毕赤酵母工程菌产植酸酶的发酵优化及放大

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植酸酶(E.C.3.1.3.8 phytase)是催化植酸(肌醇六磷酸)及植酸盐水解成肌醇与磷酸(或磷酸盐)的一类酶的总称。大量研究表明,在禽类日粮中添加植酸酶可减少饲料中磷的添加量,这对提高畜牧生产效益及减轻环境污染有重要意义。目前已开发出商品化的植酸酶制剂,植酸酶作为饲料添加剂已应用于实际生产,而植酸酶产量供给有限,限制了植酸酶的应用,因此植酸酶生产相关的研究工作大多围绕提高植酸酶的产量而展开。毕赤酵母表达系统是一种成熟且应用广泛的真核表达系统,以毕赤酵母作为宿主菌高密度发酵表达植酸酶可以显著提升植酸酶的产量。外源蛋白的表达水平与所用菌株的特性、外源基因拷贝数及稳定性等因素相关,同时发酵过程中的优化是下游生产过程中提高产率、降低生产成本的重要途径。本研究的思路是根据Invitrogen公司提供的《毕赤酵母实验操作手册》和《毕赤酵母发酵工艺手册》,在摇瓶水平对培养基主要成分和发酵条件进行单因素多梯度优化,找到最适水平。得到毕赤酵母工程菌产植酸酶在摇瓶水平中的最适条件分别为诱导时间120h、诱导pH为5.5,诱导甲醇添加量1.5%、装液量10%、诱导温度28℃,为高密度发酵罐发酵提供数据参考基础。经过优化后,毕赤酵母工程菌产植酸酶的能力明显优于优化前,产酶能力提升了31.9%。然后以摇瓶发酵得到的优化工艺条件为基础,在3L和15L发酵罐中放大发酵并优化了诱导温度和初始诱导pH两个因素。找出毕赤酵母工程菌产植酸酶高密度发酵适宜条件以提高植酸酶的表达量,优化条件下的毕赤酵母工程菌发酵产植酸酶的酶活力明显高于未优化前,3L罐最高酶活可达到18708 U/mL,比未优化前提高38.3%,而15 L罐植酸酶酶活最高达到23189 U/mL,相较于3L罐水平,菌种生长OD600提高了10.5%,植酸酶酶活提高了24.0%此外,本研究在15L罐发酵水平优化了毕赤酵母工程菌在诱导产酶阶段的甲醇流加速率。为了确定植酸酶发酵过程中最合适的甲醇流加速率,通过控制3.5 g/(L·h)、5.5 g/(L·h)、7.5 g/(L·h)这3种甲醇流加速率,探讨不同甲醇流加速率条件下的毕赤酵母工程菌的植酸酶产量。结果表明,在甲醇流加速率为5.5 g/(L·h)条件下,发酵结束时,植酸酶酶活达到26386 U/mL,是3.5 g/(L·h)甲醇流加速率的106.83%、7.5 g/(L·h)甲醇流加速率的122.17%,该甲醇流加速率对发酵生产植酸酶最有利。本论文对表达植酸酶的重组毕赤酵母发酵条件进行优化,探索出合适的发酵工艺,同时通过对发酵过程中相关参数的测定,缓解了重组毕赤酵母发酵过程中存在的多拷贝重组菌诱导阶段生长缓慢、植酸酶表达活性低等问题,为植酸酶的大规模工业化生产提供技术和理论指导。
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