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            发酵工艺:提高芽孢产率的三个手段(饲料、酶制剂必读)

            2018-09-14  追梦赤子...

            一、芽孢

            芽孢也叫内生孢子。芽孢杆菌在一定阶段,在胞内形成的圆形、或椭圆形的细菌休眠体。其特点是:含水量低,有致密的细胞壁结构;耐高温,干燥环境;能抵抗许多化学药物。对不良环境具有极强的抗逆能力,是整个自然界中最强的生命体形式,同时也是细菌分类重要标志。 


            二、能产芽孢的细菌有哪些?

            枯草芽孢杆菌/蜡样芽孢杆菌/地衣芽孢杆菌/短小芽孢杆菌/炭疽芽孢杆菌/巨大芽孢杆菌/蕈状芽孢杆菌/苏云金芽孢杆菌。

            芽孢杆菌为革兰氏染色阳性菌。需氧或兼性厌氧,大多数有动力,无荚膜,多数溶血,通常过氧化氢酶阳性。DNA中的G C克分子含量为3262%

            各类芽孢杆菌具有广泛用途,以枯草芽孢杆菌为例,其可用于生产ɑ-淀粉酶、蛋白酶、β-葡聚糖酶、碱性磷酸酶等,各种芽孢杆菌在酶制剂行业/饲料添加剂行业广泛采用。


            三、芽孢/孢子/包囊概念区分

            芽孢是细菌的一种抗逆环境状态,具芽孢状态的细菌在不良情况下绝大部分可以存活。芽孢新陈代谢极慢,不能进行分裂生殖,当营养状况改良时芽孢可转化为营养态,又进行较旺盛的新陈代谢进而分裂生殖。由于芽孢极强的,故在灭菌过程中需反复操作。

            雹子是真菌和放线菌生殖器官

            藻状菌无性繁殖产生的孢子生在孢子囊内,所以称包囊孢子,一般有两种类型:一种具有一个或二个鞭毛,称游动孢子。另一种类型其孢子无鞭毛,又名静止孢子。

             

            四、如何提高芽孢转化率?

            4.1 营养匮乏可提高芽孢转化率

            (1) 维持最佳浓度的C源(葡萄糖3-5%)、N源(蛋白胨0.6-0.8%)可迟缓芽胞体的形成;

            (2) 较高的C/N比可迟缓芽孢体的形成;

            (3) 提高磷酸盐浓度对生长的影响较小,但会导致储能物质PHB增加,并延缓芽孢形成;

            (4) 提高镁离子浓度,作于与磷酸盐效果相似;

            (5) 补糖措施可使芽孢形成过程逆转;

            4.2 恶化环境条件有助于形成芽孢

            (1) 控氧:降低通气量或严格厌氧等;

            (2) 温度:冷冻或者升温,改变培养温度;

            (3) pH:调节发酵pH至碱性或者酸性。


            4.3 储能物质是芽孢形成的关键条件之一

            对于蜡样芽孢杆菌(bacillus cereus而言,聚β-羟基丁酸(简称PHB)的积累在其营养体发酵对数期完成时达到积累值最高峰,随后此类细菌可在营养缺乏时利用PHB作为碳源及能源。

            因此,PHB(一种类似糖原功能的物质)是影响芽孢形成快慢的关键物质,作为储能物质,PHB在蜡样芽孢杆菌(好氧)体内的的降解路线如下:

            根据文献报道,PHB含量在蜡样芽孢杆菌发酵的对数期末期达到最大值,自稳定期开始PHB逐渐减少并形成芽孢,储能物质完全消耗殆尽之时芽孢产量最大。有人认为是PHB降解为芽孢提供了碳源及能源。

            4.4 大量积累的p3Ap3可阻碍营养态细胞的蛋白合成通路

            众所周知,芽孢杆类细菌自芽孢态向营养态的转变是由营养条件的优劣而定。此现象的本质是细胞内的5,3(2)-双(三)磷酸腺苷(p3Ap3)调节。p3Ap3p3Ap3合成酶调节,p3Ap3合成酶位于细胞膜,可能是磷酸烯醇式丙酮酸-丙糖磷酸转移酶系统(PTS)。故当外界营养条件丰富时,PTS系统参与碳源运输;当碳源不足时,产生调节分子:p3Ap3,因此,细菌的营养态与芽孢态的转变过程在于p3Ap3酶对外界环境的感知。


            五、结论:

            结合之前论述过的产芽孢条件:大量芽孢形成的三个必要条件是:

            大量的能量储备(如:糖原或聚β-羟基丁酸等),是为芽孢形成的内在条件;

            2 整体环境为营养匮乏的条件下,大量存在的p3Ap3能强烈一直RNA聚合酶活性,通过阻碍蛋白质的合成进而影响细胞的生长,最终形成大量芽孢,有鉴于此,可以考虑添加外源p3Ap3以抑制RNA聚合酶活性

            3 恶劣的环境条件。

             

            参考文献:

            发酵工程》大工艺2群(细菌类发酵)      讨论资料

            《发酵工程》固态发酵技术群      讨论资料

            尤复翰 陆佩洪. 细胞的发育[M]. 1983

            郭秀君等;蜡质芽孢杆菌芽孢的形成及与PHB的关系.《山东大学学报》1994.3



            文/云淡风轻整理



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