專利名稱：一種利用糖蜜高效培養光合細菌的方法
技術領域：
本發明屬于生物技術領域，特別是提供了一種利用糖蜜作為混合碳源成分之一培
養超高細胞濃度光合細菌的方法，在產業化高效培養光合細菌方面具有重要應用價值。
背景技術：
光合細菌(Photosynthetic Bacteria)是一大類能在厭氧光照條件下進行不產氧 光合作用的原核生物的總稱，屬于革蘭陰性菌，分為紅螺菌科(Rhodospirillaceae)、著色 菌科(Chromatiaceae)、綠菌科(Chlorobiaceae)禾口綠色絲狀菌科(Chlorof lexaceae) 4個 科，菌細胞主要分為桿狀和球形2種不同形態，是地球生命起源的先鋒物種之一，其中紅假 單胞菌(Rhodopseudomonas)和紫色無硫菌(Rhodospirillaceae)是產業化生產較多的光 合細菌種類。光合細菌的蛋白質含量高達60%以上，同時富含可以作為細胞代謝激活劑和 天然抗氧化劑的輔酶Q10(泛醌)及具有抗癌作用的類胡蘿卜素，具有重要的營養和藥用價 值。目前，光合細菌在作為畜禽飼料添加劑促進動物生長、處理高濃度有機廢水、水產養殖 水質的凈化和農業高效活性菌肥等方面都發揮了越來越重要的作用。 國內外研究現狀顯示，目前光合細菌主要有動態和靜置2種培養方式，培養裝置 有開放和密閉2種類型。國外有采用透光的密閉式光生物反應器動態連續培養光合細菌的 報道，但在國內多采用玻璃缸和塑料桶在光照下靜置密閉培養。動態密閉培養一般在透光 的反應器內進行，為了保持培養物能夠得到充分的光照，通過泵使光合細菌液體培養物流 過螺旋透光的玻璃管。對于靜置封閉培養光合細菌的規模生產工藝一般分為四級培養，分 別是一級試管種的轉接和純化；二級錐形瓶培養，培養體積1 5升；三級擴大培養，培養 體積25 50升；四級擴大培養，培養體積為100 1500升。 對于光合細菌的培養基，一般包含了含碳、氮和磷等化合物，因為碳占光合細菌干 重的50%左右，因此培養基組成中含碳化合物的選擇與確定在光合細菌培養中占有非常重 要的地位。目前在國內外光合細菌培養中，一般采用乙酸鈉等有機酸鹽作為光合細菌培養 的主要有機碳源。盡管有機酸鹽可以作為光合細菌生長的較好碳源，可以支持光合細菌的 快速生長，但隨著光合細菌對有機酸鹽的利用，必然使培養物的pH急劇上升，而過高的pH 會明顯抑制光合細菌的持續生長，從而導致我國企業生產的光合細菌細胞濃度一般僅維持 在30億/毫升左右，是限制光合細菌達到快速可持續生長的一個重要原因。因此研究確定 既可以支持光合細菌快速生長，同時又能夠保持培養物PH穩定的碳源，是獲得超高細胞濃 度光合細菌的重要課題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種利用糖蜜作為培養光合細菌的混合碳源之一，以大幅 度提高光合細菌細胞濃度的方法。 —種利用糖蜜高效培養光合細菌的方法，是在光合細菌厭氧發酵培養過程中，以 有機酸鹽作為主要碳源培養光合細菌的基礎上，在培養基中添加0. 25g/L 2. 00g/L的糖蜜，作為支持光合細菌生長混合碳源之一，使培養物PH值穩定在適宜光合細菌生長的范 圍，補充光合細菌生長所需碳源，大幅度提高了培養的光合細菌細胞濃度。
所述的利用糖蜜高效培養光合細菌的方法，是在以有機酸鹽作為主要碳源的光合 細菌液體培養基中添加0. 25g/L 1. OOg/L的糖蜜。添加糖蜜量從0. 25g/L到1. OOg/L范 圍內不僅能夠維持適宜光合細菌生長的pH范圍，而且可以補充光合細菌生長的碳源。
本發明的工作原理是采用有機酸鹽作為光合細菌生長的碳源時，有機酸鹽中的 碳被利用，而沒有被利用的金屬陽離子必然消耗陰離子使氫離子濃度升高，即導致培養物 的pH升高，因此抑制了光合細菌的進一步生長。而主要含有蔗糖的糖蜜在厭氧條件下，通 過光合細菌的代謝可以轉化為有機酸，導致培養物PH降低。因此在利用有機酸鹽作為碳源 的同時，添加一定濃度的糖蜜不僅可以為光合細菌提供碳源促進其生長，而且可以減緩因 光合細菌利用有機酸鹽而引起的PH過快上升對光合細菌生長的抑制。
本發明的優點在于利用生產蔗糖的副產物糖蜜作為培養光合細菌的碳源之一， 不僅可以在一定程度上緩解了因利用有機酸鹽導致培養物pH升高過快而對光合細菌生長 產生的抑制作用，而且為光合細菌的生長提供了碳源，培養獲得了超高細胞濃度的光合細 菌。
圖1是本發明在乙酸鈉作為碳源之
沼澤紅假單胞菌生長效應的示意圖。 圖2是本發明在乙酸鈉作為碳源之 培養物PH的變化示意圖。
具體實施例方式
圖1是本發明在乙酸鈉作為碳源之一條件下，添加不同濃度糖蜜作為補充碳源對 沼澤紅假單胞菌生長效應的示意圖。其中，橫坐標為時間，單位天；縱坐標為代表沼澤紅 假單胞菌生長的光密度值(0D5。。 )。由圖中顯示出在為期6天的實驗中，不添加糖蜜、添加
0. 25g/L糖蜜和添加0. 50g/L糖蜜組沼澤紅假單胞菌在前3天內均呈現明顯的生長趨勢，沼 澤紅假單胞菌的生物量隨糖蜜濃度的增加而增加，而3天以后沼澤紅假單胞菌的生長基本 呈現停止狀態。當糖蜜添加量為1. OOg/L時，沼澤紅假單胞菌在前5天內一直維持很高的 生長速度，在實驗結束的第6天培養物005。。 達到了最高值9. 78，比不添加糖蜜實驗組的沼 澤紅假單胞菌生物量提高了 77%。而進一步加大糖蜜添加量為2. OOg/L時，沼澤紅假單胞 菌生長緩慢，在實驗結束的第6天ODs。。，僅為2. 82。 圖2是本發明在乙酸鈉作為碳源之一條件下，添加不同濃度糖蜜作為補充碳源時 培養物PH的變化示意圖。其中，橫坐標為時間，單位天；縱坐標為pH。由圖中顯示出當
沼澤紅假單胞菌培養物的初始pH都在8. 0時，實驗第2天，不添加糖蜜組pH增加到可以抑 制沼澤紅假單胞菌生長的8. 7，添加糖蜜量從0. 25g/L到1. OOg/L組的pH范圍維持在適宜 沼澤紅假單胞菌生長的8. 3到7. 0之內，添加糖蜜量為2. OOg/L組pH降低到不適宜沼澤紅 假單胞菌生長的6. 6。實驗2天以后所有添加和不添加糖蜜實驗組的pH均呈現不同程度的 增加趨勢，不添加糖蜜組、添加糖蜜量0. 25g/L和0. 50g/L在實驗第3天pH均增加到9. 3左
條件下，添加不同濃度糖蜜作為補充碳源對 條件下，添加不同濃度糖蜜作為補充碳源時右，而添加1. 00g/L糖蜜組pH的升高速率卻非常緩慢，在實驗結束的第6天pH才達到8. 7， 添加2. OOg/L糖蜜組pH略微有所升高，但不超過6. 8。
下面根據圖1、圖2，結合實施例對本發明詳述如下 首先配制光合細菌的基礎培養基，其組成為(g/L):乙酸鈉3.0，朋4(:1 1. 0， KH2P04 0. 5， MgS04 7H20 0. 2， NaCl 5. O，酵母粉0. 8，微量元素液1. Oml/L。微量元素液包括(mg/ L) :FeCl3 6H20 5. 0， CuS04 5H200. 05， H萬1. 0， MnCl2 4H20 0. 05， ZnS04 7H20 1. 0， CoCl2 6H20 0. 5。用去離子水配制微量元素液和基礎培養基后，分別添加糖蜜0、0. 25、0. 50、 1. 00 和2. 00g/L。將配制好的光合細菌培養基放入500mL玻璃瓶內在12rC下進行高溫高壓滅 菌20分鐘，待培養基冷卻至室溫，在潔凈工作臺無菌條件下接種沼澤紅假單胞菌。接種后 的培養物放入培養箱，在溫度30°C，白熾燈光照強度30001ux下進行連續光照培養，研究確 定在乙酸鈉為碳源的基礎上，添加糖蜜作為補充碳源對沼澤紅假單胞菌生長的效應。經過 6天的培養，沼澤紅假單胞菌生長曲線結果見附圖1，培養物pH的變化見附圖2。
圖1和圖2的研究結果表明，在乙酸鈉和糖蜜同時存在下，沼澤紅假單胞菌首先利 用糖蜜中的糖類進行發酵產生有機酸導致pH降低，因此減緩了沼澤紅假單胞菌后期利用 乙酸鈉時導致的PH過快升高。在有機酸鹽作為主要碳源的情況下，添加糖蜜量從0. 25g/L 到1. 00g/L范國內不僅能夠維持適宜沼澤紅假單胞菌生長的pH范圍，而且可以補充沼澤紅 假單胞菌生長的碳源，培養物最高0D5。。 達9. 78，比對照不加糖蜜沼澤紅假單胞菌生物量 提高77%，在利用生產蔗糖的廢棄物糖蜜和培養超高細胞濃度光合細菌的產業化生產上具 有非常重要的意義和應用價值。
權利要求
一種利用糖蜜高效培養光合細菌的方法，其特征在于在光合細菌厭氧發酵培養過程中，以有機酸鹽作為主要碳源的基礎上，在培養基中添加0.25g/L～2.00g/L的糖蜜，使培養物pH值穩定在適宜光合細菌生長的范圍，補充光合細菌生長所需碳源，提高培養的光合細菌細胞濃度。
2. 根據權利要求1所述的利用糖蜜高效培養光合細菌的方法，其特征在于在以有機 酸鹽為主要碳源的光合細菌液體培養基中，添加0. 25g/L 1. OOg/L的糖蜜。
3. 根據權利要求1所述的利用糖蜜高效培養光合細菌的方法，其特征在于在以有機 酸鹽為主要碳源的光合細菌液體培養基中，添加1. OOg/L的糖蜜。
全文摘要
本發明提供了一種利用糖蜜作為碳源之一高效培養光合細菌的方法。在光合細菌厭氧發酵培養過程中，以有機酸鹽作為主要碳源的基礎上，在培養基中添加0.25g/L～2.00g/L的糖蜜，使培養物pH值穩定在適宜光合細菌生長的范圍，提高培養的光合細菌細胞濃度，補充光合細菌生長所需碳源。使培養獲得的光合細菌生物量提高了77％，在利用蔗糖生產的副產物糖蜜和培養超高細胞濃度光合細菌的產業化生產方面具有重要的應用價值。
文檔編號C12N1/20GK101748092SQ201010106040
公開日2010年6月23日 申請日期2010年2月5日 優先權日2010年2月5日
發明者包有霞, 山其米克, 許倩倩, 閆海 申請人:北京科技大學