玉米淀粉乳在饲用金霉素生产中的应用

2018-04-25任冬梅

畜牧与饲料科学 2018年1期

谢飞，任冬梅

（1.内蒙古大学，内蒙古呼和浩特 010021；2.金河生物科技股份有限公司，内蒙古呼和浩特 010200）

金河生物科技股份有限公司采用二级发酵工艺生产金霉素，其主要生产过程如下：将生产用菌保存在低温沙土孢子管内，然后将其接种到麸皮琼脂斜面上，斜面在35℃条件下培养4.0~4.5 d（母子斜面）；将成熟的斜面孢子制成悬浮液，接种于种子培养罐，使孢子发芽生长，繁殖大量菌丝后移入发酵罐培养，使其大量分泌次级代谢产物——金霉素。生产用培养基的主要成分为玉米淀粉、玉米浆、花生饼粉、蛋白胨及无机盐等。培养基采用实罐灭菌法，在整个培养过程中严格保持无菌状态以及一定的罐温、罐压，通入无菌空气不断搅拌。根据发酵代谢过程中的pH值及糖量变化，采用通氨补料工艺以保持一定的营养物质含量及酸碱度，当菌丝接近自溶、滤速下降、发酵周期在80~120 h时放入提炼。

该工艺中利用的玉米淀粉生产流程见图1。

图1 玉米淀粉生产流程

该研究将金霉素发酵主要原料玉米淀粉，即图1中成品淀粉替换为玉米淀粉乳即淀粉浆直接用于生产，这不仅节省了玉米淀粉生产过程中的淀粉分离和蛋白质分离等工序，还可以在原料中带入一定的蛋白质供发酵使用，同时可以形成玉米淀粉生产和金霉素生产的不间断一条龙工艺。

1 材料与方法

1.1 试验材料

金色链霉菌株3株，编号分别为：JHSW-13#、JHSW-28#、JHSW-44#，均由金河生物科技股份有限公司研发部菌种室提供，3株菌均是生产常用菌株。每株菌进行3次平行试验，试验发酵过程在研发部中试进行，设备仪器均由研发部中试提供。

1.2 试验方法

1.2.1 糖含量的检测：利用金霉素标准品，采用梅特勒托利多MR40折光仪绘制金霉素标准曲线并保存在内存中。取消后样和发酵定时样用单层滤纸过滤，用洁净滴管取1~3 mL滤液置于折光仪样品测定位置。选择曲线进行测定并记录数据。

1.2.2 氨基氮含量的检测：取消后样和发酵定时样用单层滤纸过滤，取滤液5 mL置于250 mL三角瓶中，加50 mL蒸馏水。加入2滴0.1%甲基红和2滴2 mol/L硫酸，摇匀，反应液呈粉红色。用0.1 mol/L氢氧化钠滴定至黄色，加入10 mL 18%甲醛溶液静置10 min。加入2滴0.04%酚酞指示剂，用0.1 mol/L氢氧化钠滴定至粉红色，记录消耗氢氧化钠溶液体积，查表，记录数据。

1.2.3 磷含量的检测：取消后样和发酵定时样用单层滤纸过滤，取滤液5 mL置于50 mL容量瓶中，加10%三氯乙酸10 mL，沸腾水浴锅加热5 min，冷却，蒸馏水定容。将上述溶液用双层定性滤纸过滤，取2 mL于25 mL容量瓶中，加入磷试剂Ⅰ、Ⅱ各1 mL，加水3 mL，沸腾水浴锅内加热 3 min，取出冷却，蒸馏水定容。利用722型分光光度计在600 nm波长下进行比色，记录消光值。同时用蒸馏水作空白对照。查表求得单位，乘以5即得到溶磷含量。

1.2.4 菌浓的测定：发酵定时采样，在15 mL离心管中加入10 mL（称重）发酵液，在离心机中3 000 r/min离心10 min，倒出上清液，称重。减去离心管重，再减去培养基重，与发酵液体积（10 mL）相比，乘以100%即得所求菌浓。培养基重测定方法：消后取样10 mL加入离心管离心10 min，倒出上清液，称重，减去离心管重，即为培养基重。

1.2.5 效价的测定：取发酵20 h后定时样，用固体草酸酸化至pH值1.2~1.4，将酸化液用单层滤纸过滤。精确量取酸化滤液2 mL，加入适量蒸馏水按适当倍数稀释，摇匀备用。分别吸取1 mL稀释液置于2只50 mL容量瓶，一只加5 mL 2 mol/L盐酸于沸腾水浴锅加热5 min，取出冷却，蒸馏水定容；另一只作空白对照，加5 mL 2 mol/L盐酸后，蒸馏水定容。利用722型分光光度计在440 nm波长下测定消光值。查表，计算得出效价。

2 结果与分析

2.1 消后糖含量、溶磷含量及pH值

发酵培养基中的糖是微生物主要的能量来源［1-2］。玉米淀粉乳的干物质含量为 39.79%［3］，为了保证发酵试验正常进行，在配料时按干物质含量折算成玉米淀粉的量进行投料。结果表明，试验组（以玉米淀粉乳作为主要原料）的消后糖含量、溶磷含量及pH值与对照组（以玉米淀粉作为主要原料）相比无明显差异。

图2 种子罐中菌株生长情况镜检结果

2.2 消后氨基氮含量

由表1可知，在3株生产用菌株的各次平行试验中，试验组的消后氨基氮含量均高于相应的对照组。微生物的生长和产物合成需要氮源，其主要用于菌体细胞物质（氨基酸、蛋白质、核酸等）和含氮代谢物的合成［4］。氨基氮含量高有利于菌丝生长和扩繁时合成自身所需要的蛋白质等物质［5］，特别是在发酵种子罐和发酵罐前期，培养基中氨基氮含量充足会使得菌丝快速生长和大量繁殖，有助于快速提高菌浓，也有利于后期发酵。

图3 发酵罐中菌株生长情况镜检结果

表1 氨基氮含量测定结果 mg/100 mL

2.3 菌丝生长情况镜检

在金霉素发酵过程中对生产用菌株的生长情况进行镜检。种子罐中主要对比指标是菌丝的数量，发酵罐中主要对比的指标是菌丝形态变化特征，即菌体由丝状转变为点状的周期长短。由图2可知，发酵20 h时，试验组JHSW-13#菌株的菌丝在数量上要比对照组JHSW-13#菌株的多，且菌丝分支多，生长速度比对照组快。由图3可知，发酵4 h时，试验组JHSW-13#菌株的菌体已经由丝状转变为点状，而同周期的对照组菌体还处于丝状，即试验组的菌丝形态变化周期相对于对照组提前，而该周期的提前有利于金霉素的生产。JHSW-28#菌株和JHSW-44#菌株镜检结果与JHSW-13#菌株一致。

表2 不同发酵阶段及周期的菌浓测定结果 %

表3 不同发酵周期效价测定结果 U/mL

2.4 菌浓

在金霉素发酵过程中，菌浓是移种的主要指标，当种子罐在发酵24 h的菌浓达到20%~25%时可移种发酵。移入发酵罐后，菌体迅速扩繁，菌浓增加，在40 h左右时，菌浓达到50%，此后菌浓基本不再增加，与补料、蒸发等形成动态平衡，菌浓保持在45%~55%。结果表明，试验组的种子罐和发酵罐菌浓的提升速度与对照组相比其有明显优势。由表2可知，试验组发酵罐在34 h定时样的菌浓已经高于50%（50.2%），而对照组发酵罐在40 h定时样的菌浓才高于50%（50.3%）。种子菌浓的快速提升，不仅有利于缩短种子罐的周期以及发酵罐菌浓的快速提升，也有利于缩短发酵周期，提前产生目标产物［6-8］。

2.5 效价

效价是指某一物质引起生物反应的功效单位，可用理化方法检测，也可用生物方法测定［9］。在金霉素生产中，效价是衡量生产工艺水平最直接的指标，效价的高低直接说明产品含量的高低，影响最终产品的质量。由表3可知，试验组发酵罐的效价与对照组同周期相比具有明显优势，该种优势一直持续到放罐；试验组放罐效价比对照组高1 672 U/mL，提高了6.85%。

3 讨论与展望

该研究结果表明，在金霉素生产过程中，采用玉米淀粉乳代替玉米淀粉作为主要原料，不仅可以使种子罐及发酵罐培养基中的氨基氮含量提高，而且按比例折算后的玉米淀粉乳不影响培养基中消后糖含量、溶磷含量及pH值；种子罐中菌丝生长速度及菌浓等指标提前达到工艺要求，可以缩短生长周期，提前移种；发酵罐中菌丝生长速度较快，形态变化时间提前，使目标产物提前产生，有利于发酵产物含量的提升；整个发酵过程中，从起步效价直到放罐效价，采用玉米淀粉乳的优势明显，且最终效价高于传统原料。

以玉米淀粉乳生产玉米淀粉成品需要经过蛋白质分离、脱水、干燥等后期工序，若用玉米淀粉乳为原料可以将各工序消耗的电、蒸汽、压缩空气、水、人工等成本及相应的污水全部省去，直接用于金霉素的发酵，而且在发酵配料过程中由玉米淀粉乳带入的水会代替配料时所需要的部分水。对于金霉素的大规模生产，可以直接铺设管道由淀粉公司直接向发酵公司输送玉米淀粉乳进入配料罐，经配料投入发酵罐，中间省去的工序、运输、人工等成本，有助于降低金霉素的生产成本。

在生物工程领域中，常利用玉米淀粉作为主要原料进行发酵产品的生产，例如黄原胶、土霉素、克拉维酸等［10-11］，因此，可以尝试利用玉米淀粉乳代替玉米淀粉进行生产，并推广该项技术。若能在其他发酵产品实现该项技术的应用，对节能减耗、减少排污、降低成本、提高生产效率具有重要意义。

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