粉、玉米浆粉、谷氨酸钠和蛋白胨中的一种或几种作为氮源，配制成不同总浓度的氮源的发酵培养基进行实验。结果如表5所示，在一定范围内，阿卡波糖合成能力随着氮源浓度的增大而增加，氮源浓度为2.0％时阿卡波糖发酵单位达到最大值，氮源优选浓度范围为1.5％～3.0％。

表5氮源浓度对阿卡波糖产生菌发酵能力的影响

实施例3：菌株发酵放大培养

采用保藏号为CCTCC NO：M 2016237的菌株

1、摇瓶种子培养

培养基：麦芽糖0.7g，乳糖0.2g，面粉0.3g，棉籽饼粉3.0g，赖氨酸1.0g，碳酸钙0.5g；加水100mL，pH值7.0。

装液量：500mL三角瓶装100mL培养基

摇瓶种子培养方法：将斜面挖块接入摇瓶种子培养基中，27.5℃恒温培养，摇床转速250rpm，待菌丝长起，有明显挂壁现象时，镜检无杂菌，菌丝呈网状，染色深，将摇瓶种子培养液接入种子罐中。

2、种子罐种子培养基

培养基：麦芽糖0.35Kg，果糖0.5Kg，可溶性淀粉0.15Kg，酵母浸出粉1Kg，棉籽饼粉0.75Kg，碳酸钙0.25Kg，加水40L至100L种子罐，pH值6.8，经121℃，30min灭菌后培养基体积约为50L。

种子罐培养方法：按种子罐培养体积0.2％(v/v)接入培养好的摇瓶种子培养液，27.5℃培养，达到移种条件时移种(镜检菌丝粗壮，染色深，无染菌)。培养过程中控制罐压：0.05MPa，搅拌速度180rpm，通气量1：1.3(V/V)。

3、发酵罐培养

培养基：玉米淀粉9Kg，麦芽糖22.5Kg，果糖13.5g，棉籽饼粉3.6Kg，赖氨酸2.25Kg，硫酸锰0.45Kg，氯化钠0.45Kg，加水380L至1吨发酵罐，pH值7.2，经121℃，30min灭菌后培养基体积约为450L。

发酵罐培养方法：按发酵罐培养基体积11％(v/v)接入培养好的种子罐培养液，28.0℃培养至发酵结束，发酵终点判断：菌丝染色浅，空泡较多，菌丝有断裂现象。

培养过程中控制罐压：0.05MPa，搅拌速度160rpm，通气量1：1.3(V/V)。

按照上述的发酵条件和工艺，在1吨罐上进行发酵试验，发酵单位为5.96g/L。

实施例4：菌株发酵放大培养

采用保藏号为CCTCC NO：M 2016237的菌株

1、摇瓶种子培养

培养基：玉米淀粉5.0g，果糖10.0g，可溶性淀粉10.0g，酵母浸出粉10.0g，豆粕粉15.0g，碳酸钙5.0g；加水1000mL，pH值6.6。

装液量：500mL三角瓶装100mL培养基

摇瓶种子培养方法：将斜面挖块接入摇瓶种子培养基中，27.0℃恒温培养，摇床转速250rpm，待菌丝长起，有明显挂壁现象时，镜检无杂菌，菌丝呈网状，染色深，将摇瓶种子培养液接入种子罐中。

2、种子罐种子培养基

培养基：玉米淀粉7.5Kg，乳糖5Kg，面粉5Kg，豆粕粉25Kg，赖氨酸5g，碳酸钙2.5Kg，加水400L至1吨种子罐，pH值7.2，经121℃，30min灭菌后培养基体积约为500L。

种子罐培养方法：按种子罐培养体积0.3％(v/v)接入培养好的摇瓶种子培养液，28.0℃培养，达到移种条件时移种(镜检菌丝粗壮，染色深，无染菌)。培养过程中控制罐压：0.05MPa，搅拌速度180rpm，通气量1：1.3(V/V)。

3、发酵罐培养

培养基：葡萄糖180Kg，乳糖22.5Kg，面粉22.5Kg，酵母浸出粉45Kg，豆粕粉112.5Kg，硫酸亚铁22.5Kg，磷酸二氢钾47.25Kg，硫酸镁20.25Kg，加水3.8吨至10吨发酵罐，pH值7.2，经121℃，30min灭菌后培养基体积约为4.5吨。

发酵罐培养方法：按发酵罐培养基体积10％(v/v)接入培养好的种子罐培养液，28.0℃培养至发酵结束，发酵终点判断：菌丝染色浅，空泡较多，菌丝有断裂现象。

培养过程中控制罐压：0.05MPa，搅拌速度160rpm，通气量1：1.3(V/V)。

按照上述的发酵条件和工艺，在10吨罐上进行发酵试验，发酵单位为5.99g/L。

实施例5：菌株发酵放大培养

1、摇瓶种子培养

培养基：麦芽糖1.75g，蛋白胨2.0g，酵母粉1.0g，磷酸氢二钾0.05g，碳酸钙0.3g；加水100mL，pH值7.2。

装液量：500mL三角瓶装100mL培养基

摇瓶种子培养方法：将斜面挖块接入摇瓶种子培养基中，27.5℃恒温培养，摇床转速250rpm，待菌丝长起，有明显挂壁现象，镜检无杂菌，菌丝呈网状，染色深，将摇瓶种子培养液接入种子罐中。

2、种子罐种子培养基

培养基：麦芽糖0.9Kg，糊精0.4Kg，蛋白胨1.25Kg，酵母粉1.0Kg，磷酸氢二钾0.05Kg，碳酸钙0.15Kg，加水40L至100L种子罐，pH值7.0，经121℃，30min灭菌后培养基体积约为50L。

种子罐培养方法：按种子罐培养体积0.2％(v/v)接入培养好的摇瓶种子培养液，28℃培养，达到移种条件时移种(镜检菌丝粗壮，染色深，无染菌)。培养过程中控制罐压：0.05MPa，搅拌速度160rpm，通气量1：1.3(V/V)。

3、发酵罐培养

培养基：葡萄糖22.5Kg，糊精18.0Kg，玉米浆粉4.5Kg，酵母粉2.25Kg，磷酸氢二钾1.8Kg，碳酸钙3.6Kg，加水380L至1吨发酵罐，pH值7.2，经121℃，30min灭菌后培养基体积约为450L。

发酵罐培养方法：按发酵罐培养基体积11％(v/v)接入培养好的种子罐培养液，28.5℃培养至发酵结束，发酵终点判断：菌丝染色浅，空泡较多，菌丝有断裂现象。

培养过程中控制罐压：0.04MPa，搅拌速度160rpm，通气量1：1.1(V/V)。

按照上述的发酵条件和工艺，在1吨罐上进行发酵试验，发酵单位为7.988g/L。

实施例6：菌株发酵放大培养

1、摇瓶种子培养

培养基：葡萄糖20.0g，糊精10.0g，黄豆饼粉60.0g，谷氨酸钠10g，氯化钙2.0g，碳酸钙4.0g；加水2000mL，pH值7.2。

装液量：500mL三角瓶装100mL培养基

摇瓶种子培养方法：将斜面挖块接入摇瓶种子培养基中，28.0℃恒温培养，摇床转速250rpm，待菌丝长起，有明显挂壁现象时，镜检无杂菌，菌丝呈网状，染色深，将摇瓶种子培养液接入种子罐中。

2、种子罐种子培养基

培养基：葡萄糖13.75Kg，黄豆饼粉27.5Kg，谷氨酸钠2.75Kg，氯化钙0.55Kg，碳酸钙1.1Kg，加水480L至1吨种子罐，pH值7.0，经121℃，30min灭菌后培养基体积约为550L。

种子罐培养方法：按种子罐培养体积0.35％(v/v)接入培养好的摇瓶种子培养液，28.0℃培养，达到移种条件时移种(镜检菌丝粗壮，染色深，无染菌)。培养过程中控制罐压：0.05MPa，搅拌速度160rpm，通气量1：1.3(V/V)。

3、发酵罐培养

培养基：麦芽糖225Kg，蔗糖90Kg，甘油45Kg，黄豆饼粉81Kg，谷氨酸钠9Kg，氯化钾18Kg，氯化钙27Kg，碳酸钙22.5Kg，加水4吨至10吨发酵罐，pH值7.2，经121℃，30min灭菌后培养基体积约为4.5吨。

发酵罐培养方法：按发酵罐培养基体积12％(v/v)接入培养好的种子罐培养液，28℃培养至发酵结束，发酵终点判断：菌丝染色浅，空泡较多，菌丝有断裂现象。

培养过程中控制罐压：0.04MPa，搅拌速度160rpm，通气量1：1.1(V/V)。

按照上述的发酵条件和工艺，在10吨罐上进行发酵试验，发酵单位为：8.386g/L。

实施例7：菌株发酵放大培养

采用保藏号为CCTCC NO：M 2016237的菌株

1、摇瓶种子培养

培养基：蔗糖50.0g，甘油50.0g，玉米浆粉165g，碳酸钙25g；加水5000mL，pH值6.8。

装液量：500mL三角瓶装100mL培养基

摇瓶种子培养方法：将斜面挖块接入摇瓶种子培养基中，28℃恒温培养，摇 床转速250rpm，待菌丝长起，有明显挂壁现象，镜检无杂菌，菌丝呈网状，染色深，将摇瓶种子培养液接入种子罐中。

2、种子罐种子培养基

培养基：蔗糖100Kg，甘油50Kg，玉米浆粉240Kg，碳酸钙25Kg，加水4吨至10吨种子罐，pH值7.0，经121℃，30min灭菌后培养基体积约为5吨。

种子罐培养方法：按种子罐培养体积0.2％(v/v)接入培养好的摇瓶种子培养液，28℃培养，达到移种条件时移种(镜检菌丝粗壮，染色深，无染菌，菌浓≥30％)。培养过程中控制罐压：0.04MPa，搅拌速度160rpm，通气量1：1.1(V/V)。

3、发酵罐培养

培养基：麦芽糖3150Kg，黄豆饼粉1125Kg，蛋白胨225Kg，氯化铁135Kg，碳酸钙225Kg，加水36吨至60吨发酵罐，pH值7.2，经121℃，30min灭菌后培养基体积约为45吨。

发酵罐培养方法：按发酵罐培养基体积11％(v/v)接入培养好的种子罐培养液，28℃培养至发酵结束，发酵终点判断：菌丝染色浅，空泡较多，菌丝有断裂现象。

培养过程中控制罐压：0.03MPa，搅拌速度150rpm，通气量1：0.9(V/V)。

按照上述的发酵条件和工艺，在60吨罐上进行发酵试验，发酵单位为6.89g/L。

发酵液进行固液分离，得滤液，经树脂解吸附解析，脱色，浓缩，喷雾干燥得纯阿卡波糖。本发明所述的菌株由于发酵单位高，提取和纯化的工艺较简单，在大生产上更具有优势。

实施例8：对比研究：阿卡波糖高产菌株与生产菌株发酵单位和产物杂质比较

采用本申请的阿卡波糖高产菌株保藏号为CCTCC NO：M 2016237的菌株，和目前使用的菌株，比如菌种保藏号为CCTCC NO：M209200(中国典型培养物保藏中心，保藏日期2009年2月16日)进行发酵单位和产物杂质比较。

两个菌株采用相同的方法和条件进行培养和处理，摇瓶种子、种子罐种子和发酵培养均按照实施例7中的配比和条件进行，培养后调节发酵液pH至5～6，加助滤剂过滤，滤液经过脱盐、层析、浓缩后，HPLC检测，图谱如图3、4所 示。依据HPLC检测，对本申请CCTCCNO：M 2016237的菌株与现有菌种的杂质主峰阿卡波糖含量对比如下：

表6：CCTCC NO：M 2016237的菌株和保藏号为CCTCC NO：M209200的菌株发酵产物的杂质和主峰阿卡波糖含量对比

从HPLC检测结果来看，本发明的CCTCC NO：M 2016237菌株发酵不仅发酵单位高，而且发酵液中的杂质明显低于和少于保藏号为CCTCC NO：M209200的菌株，因此，该发明提供的阿卡波糖产生菌具有发酵单位高、能稳定生产且副产物少的特性。