酵母的生產(chǎn)效率和成本在很大程度上依賴于培養(yǎng)模式。根據(jù)酵母的生長(zhǎng)特性，提出了一種新的線性減小比生長(zhǎng)速率指數(shù)補(bǔ)料(exponential-feeding based on linear reducing specific-growth-rate,LR-μ-EF)策略。首先，采用該策略進(jìn)行抗凍酵母SaccharomycescerevisiaeAFY-1的3 L發(fā)酵罐培養(yǎng)試驗(yàn)，比較了培養(yǎng)過(guò)程中生物量的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值。然后在此基礎(chǔ)上，以最終生物量、收率和生產(chǎn)速度為酵母生產(chǎn)效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)，討論了補(bǔ)料速度和累計(jì)補(bǔ)料體積對(duì)酵母生產(chǎn)效率的影響。當(dāng)恒定比生長(zhǎng)速率指數(shù)補(bǔ)料(constant-μexponential-feeding,C-μ-EF)培養(yǎng)階段的比生長(zhǎng)速率(μ)為0.05 h-1、LR-μ-EF培養(yǎng)階段的μ減小速度為0.000 8 h-2時(shí)，生物量的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值基本一致。在累計(jì)補(bǔ)料體積560 mL的條件下，最終生物量和酵母收率隨著μ減小速度的增大而逐漸上升，當(dāng)μ減小速度為0.000 8 h-2時(shí)分別達(dá)到77.5g/L和38.0%。這與μ減小速度為0(即C-μ-EF策略)時(shí)相比，分別增加了26.7%和27.5%。此外，酵母生產(chǎn)速度基本與μ減小速度無(wú)關(guān)，保持在0.8～0.9g/(L·h)范圍。以上研究結(jié)果表明了LR-μ-EF策略改善酵母生產(chǎn)效率的能力，為酵母的工業(yè)化生產(chǎn)提供了有用信息。
酵母在食品、醫(yī)藥、生物工程、發(fā)酵工程、飼料工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，目前其全球年消費(fèi)量高達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸，并仍在不斷增長(zhǎng)。酵母的培養(yǎng)模式直接影響其生產(chǎn)效率和成本，是酵母生產(chǎn)技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。從理論上來(lái)說(shuō)，指數(shù)流加培養(yǎng)是一種最為有效的酵母培養(yǎng)模式。指數(shù)流加培養(yǎng)根據(jù)酵母的指數(shù)生長(zhǎng)規(guī)律確定培養(yǎng)基的流加速度，可避免一次性投料培養(yǎng)中的底物抑制問(wèn)題，減少乙醇和其他副產(chǎn)物的形成，從而提高酵母的收率和生產(chǎn)速率。
目前關(guān)于酵母指數(shù)流加培養(yǎng)的研究大多數(shù)都假設(shè)培養(yǎng)過(guò)程中酵母的比生長(zhǎng)速率保持恒定，也就是說(shuō)酵母以恒定的比生長(zhǎng)速率按時(shí)間的指數(shù)函數(shù)生長(zhǎng)。但實(shí)際上，指數(shù)流加培養(yǎng)過(guò)程中，比生長(zhǎng)速率難以保持恒定。這是因?yàn)殡S著培養(yǎng)的進(jìn)行(特別是在培養(yǎng)的中后期)，酵母、乙醇和溶氧濃度等環(huán)境條件發(fā)生改變，酵母生長(zhǎng)受到抑制。此外，合理的比生長(zhǎng)速率也難以確定。若比生長(zhǎng)速率設(shè)定過(guò)高，則培養(yǎng)基供給超出酵母生長(zhǎng)的需要，酵母生長(zhǎng)受到抑制，反之若比生長(zhǎng)速率設(shè)定過(guò)低，則培養(yǎng)基供給不足，限制酵母生長(zhǎng)速度。在指數(shù)流加培養(yǎng)的前期采用較大的比生長(zhǎng)速率，后期采用較小的比生長(zhǎng)速率，可改善溶氧不足問(wèn)題，提高最終生物量。因此，本研究根據(jù)糖代謝受到氧和糖濃度雙重影響的酵母生長(zhǎng)特性，提出一種新的線性減小比生長(zhǎng)速率指數(shù)補(bǔ)料(exponential feeding based on linear reducing specific-growth-rate,LR-μ-EF)策略。該補(bǔ)料策略在培養(yǎng)初期采用較大的比生長(zhǎng)速率，而在培養(yǎng)中后期采用隨時(shí)間線性減小的比生長(zhǎng)速率，以達(dá)到提高酵母生產(chǎn)效率的目的。
本文作者在前期研究中以SaccharomycescerevisiaeCGMCC 2.1423為出發(fā)菌株，采用低溫等離子體誘變結(jié)合定向馴化的手段，選育出了1株發(fā)酵能力強(qiáng)的抗凍酵母S.cerevisiaeAFY-1。該酵母冷凍生胚的發(fā)酵力在-20℃條件下凍藏7 d時(shí)為冷凍前的93%，35 d以后一直穩(wěn)定在冷凍前的86%，抗凍能力明顯優(yōu)于其他市售酵母。本研究以抗凍酵母S.cerevisiaeAFY-1為實(shí)驗(yàn)菌株，探究LR-μ-EF策略改善酵母生產(chǎn)效率的有效性。首先，采用該策略進(jìn)行抗凍酵母S.cerevisiaeAFY-1的培養(yǎng)，以恒化培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)為依據(jù)計(jì)算指數(shù)補(bǔ)料培養(yǎng)中的生物量，并與實(shí)驗(yàn)值比較；然后在此基礎(chǔ)上，以最終生物量、收率和生產(chǎn)速度為酵母生產(chǎn)效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)，討論補(bǔ)料速度和累計(jì)補(bǔ)料體積對(duì)酵母生產(chǎn)效率的影響。
本文提出一種新的LR-μ-EF策略，并采用該策略進(jìn)行抗凍酵母S.cerevisiaeAFY-1的3 L發(fā)酵罐培養(yǎng)試驗(yàn)。得到的結(jié)論如下：
(1)當(dāng)C-μ-EF培養(yǎng)階段的μ為0.05 h-1、LR-μ-EF培養(yǎng)階段的μ減小速度為0.000 8 h-2時(shí)，罐內(nèi)葡萄糖和乙醇濃度無(wú)上升，溶氧始終維持在30%以上，生物量的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值基本一致。
(2)在累計(jì)補(bǔ)料體積560 mL的條件下，最終生物量和酵母收率隨著μ減小速度的增大而逐漸上升。當(dāng)μ減小速度為0.000 8 h-2時(shí)，最終生物量和酵母收率分別為77.5 g/L和38.0%，與μ減小速度為0(即C-μ-EF策略)時(shí)相比分別增加了26.7%和27.5%。酵母生產(chǎn)速度基本與μ減小速度無(wú)關(guān)，保持在0.8～0.9 g/(L·h)范圍。
(3)當(dāng)累計(jì)補(bǔ)料體積從200 mL增加到560 mL時(shí)，最終生物量和酵母收率在μ減小速度0.000 8 h-2的條件下分別增加和減少30.8 g/L、2.9%，而在μ減小速度0的條件下分別增加和減少17.8 g/L、6.4%。酵母生產(chǎn)速度與累計(jì)補(bǔ)料體積無(wú)關(guān)。
相關(guān)新聞推薦
1、研究揭示保護(hù)性耕作促進(jìn)作物生長(zhǎng)的微生物學(xué)機(jī)制
2、直鏈藻生長(zhǎng)影響因素：溫度、鹽度、光照、pH、氮、磷、鐵、
4、熒光假單胞菌JL1對(duì)菌絲分泌物生長(zhǎng)反應(yīng)及對(duì)N2O排放的影響
5、全自動(dòng)生長(zhǎng)曲線分析儀揭示結(jié)核分枝桿菌通過(guò)代謝途徑抑制宿主的適應(yīng)性免疫反應(yīng)