论文部分内容阅读
目前,对Streptococcus thermophilus营养需求方面的研究主要集中于测定少数菌株的氨基酸需求,而在菌株对维生素、嘌呤嘧啶及金属离子等需求方面的相关信息却鲜有报道。因此,为了探究Streptococcus thermphilus对各营养成分的需求程度和消耗模式,并为设计Streptococcus thermophilus高密度培养基的定量分析提供理论依据,本研究在控制发酵pH的情况下,利用化学合成培养基(CDM)对Streptococcus thermophilusTF96进行增殖培养,在研究其生长动力学的基础上,采用高效液相色谱法分析培养基中各营养物质(乳糖、氨基酸、维生素、嘌呤嘧啶、肌苷及矿物质)随发酵时间的变化及在不同生长率下营养组分随生物量的消耗情况,以阐明Streptococcus thermophilusTF96的营养消耗模式,为高密度培养基的设计提供理论支撑。通过乳糖的消耗量随发酵时间及生长率变化的研究结果可知,在Streptococcus thermophilus TF96的整个生长过程中,培养基中乳糖的浓度随发酵时间的延长不断降低,期间消耗总量达26.81mmol/L,占其最初添加量的91.78%。当平均生长率μ1=0.04h-1时,单位菌体干重内乳糖的消耗量最高,但由于此时生物量的增加量较少,所以乳糖在平均生长率为μ1时的有效利用率最低。而当Streptococcus thermophilus TF96的平均生长率由μ2(0.17 h-1)增加到μ3(0.21 h-1)时,乳糖的消耗量随着生长率的增加而减少,这说明在较高的生长率下乳糖的有效利用率也较高。Streptococcus thermophilus TF96培养基中氨基酸浓度随发酵时间变化的研究结果表明,在整个发酵期间,消耗量最大的氨基酸为亮氨酸、天冬氨酸、脯氨酸及缬氨酸,这些氨基酸的消耗量分别占氨基酸消耗总量的8.89%、8.73%、8.39%和7.77%。就氨基酸的消耗率而言,20种氨基酸中消耗率最高的则是精氨酸、组氨酸和甲硫氨酸,这三种氨基酸的消耗率均达95%以上;而脯氨酸、丝氨酸和丙氨酸在细胞生长过程中的消耗率均低于50%,属于低消耗氨基酸。此外,由氨基酸的单位菌体消耗率随细菌生长率变化的结果可知,20种氨基酸的生物利用率均在μ2=0.17 h-1或μ3=0.21h-1时达到最高;此外,除苏氨酸外其余氨基酸在单位菌体干重内的消耗量均在平均生长率μ1=0.04 h-1时最高,这可能是由于刚进入迟滞期的Streptococcus thermophilus正处于适应新环境阶段,因此会消耗大量的氨基酸为进入对数生长期做准备。在Streptococcus thermophilus TF96的整个生长期间,消耗量最大的维生素是抗坏血酸,其消耗量占所有维生素消耗总量的93.33%;而消耗量最低的是氰钴胺素,为0.66 μmol/L,仅占维生素总消耗量的0.03%。所有维生素中消耗率较大的有生物素、烟酸、对氨基苯甲酸和核黄素,这些维生素的消耗率均大于75%。当平均生长率由μ1(0.04 h-1)增加到μ3(0.21 h-1)时,除核黄素和烟酸外的所有维生素的有效利用率均随着生物量的增加而增加,且在μ3=0.21 h-1时的生物利用率最高。而当μ4=0.05h-1时,除氰钴胺素和对氨基苯甲酸外,其余各维生素在此时的消耗量均大于μ3=0.21 h-1时的消耗量,说明在平均生长率较低的情况下这些维生素的有效利用率也较低,这可能是因为处于稳定期的Streptococcus thermophilus细胞内积累了大量的代谢产物,从而抑制了菌体对这些维生素的吸收利用。嘌呤嘧啶碱基、肌苷及金属离子的消耗量随发酵时间及生物量变化的研究结果表明,在Streptococcus thermophilus TF96的整个发酵期间,所添加的碱基类物质中消耗量最大的是尿嘧啶,消耗率最高的是鸟嘌呤,而腺嘌呤和黄嘌呤的消耗量及消耗率相对较低;肌苷在细菌生长过程中的消耗量为10.10 μmol/L,占肌苷最初添加量的54.16%;金属离子中K+的消耗量最大(9.30 mmol/L),Ca2+的消耗率最高(29.53%),Mg2+和PO43-的消耗量和消耗率均较低。此外,嘌呤嘧啶及金属离子在平均生长率μ1=0.04 h-1和μ4=0.05 h-1时的单位生物量消耗率最高,但由于在这两个生长率下菌体生物量没有明显增加,因此嘌呤嘧啶和金属离子在此过程中的有效利用率最低,而当μ2=0.17 h-1或μ3=0.21h-1时这些营养物质的有效利用率最高。通过研究Streptococcus thermophilus TF96对各营养物质的消耗模式可知,Streptococcus thermophilus TF96在生长过程中对各营养物质的需求程度有所不同,有些营养物质的消耗量和利用率较高,而有些营养物质的消耗量和利用率极低。因此为了使Streptococcus thermophilus高密度培养高效经济的目的得以实现,我们在设计Streptococcus thermophilus TF96培养基时可以适当的减少一些消耗量和利用率较低的营养物质的添加量,增加消耗量和利用率较高的营养物质的添加量。