一种利用氧化还原电极调控枯草芽孢杆菌生长进行芽孢生产的方法技术

本申请公开了一种利用氧化还原电极调控枯草芽孢杆菌生长进行芽孢生产的方法，属于发酵工程技术领域。本申请提供的利用氧化还原电极调控枯草芽孢杆菌生长进行芽孢生产的方法，具体的包括，在发酵生产过程中，通过加入氧化还原电极，并控制枯草芽孢杆菌发酵液的氧化还原电位范围为50～350mV。本申请的方法可使得枯草芽孢杆菌以较快的速率进行生长和芽孢生产，明显提高芽孢产量和芽孢率的同时，还能有效提高碳源基质转换率和空气利用率。效提高碳源基质转换率和空气利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种利用氧化还原电极调控枯草芽孢杆菌生长进行芽孢生产的方法


[0001]本申请涉及发酵工程
，具体涉及一种利用氧化还原电极调控枯草芽孢杆菌生长进行芽孢生产的方法。

技术介绍

[0002]枯草芽孢杆菌作为植物病害生防细菌之一，具有较强的防病作用，例如可用于防治多种作物的白粉病、霜露病、疫病、灰霉病等病害；枯草芽孢杆菌还可以作为饲料微生物菌种制备成微生物添加剂，用于改善动物肠道功能、促进动物生长和预防疾病；在水产养殖中，可有效降低水体中氨基氮、亚硝基氮硫化物浓度，从而有效地改善水质，还能为以单细胞藻类为主的浮游植物提供营养物质，同时它们分泌的多种酶类和抗生素可以抑制其他细菌的生长，进而减少甚至消灭水产养殖动物的病原体；枯草芽孢杆菌还可作为新型微生物源生物农药，在防治水稻、小麦、花生、番茄、辣椒、大豆、玉米等作物上的病害有较好的效果，特别是针对小麦白粉病、赤霉病、纹枯病等病害的防治效果更佳。
[0003]可见枯草芽孢杆菌应用广泛且需求量大，由于枯草芽孢杆菌芽孢作为细菌休眠体，相比于枯草芽孢杆菌生长体具有更好的运输和保藏特性，因此现在亟需一种能够高效地进行枯草芽孢杆菌生长并生产芽孢的方法，从而可以满足日益增长的市场需求。现有技术多是通过人为地控制发酵过程中的氧化还原电位，使氧化还原平衡向着有利于目标产物积累的方向进行，例如在生物化工领域中，通过选择适宜的菌体并控制氧化还原电位进行发酵生产，可以提高丁二酸、丙二醇、柠檬酸、氢气、克拉维酸、正己醛、木糖醇、乙醇等代谢生产物的产量等，然而现有技术中针对枯草芽孢杆菌，通过控制氧化还原电位进行菌体生长并生产芽孢的研究很少，并且相较于现有技术中只需要通过控制氧化还原电位以提高某一种代谢生产物的方法，芽孢杆菌的生产过程更为复杂，既需要控制菌体的生长以提高生长体的基数，又需要调控芽孢转化过程以提高最终产物芽孢的产量，因此通过控制氧化还原电位进行枯草芽孢杆菌芽孢生产的方法十分有必要。
[0004]需要说明的是，本申请上述
技术介绍
中的所涉及的内容，并不必要地构成现有技术。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，提供了一种利用氧化还原电极调控枯草芽孢杆菌生长进行芽孢生产的方法，本申请提供的方法，通过调节枯草芽孢杆菌生产芽孢的发酵过程，可以明显提高芽孢的产量以及芽孢率，使得碳源基质的转换率和空气利用率提高，增加产量、节约成本的同时提高资源利用率，且工艺稳定性好。
[0006]根据本申请的一个方面，提供一种利用氧化还原电极调控枯草芽孢杆菌生长进行芽孢生产的方法，发酵生产过程中控制枯草芽孢杆菌发酵液的氧化还原电位范围为50～350mV。本申请提供的方法，通过在发酵生产过程中控制枯草芽孢杆菌的发酵液的氧化还原
电位在一定范围内，相比于不控制氧化还原电位的常规方法，可以通过控制电位以干预和影响枯草芽孢杆菌的生长和芽孢生产过程，提高芽孢的产量。
[0007]可选地，所述发酵生产过程中，分为第一发酵阶段和第二发酵阶段，所述第一发酵阶段中控制发酵液的氧化还原电位范围为150～350mV，所述第二发酵阶段中控制发酵液的氧化还原电位范围为50～150mV，第一发酵阶段的发酵时间与第二发酵阶段的发酵时间之比为1：0.8～1.2。
[0008]发酵液中的氧化还原电势影响发酵液中枯草芽孢杆菌的生长，而枯草芽孢杆菌的生长也影响发酵液中的氧化还原电势。通过控制第一发酵阶段中发酵液的氧化还原电位范围为150～350mV，可保证枯草芽孢杆菌有最佳的生长速度，从而获取最大的菌体量；而第二发酵阶段控制控制发酵液的氧化还原电位范围为50～150mV，能够降低枯草芽孢杆菌对发酵液中还原糖的利用速率，从而降低发酵液中GTP/GMP的浓度，可以促进发酵液中芽孢的产生和成熟。
[0009]可选地，所述第一发酵阶段中控制发酵液的氧化还原电位范围为245～255mV，所述第二发酵阶段中控制发酵液的氧化还原电位范围为95～105mV。通过进一步地缩小氧化还原电位的浮动范围，可以保持发酵过程中氧化还原电位的稳定，从而稳定枯草芽孢杆菌的生长和芽孢生产过程，更加有利于枯草芽孢杆菌芽孢产率的提高，并且第一发酵阶段电位范围设置为245～255mV，也能够有效降低用于维持高电位的成本。
[0010]可选地，所述发酵生产过程中，第一发酵阶段和第二发酵阶段的总发酵时间为30～38h。
[0011]通过控制发酵时间在上述范围内，可以获取高产能、高转化率的同时，提高空气利用率。当第一发酵阶段时间过短时，发酵液中菌量较少，达不到最佳产能，而当第一发酵阶段时间过长时，发酵菌量较多，部分菌体可能自溶，培养基中营养物质浓度过低，不能满足第二发酵阶段对营养物质的需求；若第二发酵阶段时间过短，发酵液中芽孢率较低，造成碳源转化率低，而当第二阶段过长时会造成资源浪费，导致能源和空气利用率降低。
[0012]可选地，所述发酵液的温度为36～39℃。在36
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39℃范围内，枯草芽孢杆菌可以获取最大的生长速度，缩短发酵周期，芽孢形成速率较高，芽孢量较大，当低于此温度是，枯草芽孢杆菌生长速率低，菌量少，芽孢形成速度慢，发酵周期长，生产成本高；而当高于此温度范围时，枯草芽孢杆菌生长速度过快，易造成菌体自溶，芽孢形成周期过早，降低整体芽孢产量，而且保持较高温度导致热成本提高，从而增加整体生产的成本。
[0013]可选地，所述控制发酵液的氧化还原电位的方法为：
[0014](1)测定发酵液的氧化还原电位，设定初始搅拌转速和初始通气量；
[0015](2)当氧化还原电位低于所述氧化还原电位范围的下界时，提高发酵液搅拌转速和空气通入量，当氧化还原电位高于所述氧化还原电位范围的上界时，降低发酵液搅拌转速和空气通入量。
[0016]通过控制发酵液的搅拌转速和空气通入量，可以控制氧化还原电位变化的方向，当搅拌转速和空气通入量较高时，氧化还原电位会有升高的趋势，而当搅拌转速和空气通入量较低时，氧化还原电位则会有降低的趋势。因此，通过上述控制方式进行发酵过程中的氧化还原电位控制，发酵液的真实电位会在设定的氧化还原电位范围的上、下界之间浮动变化。
[0017]通过改变搅拌转速和空气通入量两种方式同时进行氧化还原电位的调节，一方面可以减少空气通入量，通过提高搅拌转速的方式也能够促进氧化还原电位的升高趋势，另一方面通过提高搅拌转速与空气通入量配合使用，也能够充分利用通入的空气，使通入的空气较好地溶解在发酵液中，减少所需空气通入量的同时，还能减少由于通入大量空气导致发酵液产生大量气泡，以避免发生发酵液污染的情况。
[0018]可选地，所述搅拌转速的范围为300～900rpm，所述通气量范围为1.0～2.5vvm，初始搅拌转速为300rpm，所述初始通气量为1.0vvm。选择上述的搅拌转速和通气量范围，一方面可以避免因发酵液的搅拌转速过高导致对菌体的伤害，从而影响枯草芽孢杆菌的生长以及芽孢生产，另一方面避免因通气量过大导致发酵液产生大量气泡导致发酵液污染的情况，通过上述合适的通气量范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用氧化还原电极调控枯草芽孢杆菌生长进行芽孢生产的方法，其特征在于，发酵生产过程中控制枯草芽孢杆菌发酵液的氧化还原电位范围为50～350mV。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵生产过程中，分为第一发酵阶段和第二发酵阶段，所述第一发酵阶段中控制发酵液的氧化还原电位范围为150～350mV，所述第二发酵阶段中控制发酵液的氧化还原电位范围为50～150mV，第一发酵阶段的发酵时间与第二发酵阶段的发酵时间之比为1：0.8～1.2。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一发酵阶段中控制发酵液的氧化还原电位范围为245～255mV，所述第二发酵阶段中控制发酵液的氧化还原电位范围为95～105mV。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发酵生产过程中，第一发酵阶段和第二发酵阶段的总发酵时间为30～38h。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵液的温度为36～39℃。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制发酵液的氧化还原电位的方法为：(1)测定发酵液的氧化还原电位，设定初始搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慎波，郭芳坤，史新会，彭振兴，杨雨，宋迪，
申请(专利权)人：山东天润和生物工程有限公司，
类型：发明
国别省市：