莫能菌素发酵培养基优化研究

于荣 曾淑云 燕绍华 张晓荣

摘 要：本研究采用单因素法和正交试验法对莫能菌素发酵培养基中碳源、有机氮源进行优化，以达到提升发酵效价目的。结果表明当培养基中碳源为11%豆油，有机氮源为1.5%黄豆粉、1.8%棉籽饼粉、1.3%玉米浆，碳酸钙添加量为0.7%时可使发酵单位由45000µg/mL提高至52000µg/mL。

关键词：莫能菌素;培养基优化;效价

莫能菌素（Monensin）是一种脂溶性聚醚类抗生素，为略带特异臭味的白褐色或微黄色粉末，不溶于水但溶于低级醇、酯及酮类、氯仿等有机溶剂，性质较稳定。能够抑杀金黄色葡萄球菌、链球菌及枯草杆菌等多种革兰氏阳性菌，可防控商品鸡球虫、提高猪、牛、羊对饲料利用率。莫能菌素共4种组分，组分A为主要成分，B、C、D在发酵中极少。莫能菌素结构如图1。本研究旨在针对莫能菌素发酵培养基的碳源和氮源，通过优化确立一种即降低发酵成本又提高莫能菌素效价的培养基配方，实现增产。

图1   莫能菌素结构

1 实验材料与方法

实验材料：①本研究的菌种采用发酵菌种为肉桂地链霉菌，为宁夏泰益欣生物科技有限公司所有;②培养基：玉米浆、花生饼粉、玉米蛋白粉、玉米粉、玉米油、碳酸钙、氯化钾、盐酸甜菜碱、磷酸氢二铵、硫酸镁、有机硅消泡剂;③主要设备有小试设备：15L-30L-100L全自动生化反应器;中试设备：500L-2m3-10m3发酵罐。本试验针对莫能菌素生物合成和肉桂地链霉菌生长特性，从豆油，鱼油，花生油，动物油，玉米油中筛选最佳碳源及比例，从棉籽饼粉、黄豆粉、玉米浆和蛋白胨中筛选最佳有机氮源，利用单因素和正交方法考察无机盐和微量元素的使用比例。

2 结果与分析

2.1 碳源优化

挑选质量合格的豆油，玉米油，花生油、鱼油和动物油，均采用6%比例进行发酵生产，结果见表1（注：豆油化学效价设为相对效价100%）。综合发酵技术水平、成本、来源、贮存、使用等多方面因素，确定最佳碳源为豆油，在此基础上，再探索豆油加入比例及代谢情况，结果如表2（注：6%豆油量的化学效价设为相对效价100%）、表3所示。

由以上结果得出，随着豆油加入比例逐渐增大，莫能菌素发酵产量逐步增大，豆油加量达到11%时，其产素能力最高。随着豆油加量继续增加，其产素能力逐渐降低。从上述两表看出，豆油比例由6.0%增到11.0%时，pH变化急速，后期pH过低，导致产素能力下降。因此，为解决pH值问题，在豆油11%基础上，要考察碳酸钙最佳添加比例，添加比例由0.5%增到0.55%，0.60%，0.65%，0.7%，结果见表4、表5，由数据看出，培养基中加入0.7%碳酸钙，其产素能力最好，因此选用11%豆油与0.7%碳酸钙的比例为基本搭配，解决莫能菌素发酵pH偏低的现象，提高了其发酵单位。

2.2 氮源优化

挑选质量合格的黄豆粉、棉籽饼粉、麸质粉、豆粕、花生饼粉、黄豆饼粉，按1.5%比例分别试验，不同有机氮源对莫能菌素效价的影响如下：黄豆粉相对效价100%;棉籽饼粉101.1%、麸质粉91.7%、豆粕77.2%、花生饼粉92.1%、黄豆饼粉80.6%。结合原工艺综合考虑，选用黄豆粉和棉籽饼粉为莫能菌素发酵的有机氮源。采用单因素法，经试验确认黄豆粉1.5%、棉籽饼粉2.0%为最佳配伍比例。虽然黄豆粉和棉籽饼粉作为迟效氮源有利于莫能菌素合成，但主要问题是发酵前期菌体生长缓慢。因此，将黄豆粉和棉籽饼粉为基础氮源，再加入1.0%速效氮源，把产抗水平最高值设为相对效价100%，结果见表6。

通过数据分析：黄豆粉和棉籽饼粉+1.0%玉米浆组产抗水平最高。由于速效氮源玉米浆有利于菌体在发酵初期快速生长，而生长良好的产生菌会产生大量水解酶类，有利于迟效氮源黄豆粉和棉籽饼粉的水解利用，保证初级代谢和次级代谢平衡，促进目的产物合成。采用单因素法，通过试验确认玉米浆最佳含量为1.3%。综上，为确认其最佳配方，对莫能菌素发酵培养基的有机氮源开展正交试验，具体结果见表7、8。由正交试验结果得到因素主次顺序依次为：玉米浆（C）>棉籽饼粉（B）>黄豆粉（A）。因此，本次正交试验中的各个因素最佳搭配为A2B1C2，即黄豆粉1.5%、棉籽饼粉1.8%、玉米浆1.3%。

综上所述，微生物发酵碳源为微生物的生长提供骨架和能源，筛选到合适的碳源对菌丝生长及高效发酵至关重要，而氮源根据氮的形态分为有机氮源和无机氮源，根据细胞代谢速率可分为迟效氮源和速效氮源。采用单因素法和正交试验法优化莫能菌素发酵培养基中碳源、有机氮源，优化后的培養基中以添加11%豆油、黄豆粉1.5%、棉籽饼粉1.8%、玉米浆1.3%与0.7%碳酸钙对肉桂地链霉菌进行发酵培养，可使原有发酵单位由45000µg/mL提高至52000µg/mL，发酵单位提高了32.5%，满足公司关于莫能菌素工业化大生产要求。

参考文献：

[1]曲悦.莫能菌素的研究进展[J].中国畜牧兽医，2005（4）：3-6.

[2]莫云，李乐.莫能菌素的应用现状与最新研究进展[J].饲料研究，2003（4）：42-45.

作者简介：

于荣（1983- ），女，汉族，宁夏银川人，宁夏泰益欣生物科技有限公司，研究方向：抗生素发酵。