[发明专利]一种纳豆芽孢杆菌及其在发酵生产维生素K2中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳豆芽孢杆菌及其在发酵生产维生素K2中的应用，属于生物技术领域。

背景技术

维生素K2是一类脂溶性凝血类维生素，为甲萘醌类系列化合物，因其在食品中含量极少，素有“铂金维生素”之称，在骨质疏松症的预防和治疗方面具有显著的效果，被称为“第四代抗骨质疏松产品”。维生素K2的生物活性主要体现在促进凝血酶原的产生和增加骨钙素的合成上，在血液凝固以及骨骼代谢方面有重要作用，可用于治疗和预防维生素K缺乏引起的出血、动脉钙化、骨关节炎及骨质疏松症等疾病，在增加人体骨密度方面优于其他维生素K。近年来，对其生理功能的研究和认识又进一步加深，维生素K2还可防止肝硬化、肝纤维化转化为肝癌，促进肝细胞再生，同时在预防和治疗帕金森症方面也具有一定的疗效。维生素K2作为人体内源性高活性维生素，其安全性已得到美国FDA、中国食品药品监督管理局、美国药品研究所及欧洲议会和欧盟理事会的权威认定。

维生素K2是一类化合物——甲基萘醌类化合物，根据其分子结构上C-3位异戊二烯侧链的长短不同共有14种形式，以MK-n表示(n指侧链上异戊二烯单位的个数)，甲萘醌-4(MK-4)和甲萘醌-7(MK-7)最为常见，MK-4与维生素K1分子量相似，均具有很短的血清半衰期，要实现血液循环需要很大的剂量，比MK-7推荐剂量高1000倍。而MK-7可快速被肠道吸收，由大的脂质颗粒所运输，在循环系统中停留很长时间，血液半衰期长，有能力在除肝脏外的骨骼和动脉中发挥作用。

以往维生素K2主要通过化学合成，而化学法合成的维生素K2其异戊二烯侧链多是顺式结构，活性较低，而活性更高的天然维生素K2(MK-7)仅能通过微生物发酵法获得。为满足维生素K2不断增长的市场需求、克服化学法来源维生素K2的缺点，近年来，科学工作者开展了利用微生物发酵生产维生素K2的研究。主要包括利用纳豆芽孢杆菌、黄杆菌等，本发明所采用的菌种为纳豆芽孢杆菌，用来制备MK-7型的维生素K2。纳豆芽孢杆菌并非分类学上的名称，隶属于枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。该菌为美国FDA公布的40种益生菌之一，食用安全，是维生素K2生产的优良菌种，引起国内外学者的广泛关注。

目前国内关于维生素K2制备的专利主要集中：(1)化学法合成；(2)微生物发酵法；CN101605883B主要利用乳酸菌生产，CN201310521459.1，CN103290077A主要利用黄杆菌制备MK-4的维生素K2。而关于纳豆芽孢杆菌的专利主要集中在：(1)固态发酵制备饲料添加剂；(2)制备纳豆激酶、合生素等功能性产品；仅两篇与本专利有关，CN 102827798A公开了一种可高产维生素K2的纳豆芽孢杆菌，主要通过紫外、化学诱变以及原生质融合方法提高菌种生长速率及VK2产量；CN103898175A也公开了一种纳豆芽孢杆菌以及提纯维生素K2的方法，发明点主要在提纯方法上，未提及维生素K2的发酵指标。以上专利没有详细研究直接影响维生素K2积累的关键因素，导致产量不高，产业化难度较大。低的生产效率增加了生产成本，致使微生物来源的维生素K2价格昂贵。维生素K2为胞内产物，生物量是高产的关键，生物量的提高主要依赖营养元素的供应，而维生素K2的发酵原料成本主要来自于氮源，大豆蛋白胨的价格70元/Kg，碳源甘油仅9元/Kg，因此，增加氮源对维生素K2的转化率是降低原料成本的关键。综上，获得维生素K2的高产菌株，并结合优良的发酵工艺，获得较高的生物量和维生素K2含量，并提高原料(特别是氮源)对维生素K2的转化率，是维生素K2的工业化推广的关键所在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自主筛选的、能高产维生素K2的纳豆芽孢杆菌。

本发明还要解决的技术问题是提供上述纳豆芽孢杆菌在发酵生产维生素K2中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种纳豆芽孢杆菌，其分类命名为纳豆芽孢杆菌(Bacillus natto)，已保藏于中国典型培养物保藏中心(简称CCTCC)，地址：中国武汉武汉大学，邮编：430072，其保藏编号为CCTCC M 2014405，保藏日期为2014年9月9日。该纳豆芽孢杆菌从江苏省南京市市场上购买的纳豆产品中获得，后经紫外诱变，筛选获得蛋白酶活性较高菌种。

通过该菌株发酵制备的维生素K2为MK-7型。

纳豆芽孢杆菌CCTCC M 2014405菌株特性如下：