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本文首先对干酪乳杆菌进行紫外诱变和NTG诱变,得到蔗糖耐受性高的突变菌株,以此作为基因组改组的出发菌住,制得原生质体,将原生质体分别于紫外线和热灭活后融合,并在再生平板中培育活性融合子,将融合子通过蔗糖YE平板筛选并重复筛选或得了能够高效利用蔗糖发酵的F2代菌株。F2代菌株在15%蔗糖含量发酵48 h后,乳酸产量达到125.2 g/L,较原始菌株77.6 g/L提高了61.0%,说明通过基因组改组技术在短期内获得了产酸速率明显提高并且耐酸性强、耐高糖的基因组改组菌株F2代菌株。
同时我们通过气相色谱质谱联用与EDTA定钙法对乳酸含量测定进行比较发现,利用EDTA定钙法测得的乳酸浓度比GC-MS法得到的数据要偏大。不同的发酵条件,偏大的程度不一样,相差一般在3.3%~5.9%之间。但上述数据也表明,参照相应的GC-MS检测结果,将EDTA定钙法得到的结果经适当的校正换算,可方便地用于生产现场的实际检测。在对乳酸菌在诱变前后蔗糖酶活性分析实验中,当加入15.0%的蔗糖进行48 h发酵,原始菌与改组菌都能很好的生长,并且在改组菌中蔗糖酶活性比原始型有显著提高,从0.54 U/mg cells提高到1.93 U/mg cells,提高了近4倍。蔗糖酶电泳及活性染色实验进一步证明了蔗糖酶既存在改组菌也存在于原始菌中。
最后,在培养基优化实验中,通过单因子试验和生物统计优化方法,确定了Lc-F2菌株发酵的最适接种量为10%(v/v),中和剂CaCO3最适加入量为10%。通过Plackett-Burman试验设计确定了糖蜜、玉米浆粉、Tween 80为Lc-F2发酵生产乳酸主要影响因素,然后采用中心组合实验设计和响应面法分析方法对这些主要因素进行了量化优化。最终获得优化培养基的组成为:糖蜜为156g/L,玉米浆粉为36.8g/L,Tween 80为1.84 mL/L。在优化条件下,Lc-F2菌株乳酸产量为103.3g/L,,与优化前的Lc-F2菌株36h的YE培养基发酵结果相比,产率提高了0.97g/L/h,转化率提高了9.6%。这表明对于改组菌株Lc-F2,我们可以用糖蜜代替价格较昂贵的葡萄糖和蔗糖,用玉米浆粉来替代酵母粉作为培养基进行工业发酵生产乳酸,不但提高了L-乳酸的产率和转化率,还能够降低生产成本,为该菌株的工业生产打下了良好的基础。