[发明专利]一种提高短乳杆菌全细胞转化生产γ-氨基丁酸的方法

说明书

本发明公开了一种提高短乳杆菌全细胞转化生产γ‑氨基丁酸(GABA)的方法，属于生物工程技术领域。本发明在短乳杆菌的发酵培养基中同时添加烟酸和精氨酸，获得细胞膜通透性增强的菌体细胞。以谷氨酸和谷氨酸钠为底物，添加适量的辅酶磷酸吡哆醛，利用该菌体全细胞催化生产γ‑氨基丁酸。湿细胞添加量10g/L，转化周期12h，产量可以达到61.95g/L，谷氨酸摩尔转化率达到98％。较发酵培养基未添加烟酸和精氨酸的对照组，γ‑氨基丁酸的产量提高了40％，谷氨酸摩尔转化率提高了39.4％。本发明可大幅提高短乳杆菌全细胞转化生产γ‑氨基丁酸的效率，具有简单、易操作、可与现有的全细胞转化系统良好整合的优点。

技术领域

本发明涉及一种提高短乳杆菌全细胞转化生产γ-氨基丁酸(GABA)的方法，属于生物工程技术领域。

背景技术

GABA是一种天然的非蛋白质氨基酸，广泛分布在动植物、微生物中，具有降血压、改善肝肾功能、调节激素分泌、延缓衰老等功效。

GABA的生产方法主要有化学合成法和生物合成法。化学法合成法的产量相对较高，但生产过程能耗高、安全性差、成本高且污染环境，生产的GABA不能应用于食品和医药行业。生物合成法可细分为植物富集法和微生物生产法。植物富集法常用于开发富含GABA的功能性食品，该方法条件比较温和，但成本较高，且不易得到纯品，所以在工业生产中有很大的局限性。微生物生产法包括传统的微生物发酵法以及最近几年新兴的微生物转化法，发酵法生产GABA存在易污染、可重复性差、周期长、分离纯化困难等缺点；相比而言，转化法具有特异选择性高、催化反应条件温和、周期短、转化率高、污染小、分离提纯方便、可循环以及更易规模化等优点，更适合我国谷氨酸企业过剩谷氨酸的产品转移。

转化法的原理是利用谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase，GAD，EC4.1.1.15)能专一地催化L-谷氨酸裂解为GABA和CO₂的作用，以发酵培养的全细胞或酶液作为催化剂，催化底物转化生产GABA。由于酶作为催化剂成本较高，目前多以静息的全细胞作为催化剂。由于GAD的催化作用需要辅酶5’-磷酸吡哆醛(PLP)的参与，而细胞内的PLP含量无法满足GAD催化反应的需要，所以需在转化体系中添加一定量PLP促进生产。

目前，全细胞转化所用的微生物主要有大肠杆菌和乳酸菌。大肠杆菌本身GAD活性很低，因此用于全细胞转化的大肠杆菌均为强化了GAD活性的基因工程菌，加之其本身会产生内毒素，生产的GABA存在一定的安全隐患，因此大肠杆菌工程菌株常用于生产饲料用GABA。

乳酸菌是公认的食品级安全菌株，可用于生产食品或医药级的GABA。已有大量乳酸菌合成GABA的报道，其中短乳杆菌因GAD活性较强，GABA产量较高而备受关注。目前，研究人员常采用菌株诱变选育、转化条件优化和提高细胞壁通透性等方法提升短乳杆菌催化转化GABA的能力，缩短转化周期，降低生产成本。但是相比重组大肠杆菌，短乳杆菌全细胞转化生产GABA的产量仍然较低，因此，提供一种能提高短乳杆菌全细胞转化生产GABA的新方法，对于促进食品和医药级GABA的工业化规模生产具有十分重大的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高短乳杆菌全细胞转化生产GABA的新方法。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种提高短乳杆菌全细胞转化生产GABA的方法，该方法包含以短乳杆菌为生产菌种进行的种子培养、发酵培养、湿菌体制备和全细胞转化，其特征在于，所述发酵培养时在发酵培养基中同时加入烟酸和精氨酸。

所述的短乳杆菌已保藏于中国微生物菌种保藏中心，其地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，该菌株的保藏编号为CGMCC NO.3414。其分类命名为Lactobacillus brevis TCCC 13007(短乳杆菌TCCC 13007)；其保藏日期为2009年11月6日。