一種發酵專用酵母培養基的生產方法
【專利摘要】本申請公開了一種發酵專用酵母培養基生產方法及由此生產的酵母培養基，所述方法采用專門用于生產培養基的特種酵母及多種酵母水解工藝，采用定向水解技術，控制蛋白質、核酸的水解度，根據產物的生物合成代謝途徑，優化培養基中促生長因子及促產物表達因子的含量，結合大量的產品應用數據來開發更適合乳酸鏈球菌素、DHA、VB2、L-乳酸、赤蘚糖醇、透明質酸、黃原膠、鳥苷、肌苷、賴氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等發酵產品所需的酵母培養基。
【專利說明】一種發酵專用酵母培養基的生產方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及發酵領域，具體地，本申請提供了一種發酵專用酵母培養基生產方法及由此生產的酵母培養基。
【背景技術】
[0002]中國的發酵產業歷經了幾十年的快速發展，目前已進入了產業升級換代的新階段。隨著競爭的加劇，眾多發酵廠家開始嘗試進入新的發酵領域，探索新的生物制品的生產，而這些產品的生產工藝會更精細，對培養基中的各營養成分的要求也更高。
[0003]比如新型氨基酸的發酵和新型抗生素的發酵多采用經過多次誘變篩選的營養缺陷型高產菌株或經過基因工程技術改造的菌種，是典型的代謝控制發酵，通過強化或控制發酵培養基中的某些氨基酸、有機酸、核酸、維生素等的含量，從而實現對發酵代謝的調控，使發酵進入產品的合成代謝途徑，達到積累產物的目的。
[0004]大部分發酵產品是微生物的初級代謝產物和次級代謝產物，特別是微生物的次級代謝過程復雜，其中培養基的調節作用非常關鍵。有機氮源中的多營養成分對次級代謝的促進作用和反饋抑制作用往往同時存在，所以培養基生產廠家需要加強對發酵代謝調控理論的研宄，通過發酵代謝調控理論來分析產物的生成原理，將培養基的生產和產品生產原理緊密的結合起來，使培養基中的各營養成分與發酵產品的生產工藝需求及產物表達原理更匹配。
[0005]目前國內還很少有工廠專門將酵母培養基的生產與發酵產品的發酵代謝調控相結合，因此我們的酵母培養基生產技術彌補了這一空白。
[0006]目前酵母培養基廠家多利用面包酵母或啤酒酵母生產酵母粉、酵母自溶粉、酵母抽提物、酵母浸膏或浸粉，用作微生物發酵的有機氮源。
[0007]然而，生物產業的競爭在加劇，高附加值和采用清潔生產工藝生產的新型發酵產品越來越多，很多產品的生產采用的是高產的營養缺陷型菌株，傳統的酵母培養基并沒有針對這些菌株的營養需求進行優化，已不能完全滿足行業的發展需求。
[0008]隨著人們生活水平的提高，人們對醫藥、食品安全的要求更高，用發酵法生產更安全的、附加值更高的醫藥、食品、保健品等將是大勢所趨。
[0009]中國的發酵行業也正在升級換代，更優良的菌種、更尖端的發酵技術、更清潔的生產工藝逐漸被引入發酵生產。因發酵產品和發酵技術的升級，發酵廠家必將對培養基生產企業提出更嚴格的要求，對酵母培養基生產企業來說，這既是機遇，也是挑戰。
[0010]為應對挑戰，酵母培養基生產企業需要和發酵企業加強溝通聯系，加強了解菌種的營養缺陷型特征，了解發酵廠家的生產工藝，深入研宄產品的發酵代謝途徑、合成機制，準確的對酵母培養基中的某些重要營養成分進行優化調配，將培養基的生產和發酵代謝調控緊密的結合起來，使酵母培養基中的各營養成分與發酵產品的生產工藝需求及產物表達原理更匹配，通過更深入的發酵代謝調控研宄，針對不同發酵產品的個性化需求、開發更多的差異化的酵母培養基產品，生產更多符合發酵廠家需求的更高品質的酵母培養基。
【發明內容】
[0011]本發明通過發酵代謝調控理論來分析生產菌種的特點及產物的生成原理，將培養基的生產和產品生產原理緊密的結合起來，使培養基中的各營養成分與發酵產品的生產工藝需求及產物表達原理更匹配。通過強化或控制發酵培養基中的某些氨基酸、有機酸、核酸、維生素等的含量，使培養基更適合高產缺陷型菌株的營養需求及產物表達需求，實現對發酵代謝的調控，使發酵進入產品的合成代謝途徑，縮短發酵時間或提高發酵得率。
[0012]除了菌體培養，其實大部分發酵產品都是微生物發酵的初級代謝產物或次級代謝產物，都是經特定的代謝途徑合成的。微生物的次級代謝過程非常復雜，往往是在穩定生長的中后期，在發酵液中的一些易被微生物利用的碳，或氮，或磷被耗盡，次級代謝中所需的酶開始合成或酶的活性的抑制作用被解除后才開始的，所以有時培養基中的營養成分的一些微小差別也會造成產率的變化。
[0013]由此，在本發明的第一個方面，本發明提供了一種發酵專用酵母培養基的生產方法，所述方法采用專門用于生產培養基的特種酵母及多種酵母水解工藝，采用定向水解技術，控制蛋白質、核酸的水解度，根據產物的生物合成代謝途徑，優化培養基中促生長因子及促產物表達因子的含量，結合大量的產品應用數據來開發更適合乳酸鏈球菌素、DHA,VB2、L-乳酸、赤蘚糖醇、透明質酸、黃原膠、鳥苷、肌苷、賴氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等發酵產品所需的酵母培養基。
[0014]在優選的實施方案中，本發明所述酵母培養基用于谷氨酸發酵，所述方法包括控制培養基中的生物素和磷酸鹽的含量。優選地，所述方法嚴格控制培養基中的生物素和磷酸鹽的含量，否則會生成乳酸和纈氨酸。
[0015]在另一優選的實施方案中，本發明所述酵母培養基用于賴氨酸發酵，所述方法包括使用亮氨酸和蘇氨酸營養缺陷型菌株作為生產菌種，并且控制培養基中亮氨酸和蘇氨酸水平。
[0016]在再一優選的實施方案中，本發明所述酵母培養基用于丙酮酸發酵，所述方法采用光滑球擬酵母，并控制培養基中的煙酸、硫胺素、吡哆醇、生物素、核黃素等維生素的含量，從而減弱旁支代謝途徑，使丙酮酸得到積累。
[0017]在又一優選的實施方案中，本發明所述酵母培養基用于檸檬酸發酵，所述方法控制培養基中的鐵離子和錳離子等金屬離子的含量，從而在酸性條件下減弱順烏頭酸水合酶的活力，使檸檬酸得到積累。
[0018]在再一些優選的實施方案中，本發明所述酵母培養基用于鳥苷、肌苷的發酵，所述方法采用枯草芽孢桿菌的腺嘌呤、黃嘌呤、鳥嘌呤的營養缺陷型菌株，并且控制培養基中的腺嘌呤、黃嘌呤、鳥嘌呤等核酸含量處于亞適量水平。
[0019]在本發明的第二個方面中，本發明提供了一種赤蘚糖醇發酵專用酵母培養基的生產方法，其中所述生產方法通過優化產品中的特定氨基酸的含量，從而提高菌體的耐滲透壓能力和增強菌體生長過程中的HMP代謝流；通過優化特定維生素的含量，控制菌體的生長速度，增強菌體生長過程中的轉酮酶和赤蘚糖還原酶的活力，從而提高赤蘚糖醇產量。
[0020]在本發明的第三個方面中，本發明提供了一種鳥苷和肌苷發酵專用酵母培養基的生產方法，所述方法通過使用特種酵母及結合多種酵母水解工藝，優化了培養基中核酸的含量及核苷酸的水解度，使該培養基可滿足嘌呤缺陷型菌株生長時的營養需求；提高了培養基中的總氮、游離氨基酸及維生素的含量，可使菌體快速生長，從而增強菌體生長過程中的TCA及HMP代謝流，滿足鳥苷酸、肌苷酸的從頭合成需要消耗的大量氨基酸及ATP需求，使鳥苷酸、肌苷酸大量合成。
[0021]優選地，所述方法采用枯草芽孢桿菌的腺嘌呤、黃嘌呤、鳥嘌呤的營養缺陷型菌株，并且控制培養基中的腺嘌呤、黃嘌呤、鳥嘌呤等核酸含量處于亞適量水平。
[0022]本申請通過發酵代謝調控理論來分析生產菌種的特點及產物的生成原理，將培養基的生產和產品生產原理緊密的結合起來，使培養基中的各營養成分與發酵產品的生產工藝需求及產物表達原理更匹配。通過強化或控制發酵培養基中的某些氨基酸、有機酸、核酸、維生素等的含量，使培養基更適合高產缺陷型菌株的營養需求及產物表達需求，實現對發酵代謝的調控，使發酵進入產品的合成代謝途徑，縮短發酵時間或提高發酵得率。
[0023]本發明的另一些方面在以下的說明書中公開。通過以下實施例對本發明進行了詳細描述，其僅用于說明目的并且無意于進行限制。由于該描述和實施例，同樣包括于本發明中的其他實施方案對于本領域技術人員而言是明顯的。
【具體實施方式】
[0024]以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0025]實施例1:圣琪生物赤蘚糖醇發酵專用酵母培養基
[0026]赤蘚糖醇是一種甜度為蔗糖60% -80%的四碳糖醇，生產赤蘚糖醇的菌株多為耐高滲壓菌株，如假絲酵母屬(Candida)、球擬酵母屬(Torulopsis)、圓酵母屬(Torulasp.)、Moniliella、Trichosporonoides 等。
[0027]生產中，赤蘚糖醇的生成與菌體生長速度有關，生長快的酵母會形成少量的甘油和大量的阿拉伯糖醇，生長不太快的酵母則形成甘油和赤蘚糖醇，而生長慢的酵母會形成更多的赤蘚糖醇。
[0028]這些生產菌種多以葡萄糖或蔗糖等為碳源，以酵母膏或酵母粉為有機氮源，主要通過HMP途徑，即通過磷酸戊糖途徑和糖酵解途徑生成大量的赤蘚糖-4-磷酸，并產生足夠的還原力，然后在赤蘚糖還原酶的作用下脫去磷酸生成赤蘚糖醇，并釋放到胞外。
[0029]通過磷酸戊糖途徑合成赤蘚糖醇時，需要大量的高活性的轉酮酶，赤蘚糖醇的生成會反饋抑制該酶的活性，所以生產中，當赤蘚糖醇快速積累時，該酶的活性會急劇下降。此外，轉酮酶的活力也會隨著培養基中磷酸濃度的增加而顯著下降，發酵過程中生成的延胡索酸鹽也會抑制該酶的活性，從而降低赤蘚糖醇的產量。
[0030]現在，提高赤蘚糖醇產量的研宄主要集中在通過育種或代謝調控，使發酵過程中的HMP代謝途徑更暢通，同時增強發酵過程中的己糖激酶、轉酮酶、以及赤蘚糖還原酶的活力，從而將代謝流往6-磷酸果糖和4-磷酸赤蘚糖積累的方向牽引。
[0031]圣琪生物根據赤蘚糖醇的發酵代謝途徑，專門開發了適用于赤蘚糖醇發酵的酵母培養基。通過優化產品中的特定氨基酸的含量，從而提高菌體的耐滲透壓能力和增強菌體生長過程中的HMP代謝流；通過優化特定維生素的含量，控制菌體的生長速度，增強菌體生長過程中的轉酮酶和赤蘚糖還原酶的活力，從而提高赤蘚糖醇產量。
[0032]產品通過發酵客戶使用，可明顯縮短發酵時間或提高產品得率，經過實驗模擬，證明可行。
[0033]實施例2:圣琪生物鳥苷、肌苷發酵專用酵母培養基
[0034]鳥苷和肌苷是食品增鮮劑，被廣泛用作食品調味料。
[0035]鳥苷還是重要的醫藥中間體，廣泛應用于核苷類抗病毒藥物如利巴韋林、阿昔洛韋等藥物的合成。肌苷可以用來治療白細胞減少癥、血小板減少癥、各種心臟疾患、急性及慢性肝炎等疾病。
[0036]鳥苷酸、肌苷酸的生產是通過核苷酸的從頭合成途徑合成，首先通過HMP代謝途徑合成5-磷酸核糖焦磷酸，然后以天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位等為原料，在一系列酶及Mg2+、K+(酶激活劑)等的作用下，首先合成肌苷酸，然后進一步合成鳥苷酸。
[0037]鳥苷酸、肌苷酸合成過程中的一些關鍵酶，例如核糖磷酸焦磷酸激酶受ADP和GDP的反饋抑制，磷酸核糖酰胺轉移酶受ATP、ADP、AMP及GTP、⑶P、GMP的反饋抑制。因此，大部分的生產菌種是腺嘌呤、黃嘌呤、鳥嘌呤的營養缺陷型菌株，通過截斷某些非目的產物的合成途徑，或者截斷目的產物的分解代謝途徑(生產鳥苷時截斷的是AMP合成途徑，生產肌苷時截斷的是AMP、GMP的合成途徑)，減弱或消除產物的反饋阻遏或反饋抑制作用，從而達到積累鳥苷酸、肌苷酸的目的。
[0038]圣琪生物根據核苷酸的從頭合成途徑，專門開發了適用于鳥苷、肌苷發酵的酵母培養基。通過使用特種酵母及結合多種酵母水解工藝，優化了培養基中核酸的含量及核苷酸的水解度，使該培養基可滿足嘌呤缺陷型菌株生長時的營養需求；提高了培養基中的總氮、游離氨基酸及維生素的含量，可使菌體快速生長，從而增強菌體生長過程中的TCA及HMP代謝流，滿足鳥苷酸、肌苷酸的從頭合成需要消耗的大量氨基酸及ATP需求，使鳥苷酸、肌苷酸大量合成。
[0039]產品通過發酵客戶使用，可明顯縮短發酵時間或提高產品得率，經過實驗模擬，證明可行。
[0040]其它實施方案
[0041 ] 從本文中公開的說明書或公開內容的實踐來考慮，本公開內容的其它實施方案對于本領域技術人員而言將是顯而易見的。本說明書和實施例旨在僅被認為用作示例，本公開內容的真實保護范圍由以下權利要求表明。本文中提及之任何參考文獻的內容均通過引用以其整體并入本文。
【權利要求】
1.一種發酵專用酵母培養基的生產方法，其采用專門用于生產培養基的特種酵母及多種酵母水解工藝，采用定向水解技術，控制蛋白質、核酸的水解度，根據產物的生物合成代謝途徑，優化培養基中促生長因子及促產物表達因子的含量，結合大量的產品應用數據來開發更適合乳酸鏈球菌素、0撤、782、卜乳酸、赤蘚糖醇、透明質酸、黃原膠、鳥苷、肌苷、賴氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等發酵產品所需的酵母培養基。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述酵母培養基用于谷氨酸發酵，所述方法包括控制培養基中的生物素和磷酸鹽的含量。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述酵母培養基用于賴氨酸發酵，所述方法包括使用亮氨酸和蘇氨酸營養缺陷型菌株作為生產菌種，并且控制培養基中亮氨酸和蘇氨酸水平。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述酵母培養基用于丙酮酸發酵，所述方法采用光滑球擬酵母，并控制培養基中的煙酸、硫胺素、吡哆醇、生物素、核黃素等維生素的含量，從而減弱旁支代謝途徑，使丙酮酸得到積累。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述酵母培養基用于檸檬酸發酵，所述方法控制培養基中的鐵離子和錳離子等金屬離子的含量，從而在酸性條件下減弱順烏頭酸水合酶的活力，使檸檬酸得到積累。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述酵母培養基用于鳥苷、肌苷的發酵，所述方法采用枯草芽孢桿菌的腺嘌呤、黃嘌呤、鳥嘌呤的營養缺陷型菌株，并且控制培養基中的腺嘌呤、黃嘌呤、鳥嘌呤等核酸含量處于亞適量水平。
7.—種赤蘚糖醇發酵專用酵母培養基的生產方法，其中所述生產方法通過優化產品中的特定氨基酸的含量，從而提高菌體的耐滲透壓能力和增強菌體生長過程中的腿？代謝流；通過優化特定維生素的含量，控制菌體的生長速度，增強菌體生長過程中的轉酮酶和赤蘚糖還原酶的活力，從而提高赤蘚糖醇產量。
8.—種鳥苷和肌苷發酵專用酵母培養基的生產方法，所述方法通過使用特種酵母及結合多種酵母水解工藝，優化了培養基中核酸的含量及核苷酸的水解度，使該培養基可滿足嘌呤缺陷型菌株生長時的營養需求；提高了培養基中的總氮、游離氨基酸及維生素的含量，可使菌體快速生長，從而增強菌體生長過程中的扣八及腿？代謝流，滿足鳥苷酸、肌苷酸的從頭合成需要消耗的大量氨基酸及八I？需求，使鳥苷酸、肌苷酸大量合成。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述方法采用枯草芽孢桿菌的腺嘌呤、黃嘌呤、鳥嘌呤的營養缺陷型菌株，并且控制培養基中的腺嘌呤、黃嘌呤、鳥嘌呤等核酸含量處于亞適量水平。
【文檔編號】C12P13/08GK104498538SQ201410827460
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月25日 優先權日:2014年12月25日
【發明者】余明華, 楊海珍 申請人:山東圣琪生物有限公司