响应面法优化红霉素发酵培养基

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遗传育种与生物合成

文章编号：#$$#%&’&()!$$(*$+%$!"!%$+

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响应面法优化红霉素发酵培养基

应惟娲

郝玉有

储炬!

王永红

庄英萍

（华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室

国家生化工程技术研究中心，上海!$$!,"）

摘要：采用响应面法对红色糖多孢菌产红霉素发酵培养基进行优化。用-./.01021/341.5678.9:;6<26=>?设计对初始发酵培养基添加的’个影响因素的效应进行评价，选择有显著影响的@个因素，即硫酸镁、甜菜碱、硫酸铜和氯化钴。再用最陡爬坡实验为甜菜碱$A$#&+B)!"#*，硫酸铜中心组合实验确定最大响应区间，最后经过响应面分析得到最优化结果，硫酸镁$A#$’B)!"#*，氯化钴$A$$$,B)!"#*。优化后红霉素生物效价比优化前提高了,$B。$A#$’0078CD，

关键词：红色糖多孢菌；响应面法；优化；发酵培养基中图分类号：2("&A#E+

文献标识码：F

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红霉素是一类大环内酯类抗生素，具有广谱抗菌作用，在抗感染药物中拥有很大的市场份额。金属元素是微生物生长繁殖和代谢所必须的微量元素，添加金属元素可以提高抗生素的产量和生物活性。这些物质一般在低浓度下对微生物的生长和目标产物的合成有较大的促进作用。在红霉素生物合成中，甲基丙二酰N7F异构酶属于钴参与伴随氢转移的异构化反应涉及的酶。锌、铜等微量元素对微生物体内各种酶起激活作用。镁可提高红霉素合成过程中关键酶的活性c#d。甜菜碱是甘氨酸的甲基衍生物，有,个具有化学活性的甲

收稿日期：!$$&%##%#!

作者简介：应惟娲，女，生于#(&,年，在读硕士研究生。

基，其主要生理作用是作为渗透压调节剂和甲基供体

（转甲基作用）。作为渗透压调节剂，甜菜碱能保护细（如低水、胞、蛋白质和酶不受环境应激高盐或极端温度）的影响；作为甲基供体，甜菜碱能参与甲硫氨酸循环c!d。在红霉素生物合成过程中，红霉素e经过甲基化羟基化转化为红霉素Fc,d。响应面法是微生物发酵

@f’d培养基优化常用的方法之一c#，，单个因素和多种因

素间的交互作用对微生物生物合成会产生不同程度的影响，因此本文采用响应面法对红色糖多孢菌产红霉素的发酵培养基添加不同元素进行培养基优化，获得

!通讯作者，3%0:.8：a19O1b691=;A6<1A9/

交互影响最为显著的因素及最佳配比，以提高红霉素产量。""#"

材料与方法菌种

碱;2<、硫酸铜;3<、甘氨酸;4<、氯化钴;5<和氯化锌

（)）;6<’种因素，或考察它们的重要性。每个因素取高（*)）低两种水平，实验设计见表)，各因素水平取值

及分析结果见表!。本实验用4U"VFCO:"%$软件对实验数据进行处理获得多元回归方程。

（!）最陡爬坡实验根据实验设计结果确定显著影响因素，以拟合的回归方程模型的系数符号和大小来设定显著影响因素的步长及变化方向，使响应值快速逼近最大响应区间。（#）响应面分析实验方法

本实验采用中心组合（ENDPFO:E=9?=RCPNQNRC7D，设计，中心组合设计中334）

（轴向点）（因素点）每个因素取+个水平：，和W"W)组合设计对最陡坡实验确定的中心区域进行考察，用4U"VFCO:"%$软件对实验数据进行处理分析。

（&）验证实验对响应面实验优化结果确定的各显著影响因素的最佳取值及预计结果进行验证，进行可靠性分析，得到最后优化结果。!!#"

结果

显著影响因素的筛选

红色糖多孢菌;’())*(+,-,./0-,+(1+/2*+(1(<5#由

本实验室保存。

培养基及培养条件

（-）淀粉&%+，（热榨）种子培养基黄豆饼粉

玉米浆$%/，硫酸铵$%)，硝酸铵$%)，豆油$%)&，)%’，"#!

碳酸钙$%+；消前?@’%.A"%$，挖取)!)B灭菌#$9CD。

（)E9(!E9）新鲜斜面接到装有.$9:种子培养基的培养温度#&B，转速!!$F89CD，置于摇+$$9:摇瓶中，

床上培养&.G。

（-）淀粉!%"，（热初始发酵培养基黄豆饼粉榨）硫酸铵$%).，豆油$%+&，碳酸钙$%+&；消前!%"，

接种量+-，?@"%$A"%!，)!)B灭菌#$9CD。+$$9:摇瓶装液量为+$9:，转速!!$F89CD，温度#&B，培养

)&&G。"#$"#%

红霉素生物效价测定采用管碟法H"I。

培养基优化方法（)）JCDC9K9LKD5MKCFN?:CEOPNQLNRST设计这个设计方法是一种经济有效的二水平实验方法，能够

中心点，对"值可以进行设定，本实验"X!。采用中心

用4U"VFCO:"%$软件JCDC9K9LKD5MKCFN?:CEOPY

（红霉素生物NQLNRST设计模块设计实验及响应值

各因素效应及显著性分析见表!。多见表)，效价，34）元回归方程为34X!."’%$$,!+!%’/56+#%!!7,

)"+%/&8*!’%".9*&"%)’:,#’%$/;，3!X$%/.’.。表!中!0$%$+为显著影响因素，可看出硫酸镁、甜菜

通过较少的实验从众多影响因素中筛选出显著影响因素，提高实验效率。本实验在单因素实验的基础上用该设计在初始发酵培养基中添加硫酸镁;1<、甜菜

表"

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