[发明专利]一株甲基营养型芽孢杆菌、发酵γ-聚谷氨酸方法及应用

说明书

本发明公开了一株甲基营养型芽孢杆菌、发酵γ‑聚谷氨酸方法及应用，所述的甲基营养型芽孢杆菌保藏名称为甲基营养型芽孢杆菌(Bacillusmethylotrophicus)FEP‑225，于2021年06月28日保藏于中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏编号为CGMCCNo.22792。本发明通过补入含有富氧空气和培养基的微纳米气泡，因其比表面积大、液体中存留时间长，可实现发酵液与富氧空气充分接触，巧妙地避开了因发酵液黏度增高而造成的通气不能打散，从而实现γ‑聚谷氨酸发酵的快速、高效增氧。

技术领域

本发明属于微生物发酵工程领域，具体涉及一株甲基营养型芽孢杆菌、发酵γ-聚谷氨酸方法及应用，具体涉及一株甲基营养型芽孢杆菌、在发酵中使用微纳米曝气技术的增氧方法及应用。

背景技术

γ-聚谷氨酸(英文名称γ-polyglutamic acid,简称γ-聚谷氨酸)是一种由L-谷氨酸或D-谷氨酸单体通过γ-酰胺键连接而形成的线性高分子化合物，分子量分布在100-2000kDa之间，是一种优良的环保型高分子材料。γ-聚谷氨酸具有水溶性、吸水性、吸附性、无毒性、可生物降解性等优良的特性，在多个领域中具有广泛的应用：农业中被用作肥料增效剂、植物调理剂和土壤改良剂；化妆品行业中被用作保湿剂；食品行业中被用作增稠剂和添加剂；环保行业中用作絮凝剂和吸附剂；医药行业中被用作药物载体等。因此，近年来γ-聚谷氨酸备受关注，需求量逐年增加。

目前，γ-聚谷氨酸主要是通过微生物发酵的方式生产制备，其中使用的反应器绝大部分为通气式机械搅拌发酵罐。然而，γ-聚谷氨酸为高分子聚合物，随着γ-聚谷氨酸的积累发酵液的粘度会迅速升高，此时发酵罐中的挡板和搅拌桨对底部所通气体不能有效打碎、分散，造成气泡变大，气泡在液体中存留时间变短，气体与液体接触面积减少。这将导致气体和液体的混合效果变差，氧气不能有效传质，从而溶氧限制，抑制细胞的生长、代谢，阻碍γ-聚谷氨酸的继续合成。溶氧限制是γ-聚谷氨酸发酵中普遍存在的限制因素，更是阻碍γ-聚谷氨酸高效生产的关键抑制因子。近年来有关γ-聚谷氨酸发酵增氧的装置，通过在反应釜中架设了一系列的传动轴、搅拌轴、活塞杆、螺旋叶片和切割刀叶等，实现富氧空气和发酵液的充分混合接触，从而增加γ-聚谷氨酸发酵叶溶氧，然而此装置机械设计相对复杂、设备费投入大，很难取代现有发酵罐普遍推广；中国专利(授权公布号：CN 103881954A)公布了一株高产γ-聚谷氨酸的基因工程菌，其基因组重组整合了透明颤菌血红蛋白基因(vgb)并成功的高表达了相应蛋白VHb，提高了低溶氧条件下对氧的利用率，实现了γ-聚谷氨酸的高效合成，然而基因工程菌存在操作难度大、遗传不稳定和生物安全风险，这些因素限制了工程菌在生产中的大规模应用。因此，亟需寻找一种适用于现有设备、操作简便、安全无风险、普适性强的γ-聚谷氨酸发酵的增氧方法。

微纳米曝气是一种新型的曝气技术，装置能够将气体和液体混合、切割、破碎，产生大量的直径为0.1-10μm的微纳米气泡。与传统曝气(气泡直径0.5-5mm)相比气泡尺寸减小，比表面积急剧增大，在水中停留时间大幅增长，气泡内的压力明显增加，从而显著提高氧传质的效率。因此，微纳米曝气技术可针对性的解决γ-聚谷氨酸中因发酵液黏度增大、气泡不能打散、气液传质受阻而造成的溶氧限制问题，现阶段该技术已成熟应用于污染处理和鱼虾养殖中的水体快速、高效复氧，然而在γ-聚谷氨酸发酵中的应用还未见报道。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供一株甲基营养型芽孢杆菌、发酵γ-聚谷氨酸方法及应用。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案包括：

一株甲基营养型芽孢杆菌，所述的甲基营养型芽孢杆菌保藏名称为甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus)FEP-225，于2021年06月28日保藏于中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏编号为CGMCCNo.22792。

具体的，所述的甲基营养型芽孢杆菌从土壤样品中筛选，经富集、分离和纯化得到。