超声对谷氨酸棒杆菌发酵L-异亮氨酸的影响

熊海波，刘云鹏，徐庆阳,2,3*

1(天津科技大学 生物工程学院，天津， 300457)2(天津市氨基酸高效绿色制造工程实验室，天津， 300457)3(代谢控制发酵技术国家地方联合工程实验室，天津， 300457)

L-异亮氨酸作为哺乳动物8种必需氨基酸之一，是合成人体激素及酶类的原料，能够促进蛋白质合成并抑制其分解[1]。近年来,随着L-异亮氨酸在医药保健、食品加工和饲料工业中的应用研究不断深入,市场对L-异亮氨酸的需求在不断生长。L-异亮氨酸虽已实现工业化生产,但目前产量仍不能满足需要，目前我国L-异亮氨酸的需求缺口较大,并且年需求量逐年增加[2]。

一般认为微生物在生长旺盛期，正常代谢不会出现在培养液中大量分泌特定的中间代谢物的现象，谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamate)为了积累特定的氨基酸，必须使用某些方法使其代谢或结构异常化[3-5]。谷氨酸棒杆菌发酵在不同的阶段细胞形态会产生不同的变化，增殖培养时期菌株以生长分裂、倍速扩增菌体生物量为目的，而在生产目的产物异亮氨酸时，需要实现菌体形态的“发酵转换”，限制细胞膜的合成，菌体伸长、膨胀，形成生产型细胞，开始积累L-异亮氨酸[6-7]。而这种“发酵转换”，需要通过各种物理、化学或生物手段对细胞膜的合成或细胞膜本身进行干扰或破坏[8]。这些方法包括发酵液中添加表面活性剂、CaCl2、限制发酵培养基中生物素含量、减少葡萄糖供应使菌体处于亚生长状态等[9]。

研究表明超声对发酵液产生的微扰动可以加速细胞间的物质交换，加强发酵液中的CO2和O2的交换速率，从而促进细胞的增殖，而超声产生的切向力可在细胞表面瞬间造成微伤，使细胞壁局部破裂，增强细胞膜的通透性和产酸能力[14]。……