高溶氧发酵罐发酵基因工程植酸酶及制剂研究文献综述

 2021-09-25 20:43:51

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文献综述

一、植酸酶性质及研究状况

植酸酶属于磷酸单酯水解酶，是一类特殊的酸性磷酸酶，它能水解植酸和一些有机磷化合物。植酸酶来源广泛，包括植物、动物和微生物，尤以微生物来源的植酸酶最为广泛，但自然界微生物中植酸酶的含量很低，远低于工业生产需要[1]。

国内外对植酸酶的研究已有30多年的历史，但由于天然来源的植酸酶提取困难、分泌量太低、成本太高，难以满足生产的需要。同时作为饲料用酶，植酸酶加工需要经过一个高温(75～93℃)制粒过程，一般的植酸酶活性在此高温下大幅度地不可逆丧失；另一方面，植酸酶的作用部位是动物胃肠道，而动物胃肠道的温度一般是37℃，pH为2.5～7.0，所以商品化植酸酶必须尽量能在37℃左右和pH为2.5～7.0时具有良好的活性[2,3]。由此，构建基因工程菌，获得高效表达植酸酶的菌株，成为解决这些问题的有效途径[4,5]。通过基因工程、蛋白质工程等方法不但可提高植酸酶的产量，降低生产和应用成本，而且还可优化植酸酶某些理化性质，使其具有广谱pH耐受性、良好的热稳定性、蛋白酶耐受性等[6]。

利用微生物发酵技术生产植酸酶，是获得大量稳定高效植酸酶的主要途径。微生物发酵植酸酶需要对其发酵条件优化。发酵条件包括培养基成分、温度、pH值、溶氧、甲醇的流加及其他发酵工艺的控制。培养基主要对生物量和诱导表达有影响。在培养基中添加特殊的营养物质(如添加限制氨基酸；表达含有金属的酶时，在培养基中添加金属元素)，能提高一些特殊蛋白的表达水平。另外，充足的溶氧量对于诱导阶段外源蛋白的表达极其重要，应该保持较高的溶氧量[7,8]。

二、高密度发酵的简介

高密度发酵的定义为：培养液中工程菌的菌体浓度在30g/L（DCW）以上，理论上的最高值可达200g/L（DCW）[9]。

高密度发酵具有以下普通发酵方式所无可比拟的优越性：可以提高发酵罐内的菌体密度，提高产物的细胞水平量；相应的减少了生物反应器的体积，提高单位体积设备生产能力；降低生物量的分离费用，缩短生产周期，从而达到降低生产成本，提高生产效率[9-10]。

高密度发酵也有限制因素，主要包含以下几点[10-13]：

培养基:高密度发酵对基质中营养源的种类和含量比要求较高，如碳源和氮源的比例偏小，会导致菌体生长旺盛，造成菌体提前衰老自溶；比例偏大，则菌体繁殖数量少，细胞代谢不平衡，不利于产物积累。若以葡萄糖为碳源，则需要控制葡萄糖的浓度，浓度过高，会产生乙酸。另外，氮源、微量元素和无机盐对菌体的生长繁殖和外源蛋白的表达也有很大影响。

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