[发明专利]一种利用超声波提高细菌胞外多糖产量的方法

说明书

本发明公开了一种利用超声波处理提高细菌胞外多糖产量的方法，以多粘类芽孢杆菌PYQ1为对象，将超声波技术引入微生物发酵过程中。本发明通过研究不同生长阶段超声处理、不同超声时间和不同超声功率对产糖菌生物量和多糖产量的影响，证明使用低频超声波辅助多粘类芽孢杆菌PYQ1多糖发酵具有可行性，同时验证得到最适合多粘类芽孢杆菌PYQ1发酵的超声参数，可以有效提高其胞外多糖产量。本发明公开的超声波方法可应用于相关多糖工业生产中，具有节约生产成本，缩短生产周期，提高经济效益等优势，有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明属于微生物技术及多糖的生产技术领域，特别涉及一种以利用超声波技术提高细菌胞外多糖的方法。

背景技术

超声波是一种频率超过20000赫兹，高于人类听觉阈的声波，当超声波在介质中传播时，通过与介质的相互作用产生一系列物理和化学的效应，其中最主要的是机械效应与空化作用。超声波最早出现在生物领域主要是用于细胞的破碎，但随着学者们在生命科学方面的研究不断深入，近年来，超声波这种新型技术在国内外已广泛用于食品和生物加工领域。

在微生物发酵过程中，借助超声波刺激可以提高微生物细胞膜表面的流体压力，从而增加细胞膜的通透性，加快代谢产物的分泌速率，从而有效缩短发酵时间和提高有益代谢物的产量。在传统微生物发酵中，高功率超声已用于破坏微生物细胞以释放细胞内物质，并被认为是杀微生物的一种手段，而现有研究表明，低频率超声波对某些微生物细胞无毁灭性的刺激，有效提高细菌细胞膜的通透性以及细胞新陈代谢的速度，当应用于微生物液态发酵中，更有助于发酵效率及发酵产物产率的提高。Yadav等研究发现，使用低强度(25kHz)超声辅助枯草芽孢杆菌ABDR01发酵，使果胶酶、纤维素酶和木聚糖酶的酶活性较未超声组分别提高了约38.15％、53.77％和24.59％，同时文章中指出，相比于低频率超声波，较高频率(40kHz)超声不利于产生空化气泡，反而会导致细菌细胞破裂，不利于提高酶活力[1]；罗登林等也得到了相似的结论，实验发现40kHz和59kHz的超声处理抑制了黑曲霉产菊粉酶的活力，频率越高，抑制效果越明显[2]。Sulaiman等在Kluyveromyces marxianus酵母发酵过程中施加频率为20kHz，间歇比为20％的超声波，最终发酵得到的乙醇是对照组的3.5倍，且酵母的生物量和细胞活力均得到了一定提升[3]。

低成本、易处理、效果显著的超声波辅助微生物发酵，已有提高酒精、生物酶、乳糖等产量的研究，但研究对象主要集中在酵母、霉菌、藻类等，且在对超声条件和培养基进行大量优化的前提下，仍有大量属于以上三类的微生物的发酵过程表现出对超声波不敏感，或超声波表现为对发酵过程存在抑制作用，或超声在低频下，仍表现出对微生物细胞具有明显的杀伤破坏作用。因此，不同种微生物的超声波处理方式、处理强度、处理效果和机制等均存在差异。尚未有利用低频超声波处理提高多粘类芽孢杆菌胞外多糖产量的研究，亟待研究者们的深入研究，将超声波技术更好的应用于产糖菌的发酵生产之中。

参考文献：

[1]Yadav A,Ali AAM,Ingawale M,et al.Enhanced co-production ofpectinase,cellulase and xylanase enzymes from Bacillus subtilis ABDR01 uponultrasonic irradiation[J].Process Biochemistry,2020,92:197-201.

[2]罗登林,袁海丽,王斐,等.超声对黑曲霉产菊粉酶的影响[J].声学技术,2012,31:502-505.

[3]Sulaiman AZ,Ajit A,Yunus RM,et al.Ultrasound-assisted fermentationenhances bioethanol productivity[J].Biochemical Engineering Journal,2011,54:141-150.

发明内容