地衣芽孢杆菌WX—02补硝酸钠发酵产聚γ—谷氨酸工艺

许尚华++胡丽芳++陈守文

摘要：以地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）WX-02为研究对象，以提高其发酵产生的聚γ-谷氨酸的产量为研究目的，经摇瓶发酵得到优化的硝酸钠补料方案，即初始硝酸钠浓度为10 g/L，发酵至12 h时补加5 g/L硝酸钠时聚γ-谷氨酸产量最大。将此补料方案在3 L发酵罐上进行验证。结果表明，发酵得到的菌体生物量和聚γ-谷氨酸产量最大值分别为4.5 g/L和38.7 g/L，与对照相比分别提高55.2%和14.8%。通过补硝酸钠可以提高菌体生物量和对谷氨酸的利用率，从而提高聚γ-谷氨酸的发酵水平。

关键词：地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）；聚γ-谷氨酸；硝酸钠；补料发酵；生物量

中图分类号：TQ920.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）04-0903-04

Optimizing Sodium Nitrate Fed-batch Culture on Poly（γ-glutamic acid） Fermentation by Bacillus licheniformis WX-02

XU Shang-hua，HU Li-fang，CHEN Shou-wen

（Key Laboratory of Agricultural Microbiology， Huazhong Agricultural University ， Wuhan 430070，China）

Abstract： Bacillus licheniformis WX-02 was used to study the ways of improving poly（γ-glutamic acid）（γ-PGA） yield. The optimal conditions of sodium nitrate feeding for γ-PGA fermentation by Bacillus licheniformis WX-02 by flask-shaking fed-batch fermentation were the initial sodium nitrate concentration 10 g/L， and 5 g/L of sodium nitrate added when fermentation to 12 h. The fermentation was carried out in a 3 L fermentor， showing that the maximum of biomass and γ-PGA yield was 4.5 g/L and 38.7 g/L with increase of 55.2% and 14.8%， compared with the control. It is indicated that adding sodium nitrate can increase biomass， enhance the utilization of glutamate， and improve the γ-PGA fermentation.

Key words： Bacillus licheniformis； poly-gamma-glutamic acid； sodium nitrate； feeding fermentation； biomass

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 菌株 地衣芽孢杆菌WX-02，由华中农业大学农业微生物学国家重点实验室筛选和保藏，保藏号为CCTCC M208065。

1.2 方法

参考文献：

[1] 陈咏竹，孙启玲.γ-多聚谷氨酸的性质、发酵生产及其应用[J].微生物学通报，2004，31（1）： 122-126.

[2] BAJAJ I， SINGHAL R. Poly（glutamic acid）- an emerging biopolymer of commercial interest[J]. Bioresour Technol，2011， 102（10）：5551-5561.

[3] 曹名锋，金映虹，解 慧，等.γ-聚谷氨酸的微生物合成、相关基因及应用展望[J].微生物学通报，2011，38（3）：388-395.

[4] 蔡 谨，孙章辉，王 隽，等.补料发酵工艺的应用及其研究进展[J].工业微生物，2005，35（1）：42-48.

[5] 吕 萌，梁金钟，王风青.补料发酵枯草芽孢杆菌合成γ-聚谷氨酸的研究[J].食品科学，2011， 32（23）：225-228.

[6] 胡丽芳，李 欣，冀志霞，等.地衣芽胞杆菌WX-02补糖发酵聚γ-谷氨酸的工艺优化[J]. 华中农业大学学报，2012，31（3）：287-292.

[7] YOON S H， DO J H， LEE S Y， et al. Production of poly-γ-glutamic acid by fed-batch culture of Bacillus licheniformis[J]. Biotechnology Letters，2000，22（7）：585-588.

[8] KRAFTA B， STROUSA M， TEGETMEYER H E. Microbial nitrate respiration -Genes， enzymes and environmental distribution[J]. Journal of Biotechnology， 2011，155（1）：104-117.

[9] CHENG C， ASADA Y， AIDA T. Production of γ-polyglutamic acid by Bacillus licheniformis A35 under denitrifying conditions[J]. Agricultural and Biological Chemistry，1989，53（9）：2369-2375.

[10] XU K D， STEWART P S， XIA F， et al. Spatial physiological heterogeneity in Pseudomonas aeruginosa biofilm is determined by oxygen availability[J]. Appl Environ Microbiol， 1998，64（10）：4035-4039.

[11] WEI X T， JI Z X， CHEN S W. Isolation of halotolerant Bacillus licheniformis WX-02 and regulatory effects of sodium chloride on yield and molecular sizes of poly-γ-glutamic acid[J]. Appl Biochem Biotechnol，2010，160（5）：1332-1340.

摘要：以地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）WX-02为研究对象，以提高其发酵产生的聚γ-谷氨酸的产量为研究目的，经摇瓶发酵得到优化的硝酸钠补料方案，即初始硝酸钠浓度为10 g/L，发酵至12 h时补加5 g/L硝酸钠时聚γ-谷氨酸产量最大。将此补料方案在3 L发酵罐上进行验证。结果表明，发酵得到的菌体生物量和聚γ-谷氨酸产量最大值分别为4.5 g/L和38.7 g/L，与对照相比分别提高55.2%和14.8%。通过补硝酸钠可以提高菌体生物量和对谷氨酸的利用率，从而提高聚γ-谷氨酸的发酵水平。

关键词：地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）；聚γ-谷氨酸；硝酸钠；补料发酵；生物量

中图分类号：TQ920.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）04-0903-04

Optimizing Sodium Nitrate Fed-batch Culture on Poly（γ-glutamic acid） Fermentation by Bacillus licheniformis WX-02

XU Shang-hua，HU Li-fang，CHEN Shou-wen

（Key Laboratory of Agricultural Microbiology， Huazhong Agricultural University ， Wuhan 430070，China）

Abstract： Bacillus licheniformis WX-02 was used to study the ways of improving poly（γ-glutamic acid）（γ-PGA） yield. The optimal conditions of sodium nitrate feeding for γ-PGA fermentation by Bacillus licheniformis WX-02 by flask-shaking fed-batch fermentation were the initial sodium nitrate concentration 10 g/L， and 5 g/L of sodium nitrate added when fermentation to 12 h. The fermentation was carried out in a 3 L fermentor， showing that the maximum of biomass and γ-PGA yield was 4.5 g/L and 38.7 g/L with increase of 55.2% and 14.8%， compared with the control. It is indicated that adding sodium nitrate can increase biomass， enhance the utilization of glutamate， and improve the γ-PGA fermentation.

Key words： Bacillus licheniformis； poly-gamma-glutamic acid； sodium nitrate； feeding fermentation； biomass

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 菌株 地衣芽孢杆菌WX-02，由华中农业大学农业微生物学国家重点实验室筛选和保藏，保藏号为CCTCC M208065。

1.2 方法

参考文献：

[1] 陈咏竹，孙启玲.γ-多聚谷氨酸的性质、发酵生产及其应用[J].微生物学通报，2004，31（1）： 122-126.

[2] BAJAJ I， SINGHAL R. Poly（glutamic acid）- an emerging biopolymer of commercial interest[J]. Bioresour Technol，2011， 102（10）：5551-5561.

[3] 曹名锋，金映虹，解 慧，等.γ-聚谷氨酸的微生物合成、相关基因及应用展望[J].微生物学通报，2011，38（3）：388-395.

[4] 蔡 谨，孙章辉，王 隽，等.补料发酵工艺的应用及其研究进展[J].工业微生物，2005，35（1）：42-48.

[5] 吕 萌，梁金钟，王风青.补料发酵枯草芽孢杆菌合成γ-聚谷氨酸的研究[J].食品科学，2011， 32（23）：225-228.

[6] 胡丽芳，李 欣，冀志霞，等.地衣芽胞杆菌WX-02补糖发酵聚γ-谷氨酸的工艺优化[J]. 华中农业大学学报，2012，31（3）：287-292.

[7] YOON S H， DO J H， LEE S Y， et al. Production of poly-γ-glutamic acid by fed-batch culture of Bacillus licheniformis[J]. Biotechnology Letters，2000，22（7）：585-588.

[8] KRAFTA B， STROUSA M， TEGETMEYER H E. Microbial nitrate respiration -Genes， enzymes and environmental distribution[J]. Journal of Biotechnology， 2011，155（1）：104-117.

[9] CHENG C， ASADA Y， AIDA T. Production of γ-polyglutamic acid by Bacillus licheniformis A35 under denitrifying conditions[J]. Agricultural and Biological Chemistry，1989，53（9）：2369-2375.

[10] XU K D， STEWART P S， XIA F， et al. Spatial physiological heterogeneity in Pseudomonas aeruginosa biofilm is determined by oxygen availability[J]. Appl Environ Microbiol， 1998，64（10）：4035-4039.

[11] WEI X T， JI Z X， CHEN S W. Isolation of halotolerant Bacillus licheniformis WX-02 and regulatory effects of sodium chloride on yield and molecular sizes of poly-γ-glutamic acid[J]. Appl Biochem Biotechnol，2010，160（5）：1332-1340.

摘要：以地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）WX-02为研究对象，以提高其发酵产生的聚γ-谷氨酸的产量为研究目的，经摇瓶发酵得到优化的硝酸钠补料方案，即初始硝酸钠浓度为10 g/L，发酵至12 h时补加5 g/L硝酸钠时聚γ-谷氨酸产量最大。将此补料方案在3 L发酵罐上进行验证。结果表明，发酵得到的菌体生物量和聚γ-谷氨酸产量最大值分别为4.5 g/L和38.7 g/L，与对照相比分别提高55.2%和14.8%。通过补硝酸钠可以提高菌体生物量和对谷氨酸的利用率，从而提高聚γ-谷氨酸的发酵水平。

关键词：地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）；聚γ-谷氨酸；硝酸钠；补料发酵；生物量

中图分类号：TQ920.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）04-0903-04

Optimizing Sodium Nitrate Fed-batch Culture on Poly（γ-glutamic acid） Fermentation by Bacillus licheniformis WX-02

XU Shang-hua，HU Li-fang，CHEN Shou-wen

（Key Laboratory of Agricultural Microbiology， Huazhong Agricultural University ， Wuhan 430070，China）

Abstract： Bacillus licheniformis WX-02 was used to study the ways of improving poly（γ-glutamic acid）（γ-PGA） yield. The optimal conditions of sodium nitrate feeding for γ-PGA fermentation by Bacillus licheniformis WX-02 by flask-shaking fed-batch fermentation were the initial sodium nitrate concentration 10 g/L， and 5 g/L of sodium nitrate added when fermentation to 12 h. The fermentation was carried out in a 3 L fermentor， showing that the maximum of biomass and γ-PGA yield was 4.5 g/L and 38.7 g/L with increase of 55.2% and 14.8%， compared with the control. It is indicated that adding sodium nitrate can increase biomass， enhance the utilization of glutamate， and improve the γ-PGA fermentation.

Key words： Bacillus licheniformis； poly-gamma-glutamic acid； sodium nitrate； feeding fermentation； biomass

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 菌株 地衣芽孢杆菌WX-02，由华中农业大学农业微生物学国家重点实验室筛选和保藏，保藏号为CCTCC M208065。

1.2 方法

参考文献：

[1] 陈咏竹，孙启玲.γ-多聚谷氨酸的性质、发酵生产及其应用[J].微生物学通报，2004，31（1）： 122-126.

[2] BAJAJ I， SINGHAL R. Poly（glutamic acid）- an emerging biopolymer of commercial interest[J]. Bioresour Technol，2011， 102（10）：5551-5561.

[3] 曹名锋，金映虹，解 慧，等.γ-聚谷氨酸的微生物合成、相关基因及应用展望[J].微生物学通报，2011，38（3）：388-395.

[4] 蔡 谨，孙章辉，王 隽，等.补料发酵工艺的应用及其研究进展[J].工业微生物，2005，35（1）：42-48.

[5] 吕 萌，梁金钟，王风青.补料发酵枯草芽孢杆菌合成γ-聚谷氨酸的研究[J].食品科学，2011， 32（23）：225-228.

[6] 胡丽芳，李 欣，冀志霞，等.地衣芽胞杆菌WX-02补糖发酵聚γ-谷氨酸的工艺优化[J]. 华中农业大学学报，2012，31（3）：287-292.

[7] YOON S H， DO J H， LEE S Y， et al. Production of poly-γ-glutamic acid by fed-batch culture of Bacillus licheniformis[J]. Biotechnology Letters，2000，22（7）：585-588.

[8] KRAFTA B， STROUSA M， TEGETMEYER H E. Microbial nitrate respiration -Genes， enzymes and environmental distribution[J]. Journal of Biotechnology， 2011，155（1）：104-117.

[9] CHENG C， ASADA Y， AIDA T. Production of γ-polyglutamic acid by Bacillus licheniformis A35 under denitrifying conditions[J]. Agricultural and Biological Chemistry，1989，53（9）：2369-2375.

[10] XU K D， STEWART P S， XIA F， et al. Spatial physiological heterogeneity in Pseudomonas aeruginosa biofilm is determined by oxygen availability[J]. Appl Environ Microbiol， 1998，64（10）：4035-4039.

[11] WEI X T， JI Z X， CHEN S W. Isolation of halotolerant Bacillus licheniformis WX-02 and regulatory effects of sodium chloride on yield and molecular sizes of poly-γ-glutamic acid[J]. Appl Biochem Biotechnol，2010，160（5）：1332-1340.