树脂吸附发酵分离耦合生产乳链菌肽的研究

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乳链菌肽(Nisin)是乳链球菌(Streptococcus lactis)产生的初级代谢产物,能够抑制G+菌的生长,作为天然食品防腐剂,广泛应用于食品行业。本文采用嗜热乳链球菌(lactococcus lactis)6032,进行树脂吸附发酵分离耦合生产Nisin,来解除Nisin的反馈抑制作用,提高其产率。研究结果如下:对比乳链球菌生长曲线及Nisin产生曲线,表明乳链球菌的生长和Nisin的产生是同步的。单因素试验确定了温度29℃、接种量5%、玉米浆添加量27%,此时Nisin效价最高为4955.45 IU/m L。响应面优化后最佳发酵条件为:温度29.18℃、接种量5.02%、玉米浆添加量27.09%,Nisin效价最高可达4991.64 IU/m L。大孔吸附树脂D101、NKA-Ⅱ及离子交换树脂D113、D151对发酵液中Nisin进行吸附,吸附率分别为34.83%、69.80%、63.19%和56.35%。NKA-Ⅱ树脂和D113树脂吸附率较高,最佳吸附条件分别为:发酵液体积70 m L和60 m L、吸附时间5 h、发酵液p H4和p H5、转速110 r/min和100 r/min,吸附率分别为67%和72%。研究了乙醇溶液(p H2)和Na Cl溶液分别对上述吸附完成的NKA-Ⅱ树脂和D113树脂的解吸效果,当浓度为80%和5%、体积为70 m L和80m L、解析时间为7 h和8 h,两种树脂的解吸率分别为44%和47%。静态下NKA-Ⅱ树脂和D113树脂吸附发酵分离耦合生产Nisin试验表明:两种树脂对细胞的生长没有不利影响。两种树脂进行乳链球菌发酵分离耦合生产Nisin的最适条件分别为:发酵液p H5.5和p H6.0、树脂添加量1.5g和1.0 g、树脂添加时间第6 h和第5.5 h、转速80 r/min,发酵液中的Nisin总效价分别为5641.57 IU/m L和5663.92 IU/m L。研究了乙醇溶液(p H2)和Na Cl溶液分别对上述吸附完成的NKA-Ⅱ树脂和D113树脂的解吸效果,当浓度为80%和5%、解吸时间为7 h和8 h、解吸剂用量为100 m L和90 m L时,解吸率分别为47%和45%。动态循环下D113树脂吸附发酵分离耦合生产Nisin试验结果表明:循环装置中发酵液循环情况良好,D113树脂能进行发酵分离耦合生产Nisin。单因素试验确定了树脂装填高度为7 cm、流速为200 m L/h、树脂开始吸附时间为第5 h时,Nisin效价最高5889.50 IU/m L。响应面优化了循环装置的各项参数:树脂装填高度为7.11 cm,流速为200.89 m L/h,树脂开始吸附时间为5.01 h,最高效价为6333.57 IU/m L。通过该循环装置实现了乳链球菌发酵和Nisin分离提取过程的耦合,解除了产物反馈抑制作用,是提高Nisin产率的一种好方法。通过扫描电镜和高效液相检测发酵液中的Nisin,电镜扫描结果显示发酵液中的Nisin和Nisin标准品有基本相同的外形结构;高效液相检测结果说明发酵液中的Nisin和Nisin标准品在同一时间出现特征峰,表明发酵液含有Nisin。
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