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1、光合细菌培养基组成对类胡萝卜素产量的影响*摘要:采用响应面法对光合细菌培养基主要成分进行了优化,研究了培养基组成对类胡萝卜素产量的影响。经过逐步回归分析建立了类胡萝卜素产量对培养基主要成分的二次回归模型,其回归方程的决定系数达到了0.958。得到的最适培养基主要组成为:0,81%柠檬酸、0.35%NH4CI和0.18%玉米浆,类胡萝卜素产量最大预测值达到13.34m岁L,是优化前的2.04倍。关键词:光合细菌,培养基,类胡萝卜素,响应面法类胡萝卜素是自然界存在的一类重要色素,目前已知结构的类胡萝卜素近以X)种,其中约有40多种可为人类食用[’1。FAo和WHo等国际
2、组织认定类胡萝卜素为A类营养色素,并在50多个国家和地区获准作为营养、着色双重功能的添加剂,因而被广泛用于保健食品及化妆品工业。光合细菌(Photo一syniheticbacteria)是生产类胡萝卜素的主要微生物之一,迄今发现可由其合成的类胡萝卜素已超过80种L’〕。利用光合细菌发酵生产天然类胡萝卜素因生产周期短、不受季节限制而备受重视E’」。色素提取后的菌体中富含蛋白质、氨基酸和维生素等,可作为单细胞蛋白加以利用。光合细菌培养基组成对类胡萝卜素产量的影响目前主要采用单因素研究,而对影响其产量的诸因素交互作用缺乏研究。本文采用响应面法对光合细菌培养基主要成分进行了
3、优化,研究培养基组成对类胡萝卜素产量的影响,以期为深人研究和规模化生产类胡萝卜素提供依据。1材料与方法1.1菌种来源光合细菌:由南京工业大学生物技术中心提供。1.2基础培养基组成苹果酸2.59,酵母膏19,(NH4)25041.259,Mgso40.29,CaC12o.079,Feso40.019,KHZPO40.159,用蒸馏水溶解并定容至IL,pH7.0。1.3培养方法按10%接种量将活化后的液体种子接种于新鲜的液体培养基中,在培养温度为28℃、光照强度1,sooh(化S一1330照度计测得)和厌氧条件下培养5d。1.4试验设计1.4.1单因素试验:对基础培养基
4、分别进行碳源、氮源和生长因子替代物筛选和水平优化。待筛选的8种碳源分别为乙酸钠、苹果酸、柠檬酸、葡萄糖、乳糖、蔗糖、酒石酸和可溶性淀粉,浓度范围为0.05%一1.50%;待筛选的6种氮源分别为NH4CI,(NH4)2504,NaNoZ,NaNo3,谷氨酸钠和玉米浆,浓度范围为0.05%一2.00%;待筛选的5种生长因子替代物分别为酵母膏、牛肉膏、蛋白豚、胰蛋白陈和玉米浆,浓度范围为0.02%一0.20%。1.4.2响应面试验:根据单因素试验结果,以柠檬酸、NH4CI和玉米浆浓度为3因素,进行中心组合响应面设计,以类胡萝卜素产量为响应指标。通过Designexpert
5、软件对实验数据进行回归分析,预测光合细菌用于生产类胡萝卜素的最佳培养基。试验设计见表7。1.5测定方法1.5.1菌体产量:在Maria等[4]的基础上加以改进。菌液在10,以刃r/min条件下离心20min,弃去上清夜,菌体用蒸馏水洗涤两次后再次离心。所得菌体在65℃下烘干至恒重。1.5.2类胡萝卜素产量:在王岁楼等〔’」的基础上加以改进。菌体加人浓度为3moFL的盐酸,28℃下振荡1.sh后沸水浴4min,迅速冷却,10,(兀旧r/min离心20min弃上清液,沉淀用双蒸水洗涤2遍。在所得菌体中加人丙酮,28℃水浴振荡浸提30min,10,以洲〕r/min冷冻离心
6、20min,取上清液。适当稀释类胡萝卜素提取液,于480nm处测定吸光值。按以下公式计算类胡萝卜素产量。类胡萝卜素产量(m岁L)=A·Dvl/0.16vZ式中:A一一一480nm处吸光值;D—稀释倍数;0.16—类胡萝卜素消光系数;Vl—加人的提取剂体积;VZ—用于提取色素的发酵液体积。2结果与分析2.1碳源筛选及水平优化2.1.1碳源筛选:当培养基分别以苹果酸或柠檬酸为碳源时,菌体产量和类胡萝卜素产量最大,两者之间无显著差异(表l)。这是因为光合细菌对有机酸及其盐类的利用程度要高于糖类物质。由于苹果酸价格是柠檬酸的4一5倍,生产上宜用柠檬酸作为碳源。2以拓年33(
7、3)微生物学通报表1碳源对菌体产t和类胡萝卜素产t的影响指标源(%)乙酸钠柠檬酸碳酒石酸乳糖蔗糖菌体产量(岁L)类胡萝卜素产量(m岁L)1.171士0.160曲4.05士0.25e苹果酸1.250士01!X)a6.52士0.35a1.042士0.061ab0.791士0.Zlled6.31土0.19a4.28士0.Zle葡萄糖0.312土0.052f0.62士0.ole0.671士0.121de0.421士0,121ef可溶性淀粉0.921士0.(涎iZbC1.75士0.17d0.63土0.02e4.75士0.23b注:碳源浓度均为0.25%;不同字母表示处理间
