Increased Production of Ginsenoside Compound K by Optimizing the Feeding of American Ginseng Extract during Fermentation by Aspergillus tubingensis
- 作者
- Woo-Seok Song, Min-Ju Kim, Kyung-Chul Shin, Deok-Kun Oh
- 单位
- Department of Bioscience and Biotechnology, Konkuk University; Department of Integrative Bioscience and Biotechnology, Konkuk University
- 杂志
- Journal of Microbiology and Biotechnology（2022）
- DOI
- 10.4014/jmb.2203.03059
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
通过发酵法生产人参皂苷Compound K（C-K）的浓度和产率低，需要优化发酵培养基及底物投喂策略以提高C-K产量。
研究策略
采用响应面法（RSM）优化诱导剂（稻草）、碳源（蔗糖）和氮源（大豆蛋白浓缩物）的浓度，并系统优化美国人参提取物（AGE）的投喂时间、投喂浓度和投喂频率。
核心内容
本研究以塔宾曲霉（Aspergillus tubingensis）为底盘菌株，针对发酵生产人参皂苷Compound K（C-K）浓度和产率偏低的问题，系统优化了培养基组成及底物投喂策略。首先通过响应面法优化诱导剂稻草、碳源蔗糖和氮源大豆蛋白浓缩物的浓度，使C-K浓度从0.071 g/l提升至0.22 g/l，产率达1.52 mg/l/h，摩尔转化率91.0%，较优化前提高3.1倍。在此基础上，首次采用分两次投喂美国人参提取物（AGE）的策略，即在48 h和60 h各投喂8 g/l（总计16 g/l），144 h时C-K产量达到2.47 g/l（3.96 mM），产率17.1 mg/l/h，摩尔转化率64.3%，菌体干重8.78 g/l，较投喂优化前提高11倍。该产量和产率约为文献报道的Paecilomyces bainier sp. 229的两倍，为迄今发酵法最高水平。结果表明，通过培养基组分优化和AGE分次投喂策略，可显著提升塔宾曲霉将PPD型人参皂苷转化为C-K的效率，该菌作为GRAS菌株有望用于食品级C-K的工业化生产。
创新点
首次通过分两次投喂AGE（8 g/l，分别在48 h和60 h）的策略，将C-K产量和产率提升至发酵法迄今最高水平；并证明投喂策略优化是提高C-K生产的有效手段。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Aspergillus tubingensis KCTC 14166 | protopanaxadiol型人参皂苷水解通路（Rb1→Rd→F2→C-K，Rb2→C-O/C-Y→C-K，Rc→C-Mc1/C-Mc→C-K） | — | 胞外酶（D-葡萄糖苷酶、L-阿拉伯呋喃糖苷酶、L-阿拉伯吡喃糖苷酶） | 催化 | 负责水解PPD型人参皂苷的糖基，将AGE中的Rb1、Rb2、Rc等转化为C-K，最终C-K产量2.47 g/l。 |
关键发现
- 优化培养基后，C-K浓度达0.22 g/l，产率1.52 mg/l/h，摩尔转化率91.0%，比优化前（0.071 g/l和0.49 mg/l/h）提高3.1倍
- 分两次投喂8 g/l AGE（48 h和60 h，总16 g/l）后，A. tubingensis在144 h产生C-K 2.47 g/l（3.96 mM），产率17.1 mg/l/h，摩尔转化率64.3%，干重8.78 g/l，比投喂优化前提高11倍
- 与文献报道的其他真菌发酵相比，浓度和产率约为Paecilomyces bainier sp. 229的2倍，为目前发酵法最高值。
研究结论
通过优化发酵培养基中的诱导剂、碳源、氮源以及AGE的投喂策略，A. tubingensis能够高效地将PPD型人参皂苷转化为C-K，获得迄今发酵法最高的C-K浓度和产率；该菌为GRAS菌株，可用于食品级C-K的工业生产。