[發(fā)明專利]一種利用超聲波提高細菌胞外多糖產(chǎn)量的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011455431.9
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112608956A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 周文文;竺瑩瑩;錢超
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C12P19/04
• 分類號: C12P19/04;C12N13/00;C12R1/01
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發(fā)明公開了一種利用超聲波處理提高細菌胞外多糖產(chǎn)量的方法，以多粘類芽孢桿菌PYQ1為對象，將超聲波技術引入微生物發(fā)酵過程中。本發(fā)明通過研究不同生長階段超聲處理、不同超聲時間和不同超聲功率對產(chǎn)糖菌生物量和多糖產(chǎn)量的影響，證明使用低頻超聲波輔助多粘類芽孢桿菌PYQ1多糖發(fā)酵具有可行性，同時驗證得到最適合多粘類芽孢桿菌PYQ1發(fā)酵的超聲參數(shù)，可以有效提高其胞外多糖產(chǎn)量。本發(fā)明公開的超聲波方法可應用于相關多糖工業(yè)生產(chǎn)中，具有節(jié)約生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，提高經(jīng)濟效益等優(yōu)勢，有良好的市場應用前景。

技術領域

本發(fā)明屬于微生物技術及多糖的生產(chǎn)技術領域，特別涉及一種以利用超聲波技術提高細菌胞外多糖的方法。

背景技術

超聲波是一種頻率超過20000赫茲，高于人類聽覺閾的聲波，當超聲波在介質中傳播時，通過與介質的相互作用產(chǎn)生一系列物理和化學的效應，其中最主要的是機械效應與空化作用。超聲波最早出現(xiàn)在生物領域主要是用于細胞的破碎，但隨著學者們在生命科學方面的研究不斷深入，近年來，超聲波這種新型技術在國內外已廣泛用于食品和生物加工領域。

在微生物發(fā)酵過程中，借助超聲波刺激可以提高微生物細胞膜表面的流體壓力，從而增加細胞膜的通透性，加快代謝產(chǎn)物的分泌速率，從而有效縮短發(fā)酵時間和提高有益代謝物的產(chǎn)量。在傳統(tǒng)微生物發(fā)酵中，高功率超聲已用于破壞微生物細胞以釋放細胞內物質，并被認為是殺微生物的一種手段，而現(xiàn)有研究表明，低頻率超聲波對某些微生物細胞無毀滅性的刺激，有效提高細菌細胞膜的通透性以及細胞新陳代謝的速度，當應用于微生物液態(tài)發(fā)酵中，更有助于發(fā)酵效率及發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)率的提高。Yadav等研究發(fā)現(xiàn)，使用低強度(25kHz)超聲輔助枯草芽孢桿菌ABDR01發(fā)酵，使果膠酶、纖維素酶和木聚糖酶的酶活性較未超聲組分別提高了約38.15％、53.77％和24.59％，同時文章中指出，相比于低頻率超聲波，較高頻率(40kHz)超聲不利于產(chǎn)生空化氣泡，反而會導致細菌細胞破裂，不利于提高酶活力[1]；羅登林等也得到了相似的結論，實驗發(fā)現(xiàn)40kHz和59kHz的超聲處理抑制了黑曲霉產(chǎn)菊粉酶的活力，頻率越高，抑制效果越明顯[2]。Sulaiman等在Kluyveromyces marxianus酵母發(fā)酵過程中施加頻率為20kHz，間歇比為20％的超聲波，最終發(fā)酵得到的乙醇是對照組的3.5倍，且酵母的生物量和細胞活力均得到了一定提升[3]。

低成本、易處理、效果顯著的超聲波輔助微生物發(fā)酵，已有提高酒精、生物酶、乳糖等產(chǎn)量的研究，但研究對象主要集中在酵母、霉菌、藻類等，且在對超聲條件和培養(yǎng)基進行大量優(yōu)化的前提下，仍有大量屬于以上三類的微生物的發(fā)酵過程表現(xiàn)出對超聲波不敏感，或超聲波表現(xiàn)為對發(fā)酵過程存在抑制作用，或超聲在低頻下，仍表現(xiàn)出對微生物細胞具有明顯的殺傷破壞作用。因此，不同種微生物的超聲波處理方式、處理強度、處理效果和機制等均存在差異。尚未有利用低頻超聲波處理提高多粘類芽孢桿菌胞外多糖產(chǎn)量的研究，亟待研究者們的深入研究，將超聲波技術更好的應用于產(chǎn)糖菌的發(fā)酵生產(chǎn)之中。

參考文獻：

[1]Yadav A,Ali AAM,Ingawale M,et al.Enhanced co-production ofpectinase,cellulase and xylanase enzymes from Bacillus subtilis ABDR01 uponultrasonic irradiation[J].Process Biochemistry,2020,92:197-201.

[2]羅登林,袁海麗,王斐,等.超聲對黑曲霉產(chǎn)菊粉酶的影響[J].聲學技術,2012,31:502-505.

[3]Sulaiman AZ,Ajit A,Yunus RM,et al.Ultrasound-assisted fermentationenhances bioethanol productivity[J].Biochemical Engineering Journal,2011,54:141-150.

發(fā)明內容