响应面法优化普鲁兰多糖发酵培养基.pdf

试验研
中国食品添加剂
China Food Additives
响面法优化普鲁兰多糖发酵培养基
卢星达,汪建明,马晓蕾
(食品营养与安全省部共建教育部重点实验室,
天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津300457)
摘要:采用响应面分析法对出芽短梗霹生产普鲁兰多糖的发酵培养基进行优化。采用 Plackett- Burman
实验筛选出影响普鲁兰多糖产量的主要因素为蔗糖、NaCI和FeSO4,利用最陡爬坡路径通近响应区域,应用
Box- Behnken设计和响应面分析优化得到最佳发酵培养基,发酵单位较优化前提高了30.1%。
关键词:普鲁兰多糖;响应面;优化;培养基
Optimization of fermentation medium for pullulan production
by response surface methodology
LU Xing-da WANG Jian-ming MA Xiao-lei
(Key Iaboratory of Food Nutrition and Safety, Ministry of Education, College of Food
Engineering and Biotechnology, Tianjin University of Science & Technology, Tianjin 300457)
Abstract The fermentation materials of pullulan producing strain were optimized by the response surface methodology
First, Plackett -Burman design was adopted to screen out the important factors affecting the output of pullulan: su
crose, Nacl, Fe$O. Then the path of the steepest ascent was utilized to approach the optimal region. At last, the
optimized medium was obtained by Box-behnken design and response surface methodology. Under the condition, the
pullulan was inereased by about 30. 1% compared with the previous condition
Key words: pullulan; response surface methods; optimization; medium
普鲁兰多糖是出芽短梗霉分泌的胞外多糖,了中试水平规模的生产,进而形成较大批量生产
该糖无色、无味、无毒,对人体无任何副作用,规模,至今仍然垄断着国际市场;美国也于70年
气密性好,具有优良的水溶性、成膜性、氧气不代中期选育出优良菌种,现也投入批量生产;而
渗透性、成纤性、可塑性、黏结性和自然降解性我国在80年代初期刚开始有关研究,虽然国内研
等许多独特的物理化学和生物特性,可被广泛应究普鲁兰多糖的机构众多,在菌种和发酵工艺方
用于医药、食品、农业、烟草和化妆品等领域,面已取得了一定成绩,但在产品后提取工艺方面
是一种具有极大经济价值和开发潜力的多功能新的研究一直未能取得突破性进展,存在发隊时间
型生物材料12。
长、产黑色素多、纯化提取困难等问题,一直未
由于普鲁兰多糖具有多种优良特性,有着广能实现普鲁兰多糖的工业化生产46?。
阔的应用前景,引起广大学者的重视,仅在1983
本文主要从提高产量的角度出发,对普鲁兰
年11月的《世界专利素引》中就有152项有关多糖的发酵培养基进行优化,以期获得更大的产
出芽短梗霉多糖最新应用的专利3。日本对出芽量,为普鲁兰的工业化生产清除障碍。
短梗莓研究较早,在20世纪70年代中期就进行
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万方数据
中国食品添加试验研究
China Food Additives
(蔗糖,NaCI,MgSO2,K2HPO4,FeSO,蛋白
1材料与方法
胨)进行了考察,另外取5个虚拟项进行误差估
1.1菌种
计。每个因子取2个水平,高水平编码为+1,低
出芽短梗( aureobasidium pullulans):保藏水平编码为-1。各因子水平取值见表1。以普鲁
于中国工业微生物保藏中心的出芽短梗霉菌株
多糖的产量为响应值,用 Design Expert8.0进
TKPMOX06,经紫外诱变后挑取无色素的菌株
行数据处理。
1.2试剂与培养基
表1响应面实验分析水平表
1.2.1斜面培养基即PDA培养基
水平
1.2.2基础种子培养基
因素
蔗糖50g,蛋白胨3g,K2HPO2.0g,MgSO4
0.4g,NaCl2.5g,FeSO0.01g将上述成分加入到
A蔗糖(g/L)
1000mL蒸馏水中,调节pH至7.0,121℃高压灭
B蛋白胨(gL)
菌20min,备用。
C K, HPO& (g/L
1.2.3基础发酵培养基
蔗糖75g,NaCL2.5g,MgSO240.4g,K2HPO4
D Nacl (g/I)
3.0g,FeS00.01g,蛋白胨3g,将上述成分加入
E Mgso (g/I
0.4
到1000mL蒸馏水中,调节pH至7.0,121℃高
F Fes0 (g/L)
0.03
0.02
压灭菌20min,备用。
1.3实验方法
4.2最陡爬坡实验设计
1.3.1斜面菌种制备
最陡爬坡实验以 Plackett- Buren实验的实
将原保存的菌种用划线的方法接种到新鲜斜验值变化方向为爬坡方向,根据PB实验结果设
面上,在28℃培养箱中培养4d,备用。
计步长,尽快逼近最大响应区域。
1.3.2种子培养
4.3响应面分析实验
将一环活化好的斜面菌种,接入装有100mL
根据Box- Behnken实验原理,用 design ex
种子培养基的500mlL三角瓶中,于28℃,200r/Per8.0软件,在爬坡实验结果的基础上进行三
min的摇床培养48h,即为种子液
因素三水平实验。
1.3.3发酵培养
按2%的接种量将种子液接入装有100mL发2结果与讨论
酵培养基的500mL摇瓶中,于28C,200r/min摇2.1 Plackett- Buren实验
床培养3d。
按照N=12的 Plackett- Burmen设计进行实
1.3.4多糖含量的测定
验,每组3个平行,响应值为摇瓶相对发酵单位
定量量取发酵液,在5000r/min下离
的平均值。 Plackett- Burmen实验设计及响应值
30min,倾出的上清液加入2倍工业酒精,搅拌,见表2,各因素效应及显著性分析见表3。
4℃放置过夜,使普鲁兰多糖充分沉淀,沉淀液
根据用 Design Expert8.0软件对 Placket-Bur-
以5000r/min离心30min得普鲁兰多糖沉淀,沉man设计的结果进行方差分析得出蔗糖、Na