基于5L臺(tái)式生物反應(yīng)器的蝦青素高產(chǎn)放大工藝研究

引言
在之前的文章中，我們對(duì)蝦青素生產(chǎn)工藝的快速優(yōu)化進(jìn)行了研究，最終使用野生紅法夫酵母，在500mL一次性生物反應(yīng)器系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了7.6倍的產(chǎn)量提升。（詳見下方藍(lán)色鏈接）

本次研究依舊使用野生型紅法夫酵母，在Intelli-Ferm A(G3) 5L臺(tái)式生物反應(yīng)器上進(jìn)行蝦青素放大生產(chǎn)的工藝研究。最終蝦青素的含量達(dá)到了400.62mg/L，顯著高于文獻(xiàn)報(bào)道的野生型紅法夫酵母菌株表達(dá)水平^[3-5]。

材料與方法
菌株：
紅法夫酵母：菌株編號(hào)GDMCC 2.218；
來源：廣東省微生物菌種保藏中心。

培養(yǎng)基：
初始培養(yǎng)基和補(bǔ)料培養(yǎng)基，由實(shí)驗(yàn)室前期優(yōu)化獲得。

蝦青素的測(cè)定方法：
1） 蝦青素的處理選用酸熱法^[6]。
2） 紅法夫酵母蝦青素的分析：采用HPLC法進(jìn)行分析測(cè)試^[7]。
蝦青素標(biāo)準(zhǔn)品：Sigma-Aldrich(純度≥97%)，按照不同的濃度梯度（20mg/L,40mg/L,60 mg/L,80 mg/L,100 mg/L）做標(biāo)準(zhǔn)曲線;
液相設(shè)備：Waters XBridge C18柱 (4.6×50mm)；流動(dòng)相：甲醇-水(95:5)；流速：1mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)：475nm。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：
設(shè)備：Intelli-Ferm A(G3) 5L臺(tái)式生物反應(yīng)器（迪必爾生物）；Arc HPLC（Waters）

表1工藝參數(shù)設(shè)置

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所：
迪必爾生物 應(yīng)用技術(shù)與工程研究中心（CARE）

結(jié)果與分析
1）按照表1的工藝條件設(shè)計(jì)進(jìn)行過程控制，搖瓶種子OD₆₀₀ 14，按照5%的接種量接種于生物反應(yīng)器，本批次發(fā)酵培養(yǎng)172h，如圖3所示，隨著培養(yǎng)時(shí)間的進(jìn)行，蝦青素的產(chǎn)量逐漸增加，到生長(zhǎng)階段后期蝦青素的產(chǎn)量呈緩慢下降趨勢(shì)做后放罐處理。其最優(yōu)結(jié)果為發(fā)酵培養(yǎng)165h時(shí)， OD₆₀₀ 52.1，濕重124.1g/L，蝦青素的含量為400.62mg/L，其結(jié)果優(yōu)于很多文獻(xiàn)報(bào)道的紅法夫酵母菌株的蝦青素的表達(dá)量^[3-5]。  

圖3  Intelli-Ferm®  A(G3)蝦青素生產(chǎn)曲線

2）如圖4所示，在紅法夫酵母生產(chǎn)蝦青素的培養(yǎng)過程中，各參數(shù)指標(biāo)（pH、DO、溫度等）整體控制非常平穩(wěn)，保證了參數(shù)條件的穩(wěn)定性。因此，迪必爾生物自主研發(fā)的Intelli-Ferm A (G3) 生物反應(yīng)器可以很好的應(yīng)用到紅法夫酵母生產(chǎn)蝦青素的放大培養(yǎng)工藝中。

圖4 蝦青素發(fā)酵生產(chǎn)培養(yǎng)過程中主要參數(shù)控制曲線

3）如圖5所示，隨著培養(yǎng)過程的進(jìn)行，蝦青素的含量也在快速的生產(chǎn)，發(fā)酵菌液的顏色也由淺黃色慢慢的變成深紅色。

圖5 蝦青素生產(chǎn)的培養(yǎng)系統(tǒng)及罐體局部放大圖

4）如圖6所示，本批次最高蝦青素產(chǎn)量的HPLC分析圖譜（培養(yǎng)165h），可以很明顯的看到該分析方法中蝦青素的出峰時(shí)間在1min左右，且有很明顯的峰譜圖。

圖6 蝦青素的HPLC分析圖譜

注：本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖片版權(quán)歸迪必爾生物工程（上海）有限公司所有，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。
原文作者：應(yīng)用技術(shù)與工程研究中心（CARE）石興利。