[发明专利]一种基于菌丝球结构调控的纳他霉素合成工艺

说明书

本发明公开了一种基于菌丝球结构调控的纳他霉素合成工艺，具体是在纳他霉素发酵种子预培养阶段中，利用惰性微粒与产生菌菌丝球之间的碰撞作用，以缩小菌丝球的直径，降低菌丝球的致密程度，并将以上菌丝球结构受到改造的发酵种子用于纳他霉素发酵，从而提高纳他霉素的生物合成水平。利用本发明的发酵种子菌丝球调控方法，培养褐黄孢链霉菌发酵生产纳他霉素，可使得发酵产量大幅提高，发酵时间缩短，显著提升发酵生产的生产强度。

技术领域

本发明涉及一种基于发酵种子菌丝球结构调控的纳他霉素合成工艺，即采用外源添加惰性微粒的方式来在发酵种子预培养阶段中调控菌丝球结构，从而促进纳他霉素的生物合成，属于工业生物技术领域。

背景技术

纳他霉素是一种多烯大环内酯类的抗真菌剂，其不仅可强效抑制霉菌和酵母的生长，还可有效防止真菌毒素的产生。纳他霉素已被美国食品药品管理局(FDA)认定为“总体安全的”(GRAS)化合物，具有极大的潜在应用价值。相对其他抗生素产品，纳他霉素不会产生抗药性，且安全、无毒，因此纳他霉素可广泛应用于抗真菌治疗、食品绿色防腐等方面。纳他霉素是一种链霉菌属发酵合成的次级代谢产物，目前其发酵产量较低，这直接推高了其市场价格(800-900元/公斤)。要降低纳他霉素应用的成本和市场化阻力，提高其发酵合成水平至为关键。

近年来学术界和产业界在提升那他霉素的生物合成水平上进行了大量研究，包括选育纳他霉素高产菌、筛选最优发酵培养基、优化发酵工艺等。尽管以上研究最终提高了纳他霉素的发酵水平，但是，在“液态发酵中菌丝球结构如何影响纳他霉素合成”，以及“如何对发酵中菌丝球结构进行调控”的问题上，相关的研究极少。目前，纳他霉素产生菌主要有恰塔努加链霉菌、褐黄孢链霉菌、利迪链霉菌、纳塔尔链霉菌，其中，我国工业生产主要依靠褐黄孢链霉菌。以上纳他霉素产生菌均为链霉菌属，其共同特点在于在液态发酵中呈细丝状，在发酵搅拌的作用下菌丝会发生相互缠绕，从而形成不同结构大小的菌丝球。事实上，丝状菌的菌丝球结构大小与其代谢产物合成之间的关系极为紧密。例如，在博来霉素生物合成中，细长、分散且表面具有短菌丝的Amycolatopsis balhimycina菌丝球更有利于其产物的合成；同样，在ε-聚赖氨酸发酵中，细小的Streptomyces albulus菌丝球有助于提高传质和传氧效率，从而在前体和能量供应层面保障产物的合成；此外，在真菌多糖合成中，降低其菌丝球的直径能大幅提高Grifola frondosa的生物量及其多糖合成关键酶的活性，进而促进其真菌多糖的合成。

微生物大规模发酵常常需要培养液体发酵种子的预培养，种子液中菌体的生理特性以及细胞活力对后期发酵的影响极大。目前纳他霉素发酵领域的大部分工作均集中于发酵过程的调控以及营养条件的优化，在发酵种子液预培养上的研究极少。发明人前期研究发现，种子预培养阶段中菌丝球直径过大将导致后期纳他霉素发酵水平降低。“如何在种子培养阶段对链霉菌菌丝球结构进行调控”无疑成为了纳他霉素生物发酵中的一个重要问题。

惰性微粒是一类在发酵中不与培养基和微生物发生化学反应的微小颗粒，其粒径介于4-400μm范围。添加在发酵液中的惰性微粒能够在高速搅拌下与菌丝球进行无数次碰撞，从而改变菌丝球的大小和结构，进而改善其中丝状菌的传质传氧效果。目前，惰性微粒的添加在Grifola frondosa发酵合成多糖，以及Streptomyces albulus发酵合成ε-多聚赖氨酸方面有着成功的应用。

发明内容

本发明旨在提供一种基于菌丝球结构调控的纳他霉素合成方法，通过外源添加惰性微粒的方式，在种子预培养阶段中对菌丝球的结构进行调控，进而在后期发酵阶段中显著促进纳他霉素的生物合成，提高发酵终产量。