海藻酸钙凝胶颗粒固定化抗冻酵母AFY-1的机制分析及条件优化

本文旨在开发抗冻酵母AFY-1的海藻酸钙凝胶固定化技术,探明固定化机制。在不同海藻酸钠浓度、Ca Cl2浓度和固化时间条件下制备固定化酵母,并在一定条件下进行乙醇发酵,分析发酵能力与酵母生长、凝胶颗粒通透性之间的关系,然后通过响应面实验优化固定化条件。实验结果显示,乙醇收率随凝胶颗粒通透性的增加呈线性增加,而酵母生长与固定化条件无关,基本保持不变。当固定化条件为海藻酸钠质量分数1.45%、Ca Cl2质量分数17.45%、固化时间1.09 h时,固定化酵母的乙醇收率可达24.1%,高于游离酵母的20.9%。此外,固定化酵母的生长能力明显强于游离酵母。在固定化酵母的乙醇发酵中,每个三角瓶（250 m L）内的总细胞数从5.0×10^8个增加到大约11.2×10^8个;而在游离酵母的乙醇发酵中,每个三角瓶内的总细胞数从5.0×10^8个仅增加到7.5×10^8个。

线性减小比生长速率指数补料策略对酵母生产效率的改善

酵母的生产效率和成本在很大程度上依赖于培养模式。根据酵母的生长特性,提出了一种新的线性减小比生长速率指数补料（exponential-feeding based on linear reducing specific-growth-rate,LR-μ-EF）策略。首先,采用该策略进行抗冻酵母Saccharomyces cerevisiae AFY-1的3 L发酵罐培养试验,比较了培养过程中生物量的计算值和实验值。然后在此基础上,以最终生物量、收率和生产速度为酵母生产效率的评价指标,讨论了补料速度和累计补料体积对酵母生产效率的影响。当恒定比生长速率指数补料（constant-μexponential-feeding,C-μ-EF）培养阶段的比生长速率（μ）为0.05 h-1、LR-μ-EF培养阶段的μ减小速度为0.000 8 h-2时,生物量的实验值与计算值基本一致。在累计补料体积560 m L的条件下,最终生物量和酵母收率随着μ减小速度的增大而逐渐上升,当μ减小速度为0.000 8 h-2时分别达到77.5g/L和38.0%。这与μ减小速度为0（即C-μ-EF策略）时相比,分别增加了26.7%和27.5%。此外,酵母生产速度基本与μ减小速度无关,保持在0.8~0.9g/（L·h）范围。以上研究结果表明了LR-μ-EF策略改善酵母生产效率的能力,为酵母的工业化生产提供了有用信息。

产脑苷脂鸡枞菌Termitomyces clypeatus CTM-1的分子生物学鉴定及生长特性研究

脑苷脂A和B具有显著的镇痛作用和脑神经保护作用。鸡枞菌(Termitomyces clypeatus)子实体含有脑苷脂A和B,但是野生鸡枞菌子实体资源稀少。笔者在前期研究中以野生鸡枞菌子实体为原料,通过组织分离、菌种纯化及筛选,培育出菌株CTM-1。本研究中,采用分子生物学方法鉴定了菌株CTM-1与鸡枞菌的菌种同源性,测定了该菌株平板培养、液体培养中菌丝体的生长速率和脑苷脂含量。实验结果表明:菌株CTM-1及其出发野生子实体与Termitomyces clypeatus的同源性为99%。在PDAY平板培养中,菌落直径的增长速率在27 d内基本稳定在1.5mm/d。比菌落直径增长速率在1 d时为0.21 d-1,然后逐渐下降。在DPt液体培养中,9 d以后为菌丝体生长的稳定期,此时的生物量为3.57 g/L。比菌丝体生长速率在1 d时为2.00 d-1,然后逐渐下降。菌丝体的脑苷脂A、B含量分别为0.152%、0.066%。由此可见,鸡枞菌CTM-1的大规模培养可以成为脑苷脂A、B原料生产的有效途径。

抗冻酵母AFY-1的菌种同源性及发酵能力

抗冻酵母是冷冻生胚加工的关键。本文以酿酒酵母CGMCC 2.1423为原始菌种,采用低温等离子体诱变结合定向驯化和筛选的方法选育出一株抗冻酵母菌种AFY-1。采用分子生物学方法鉴定抗冻酵母AFY-1与酿酒酵母的菌种同源性,分析该抗冻酵母冻藏中的细胞存活率和发酵能力,并与其原始酵母进行比较。试验结果表明:抗冻酵母AFY-1与酿酒酵母的菌种同源性为99%。细胞悬液在-20℃和-80℃条件下冻藏120 d后,抗冻酵母AFY-1的细胞存活率分别保持在83.2%,82.0%,高于原始酵母的35.6%,29.7%。面团在-20℃条件下冻藏70 d后,抗冻酵母AFY-1的平均醒发速度和发酵力分别保持在冷冻前的60.2%,87.9%,远高于原始酵母的9.2%,15.1%。由此可见,抗冻酵母AFY-1具有较强的冷冻温度适应性、冻藏稳定性和发酵能力,可用于冷冻生胚的加工。