[发明专利]一种微胶囊化重组枯草芽孢杆菌和γ-氨基丁酸的制备方法

说明书

本发明涉及一种利用重组枯草芽孢杆菌生产γ‑氨基丁酸的全质微囊化制备方法。以重组枯草芽孢杆菌(保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.5550)为出发菌株发酵。针对发酵液体系选择乙基纤维素、甘油、蔗糖、酵母提取物、磷酸氢二钾和明胶对其进行微胶囊化制备，喷雾干燥。本发明通过对重组枯草芽孢杆菌发酵液体系微胶囊化制备方法的理性设计，保护枯草芽孢杆菌的活性，同时对其催化产物(γ‑氨基丁酸)进行最大限度的利用，降低成本，减少废液处理压力。

技术领域

本发明涉及食品和饲料用益生菌生物技术领域。具体涉及一种微胶囊化益生菌（枯草芽孢杆菌）和其催化产物（γ-氨基丁酸）的制备方法。

背景技术

枯草芽孢杆菌是普遍存在的一类好氧性细菌。大量的研究表明，芽孢杆菌具有拮抗肠道病原菌、提高防病能力的作用。枯草芽孢杆菌在其生长过程中能够产生乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸，这些酸类能降低动物肠pH值，可有效抑制病原菌生长，同时通过生物夺氧消耗肠道内的氧气造成厌氧环境，有利于肠道原籍优势菌繁殖，维持肠道正常生态平衡。同时，枯草芽孢杆菌可以代谢包括蛋白酶等在内的众多酶系，在动物肠道中可将大分子物质降解为可被动物吸收的小分子物质，大大提高饲料转化率，提高料肉比，降低养殖成本。

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是一种非蛋白质氨基酸，在日本和美国等国家已被广泛应用于食品、医药、化妆品和畜牧行业中。目前，国内GABA的生产主要以化学合成法为主，分离提取法和生物发酵法生产GABA由于受到技术和原材料的限制而未能形成真正意义上的产业化。生物制造具有高效、绿色、低碳、可持续性等特征，已经成为全球性的战略新兴产业，呈现出高速增长的态势。

由于GABA具有调节动物食欲，改善肝脏、肾脏，和调节激素分泌等功能，其在畜牧行业中的应用研究报道也较多。在仔猪养殖方面，杨小军等在28天断奶的三元杂交猪日粮中分别添加了400、800 mg/kg GABA，饲喂28天后发现GABA主要对试验后期的日增重和采食量影响显著，且800 mg/kg剂量效果更好。在生长育肥猪方面，韦习会等在30 kg左右的三元杂交猪日粮中分别添加0、10、20和40 mg/kg GABA饲喂80天，结果表明10和20 mg/kg组的日增重比对照组分别提高了11.39%和9.49%，采食量分别提高了7.82%和9.47%，而40 mg/kg组的采食量和日增重却有所下降。GABA对家禽生长性能的影响同样也引起了研究者的关注。陈忠等在肉仔鸡饮水中添加0.05% GABA后发现，热应激仔鸡的呼吸频率明显降低，肉鸡的日增重显著提高，料重比得到改善。吴常信报道，将适量GABA添加到肉雏鸡前期（50、100mg/kg）和后期（75、150 mg/kg）日粮中均能提高日增重和降低料重比，且低剂量效果优于高剂量组。在水产养殖方面，有学者分别开展了饲喂GABA对鲤鱼、草鱼、鲫鱼、草金鱼、日本比目鱼泥鳅等的促生长和抗应激的影响研究。结果表明，添加一定量的GABA能够提高水产动物的料肉比和抗缺应激能力。

前期张六六采用安全菌株—枯草芽孢杆菌为宿主细胞，基于基因工程手段构建低能耗、高产GABA基因工程菌，利用代谢工程手段对该菌株进行了理性改造、发酵条件优化和中试放大。以谷氨酸为底物进行生物催化24 h，生成的GABA浓度达到327 g/L。由于GABA 是一种小分子晶体氨基酸，晶体氨基酸与饲料蛋白中氨基酸相比，在动物、鱼虾肠道中吸收过快，在血浆中很快达到高峰并代谢分解，不能持久的发挥其生理功能。特别是在水产养殖过程鱼虾采食缓慢，GABA易溶于水中，十分容易从饲料颗粒中向水中渗出，这也不利于晶体氨基酸的添加效果。同时枯草芽孢杆菌如何在微生态制剂干燥过程中容易受热而死亡，如何提高其存活程度也是另一关键问题。