据报道,氧气是Y. lipolytcia菌体生长及CA生产中的一个关键因素,发酵过程中短暂的氧气供应中断可引起CA产量的急剧下降并影响菌体的二态性[7, 8]。鉴于Y. lipolytcia CA生产过程对氧气的高度依赖性,氧气从气相到液相的转移是保证培养基高溶氧水平的关键。然而,由于培养基对氧的溶解量度极低,液相培养基中氧的供应率已成为有氧发酵过程中的一个限制因素[9]。Bellou等人发现,培养基中溶解氧的浓度(DOC)可能影响Y. lipolytcia的形态学和生理学,这是影响参与产物合成中关键酶活力的重要因素之一[8]。当发酵培养基中DOC提高时,脂质积累和CA的浓度都有所提高改善。传统发酵罐发酵中用于提高气相中氧气转移率的主要手段包括:增加搅拌器速度及通气速率、增加气相中的氧分压,来克服耗氧微生物大规模液体发酵中的氧气限制。但是这些方法会导致发酵罐的过度的功耗、,细胞损伤和泡沫形成[10, 11]。
增加有氧发酵中氧转移速率的有效替代方法是在培养基中添加非水溶剂或碳氢化合物,这些物质统称为氧载体。氧气在这些氧载体里的溶解度大于水相培养基。细胞对烃类液滴具有很高的亲和力,可被吸收到液滴表面形成细胞-液滴复合物,这种结构有利于其进一步吸附至气泡表面,促使了氧气由气相转移到微生物的高效传输速率[9,12,13]。因此,各种碳氢化合物如正十六烷、正十二烷、液体石蜡、硅油、油酸、全氟萘烷和全氟化碳被普遍用作有氧发酵中的氧载体[9,10,14-18]。这些化合物至少能将发酵培养基中的溶氧量提高15倍[19],因此增加了发酵培养基中的DOC,相应产物的收益率将会随之提高。而Rols等人在他们的早期研究中已阐明氧载体增强氧从气相到微生物转移速率的机制[20]。
尽管培养基DOC是CA生产的瓶颈之一,但探索该过程中有效氧载体的相关研究仍十分匮乏。在本实验中,我们分别检测了不同的氧载体包括大豆油、正庚烷、正己烷、十六烷、油酸和乙酸乙酯对Y. lipolytcia CA发酵的影响,以探究该过程的适宜氧载体。值得关注的是,Y. lipolytcia的一个独特功能是能够代谢疏水性底物,而大多数氧载体为非水性溶剂,因此氧载体在发酵过程氧气向细胞的传递过程中,可能同时作为底物被细胞所利用。在我们的实验中,当油酸作为氧载体添加到培养基后,CA生产菌株Y. lipolytcia SWJ-1b能够合成高水平的CA。同时,我们还研究了油酸同时作为氧载体和及发酵底物对该菌株CA的合成影响。
2材料和方法
2.1 实验材料
2.1.1菌种
实验所需要的菌种Y. lipolytcia SWJ-1b是从渤海海洋鱼类的消化道分离而来,由中国海洋大学池教授惠赠。
2.1.2培养基与试剂
1、培养基
蛋白胨酵母葡萄糖(YPD)固体培养基(g l-1):葡萄糖20.0 琼脂20.0 蛋白胨20.0 酵母粉20.0
YPD液体培养基(g l-1):葡萄糖20.0 蛋白胨20.0 酵母粉20.0
CA发酵培养基:葡萄糖40.0 g l-1,(NH4)2SO4,0.25 g l-1,KH2PO4 1.7 g l-1,Na2HPO4 12.0 g l-1,MgSO4 7H2O 1.25 g l-1,及酵母粉 0.25 g l-1。调pH至值调为6.0,在115℃下高压灭菌灭菌30 min。维生素B1(0.006 g l-1)和溴甲酚紫(1.6%)经0.22 μm的无菌滤膜过滤后,添加至冷却的培养基中。
2、试剂
油酸:分析纯,国药购买。
2.0 M的KOH溶液:称取11.2 g KOH溶于80.0 ml蒸馏水中,定容至100.0 ml高温高压灭菌,冷却待用。
溴甲酚紫(1.6%,w/v):本实验以该试剂作为指示剂。称取1.6 g的溴甲酚紫溶于100.0 ml 95%的乙醇中,当该指示剂颜色为黄色时,pH小于5.2;当指示剂颜色为红色时,pH介于5.2和6.8之间;当指示剂颜色为紫色时,pH大于6.8。