YIELD IMPROVEMENT OF EXOPOLYSACCHARIDES BY SCREENING OF THE LACTOBACILLUS ACIDOPHILUS ATCC AND OPTIMIZATION OF THE FERMENTATION AND EXTRACTION CONDITIONS
- 作者
- Qi Liu, Xingjian Huang, Dengxiang Yang, Tianlei Si, Siyi Pan, Fang Yang
- 单位
- Department of Biological Engineering, Hubei University Zhixing College, Wuhan 430011, China; Key Laboratory for Green Chemical Process of Ministry of Education, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, China; College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; Key Laboratory of Environment Correlative Dietology (Huazhong Agricultural University), Ministry of Education, Wuhan, 430070, China; College of Animal Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China
- 杂志
- EXCLI Journal（2015）
- DOI
- 10.17179/excli2015-356
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）胞外多糖（EPS）产量低，需要筛选高产菌株并优化发酵与提取条件以提高产量。
研究策略
采用化学诱变（0.2%硫酸二乙酯）筛选高产EPS突变株；利用Plackett-Burman设计从16个发酵因素中筛选显著因子，结合最速上升实验和响应面法（RSM）优化发酵条件；利用中心复合设计（CCD）优化提取条件；通过验证实验确认产量提升。
核心内容
为提高嗜酸乳杆菌胞外多糖（EPS）产量，研究者以ATCC菌株为对象，采用0.2%硫酸二乙酯化学诱变获得高产突变株No.48，其MRS培养基中EPS产量达2.92±0.05 g/L，为对照（1.05±0.06 g/L）的2.8倍。筛选过程中首次利用发酵液粘度作为高产菌株的快速初筛指标，显著简化了筛选流程。随后通过Plackett-Burman设计从16个因素中鉴定出Tween 80、磷酸氢二钾和柠檬酸三钠为显著影响因子，结合最速上升实验和响应面法优化发酵条件，实际最大EPS产量达3.96±0.08 g/L，较对照提高277.14%。进一步采用中心复合设计优化提取条件（乙醇浓度70%、料液比1:3.6、提取时间31 h），提取产量达1.48±0.23 g/L，较对照提高48.57%。在最优发酵与提取条件下，突变株No.48的EPS总产量达5.12±0.73 g/L，为对照的4.88倍。结果表明化学诱变结合统计优化策略可高效提升L. acidophilus的EPS产量，且粘度筛选方法简便可靠，具备良好的工业应用前景。
创新点
首次将发酵液流变学特性（粘度）用于高产EPS菌株的初步筛选，简化了筛选流程；同时系统优化了发酵和提取条件，使EPS产量大幅提高。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Lactobacillus acidophilus ATCC | 胞外多糖（EPS）生物合成 | — | — | 调控 | 初始菌株，作为诱变亲本，对照EPS产量1.05±0.06 g/L |
| Lactobacillus acidophilus mutant strain No.48 | 胞外多糖（EPS）生物合成 | — | — | 调控 | 通过0.2%硫酸二乙酯诱变获得的高产EPS突变株，在优化条件下EPS产量达5.12±0.73 g/L |
关键发现
- 通过0.2%硫酸二乙酯化学诱变筛选到高产EPS突变株No.48，MRS培养基中EPS产量为2.92±0.05 g/L，显著高于对照（1.05±0.06 g/L）。Plackett-Burman实验显示Tween 80（P=0.004）、磷酸氢二钾（P=0.003）和柠檬酸三钠（P=0.008）是影响EPS产量的显著因子（P<0.05）。最优发酵条件为：Tween 80
- 6 mL/L、磷酸氢二钾
- 6 g/L、柠檬酸三钠
- 1 g/L，RSM预测产量4.02 g/L，实际最大产量3.96±0.08 g/L，较对照提高277.14%。最优提取条件为：乙醇浓度70%、料液比1:3.6、提取时间31 h，CCD预测提取产量1.56 g/L，实际提取产量1.48±0.23 g/L，较对照提高48.57%。在优化发酵和提取条件下，突变株No.48的EPS产量达到5.12±0.73 g/L，为对照（1.05±0.06 g/L）的4.88倍（摘要误写为3.8倍）。
研究结论
成功获得一株高产EPS的嗜酸乳杆菌突变株No.48（EPS产量2.92±0.05 g/L），并通过PB、RSM和CCD方法确定了最优发酵和提取条件，最终EPS产量达到5.12±0.73 g/L，为对照的4.88倍。研究证明通过化学诱变结合统计优化可显著提升L. acidophilus的EPS产量，方法高效且具有工业应用前景。