[發明專利]一種用于高溫發酵生產γ-聚谷氨酸的非谷氨酸依賴型產生菌及其發酵方法

有效

• 申請號: 201710364518.7
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107267411B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 曾偉;梁智群;陳桂光;郭燁;董夢娜;張斌
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12P13/02;C12R1/125
• 代理公司: 南寧市來來專利代理事務所(普通合伙) 45118
• 代理人: 李瑞環

本發明公開一種用于高溫發酵生產γ?聚谷氨酸的非谷氨酸依賴型產生菌，其分類命名為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）GXG?5，保藏編號為CCTCC NO：M 2017083，保藏日期為2017年3月6日，保藏單位：中國典型培養物保藏中心。該枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）GXG?5可在較高溫度下利用糖質原料作為底物發酵生產γ?聚谷氨酸，最高發酵溫度可為55℃，發酵時間48~72h，產量最高可達15g/L以上。本發明提供的枯草芽孢桿菌可不依賴于外源性谷氨酸發酵生產γ?聚谷氨酸，與以往的谷氨酸依賴型菌株相比，能夠有效降低發酵生產成本，且具有發酵溫度高、營養要求簡單和培養方法簡便易行等優點，這些優良特性為工業化生產提供了有利條件。

技術領域

本發明屬于微生物工程領域，特別涉及到一株用于高溫發酵生產γ-聚谷氨酸的非谷氨酸依賴型產生菌及其發酵方法。

背景技術

γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid）是一種由L-谷氨酸和D-谷氨酸通過α-氨基和γ-羧基以酰胺鍵結合而成的微生物源陰離子型胞外高分子化合物。γ-聚谷氨酸分子量可達1,000kDa以上，其分子主鏈上大量游離親水性羧基使其具有水溶性聚羧酸性質，并可作為活性位點進行廣泛的化學修飾，因此賦予其強吸水保濕、絮凝性和優良的可塑性；另一方面，γ-聚谷氨酸分子主鏈中的酰胺鍵易被酶解，降解產物可被生物體吸收，因此賦予其優良的生物降解性和生物相容性，對人體和環境無毒害。這些優良生化特性使得γ-聚谷氨酸及其衍生物可廣泛應用于食品、醫藥、化妝品、農業和環境保護等領域。

γ-聚谷氨酸最早于1937年在炭疽芽孢桿菌（Bacillus anthracis）莢膜成分中發現，該物質能伴隨著菌體細胞的裂解而釋放到培養液中。1942年，γ-聚谷氨酸被發現可作為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）發酵產物自由分泌到培養液中，隨后多株芽孢桿菌屬菌株被報道可合成胞外γ-聚谷氨酸。γ-聚谷氨酸生產菌株依據發酵培養基中是否需要添加谷氨酸，分為谷氨酸依賴型菌株和谷氨酸非依賴型菌株兩類。其中，研究比較深入地谷氨酸依賴型菌株有：B. subtilis F-2-01、B. subtilis IFO3335、B. subtilis NX-2、B.licheniformis ATCC 9945A、B. licheniformis WX-02，在此類菌株中谷氨酸既是γ-聚谷氨酸合成誘導劑，又是γ-聚谷氨酸合成底物。谷氨酸非依賴型菌株有：B. subtilis TAM-4、B. licheniformis A35、B. amyloliquefaciens LL3，在此類菌株中底物谷氨酸主要是利用葡萄糖或蔗糖等糖質原料經糖酵解途徑和三羧酸循環轉化而來。

目前，γ-聚谷氨酸發酵生產研究主要使用谷氨酸依賴型菌株，并采用合成培養基，其中碳氮源和L-谷氨酸是必需組分，pH值一般維持在6.5~7.5，溫度30℃~40℃，產物產量與適宜的碳氮比、谷氨酸添加量以及生物量密切相關，各種無機鹽比例對γ-聚谷氨酸高效生產也至關重要。相對于谷氨酸依賴型菌株而言，谷氨酸非依賴型菌株的報道和研究相對較少，主要是由于其γ-聚谷氨酸產量相對較低。但是，從發酵原料成本的角度考慮，谷氨酸非依賴型菌株可以利用廉價的糖質原料作為底物生產γ-聚谷氨酸，而不需要使用價格相對較高的谷氨酸或谷氨酸鹽作為底物。因此，如果能夠選育獲得一株γ-聚谷氨酸產量較高的谷氨酸非依賴型菌株，將從節約原料成本角度為γ-聚谷氨酸工業化大規模生產提供另外一種選擇。

此外，γ-聚谷氨酸產生菌的發酵溫度一般在30℃~40℃，然而在發酵過程中，由于微生物生長和代謝會產生大量的熱量，尤其是在夏天或者南方地區，需要提供大量的冷卻水對發酵罐進行熱交換從而保持發酵過程所需要的特定溫度。因此，如果能夠從菌種角度出發，選育獲得一株能夠在較高溫度下發酵生產γ-聚谷氨酸的菌株，將從節約發酵工藝成本的層面為γ-聚谷氨酸工業化大規模生產提供另外一種選擇。

發明內容