Streptococcus thermophilus TF96營養(yǎng)消耗模式研究.pdf

1、目前，對Streptococcus thermophilus營養(yǎng)需求方面的研究主要集中于測定少數(shù)菌株的氨基酸需求，而在菌株對維生素、嘌呤嘧啶及金屬離子等需求方面的相關(guān)信息卻鮮有報道。因此，為了探究Streptococcus thermophilus對各營養(yǎng)成分的需求程度和消耗模式，并為設(shè)計Streptococcus thermophilus高密度培養(yǎng)基的定量分析提供理論依據(jù)，本研究在控制發(fā)酵pH的情況下，利用化學(xué)合成培養(yǎng)基(CDM)對S

2、treptococcus thermophilus TF96進行增殖培養(yǎng)，在研究其生長動力學(xué)的基礎(chǔ)上，采用高效液相色譜法分析培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)（乳糖、氨基酸、維生素、嘌呤嘧啶、肌苷及礦物質(zhì)）隨發(fā)酵時間的變化及在不同生長率下營養(yǎng)組分隨生物量的消耗情況，以闡明Streptococcus thermophilus TF96的營養(yǎng)消耗模式，為高密度培養(yǎng)基的設(shè)計提供理論支撐。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過乳糖的消耗量隨發(fā)酵時間及生長率變化

3、的研究結(jié)果可知，在Streptococcusthermophilus TF96的整個生長過程中，培養(yǎng)基中乳糖的濃度隨發(fā)酵時間的延長不斷降低，期間消耗總量達26.81 mmol/L，占其最初添加量的91.78％。當(dāng)平均生長率μ1=0.04 h-1時，單位菌體干重內(nèi)乳糖的消耗量最高，但由于此時生物量的增加量較少，所以乳糖在平均生長率為μ1時的有效利用率最低。而當(dāng)Streptococcus thermophilus TF96的平均生長率由μ2

4、(0.17 h-1)增加到μ3(0.21 h-1)時，乳糖的消耗量隨著生長率的增加而減少，這說明在較高的生長率下乳糖的有效利用率也較高。⑵Streptococcus thermophilus TF96培養(yǎng)基中氨基酸濃度隨發(fā)酵時間變化的研究結(jié)果表明，在整個發(fā)酵期間，消耗量最大的氨基酸為亮氨酸、天冬氨酸、脯氨酸及纈氨酸，這些氨基酸的消耗量分別占氨基酸消耗總量的8.89％、8.73％、8.39％和7.77％。就氨基酸的消耗率而言，20種氨基酸

5、中消耗率最高的則是精氨酸、組氨酸和甲硫氨酸，這三種氨基酸的消耗率均達95％以上;而脯氨酸、絲氨酸和丙氨酸在細胞生長過程中的消耗率均低于50％，屬于低消耗氨基酸。此外，由氨基酸的單位菌體消耗率隨細菌生長率變化的結(jié)果可知，20種氨基酸的生物利用率均在μ2=0.17 h-1或μ3=0.21 h-1時達到最高;此外，除蘇氨酸外其余氨基酸在單位菌體干重內(nèi)的消耗量均在平均生長率μ1=0.04 h-1時最高，這可能是由于剛進入遲滯期的Streptoc

6、occus thermophilus正處于適應(yīng)新環(huán)境階段，因此會消耗大量的氨基酸為進入對數(shù)生長期做準(zhǔn)備。⑶在Streptococcus thermophilus TF96的整個生長期間，消耗量最大的維生素是抗壞血酸，其消耗量占所有維生素消耗總量的93.33％;而消耗量最低的是氰鈷胺素，為0.66μmol/L，僅占維生素總消耗量的0.03％。所有維生素中消耗率較大的有生物素、煙酸、對氨基苯甲酸和核黃素，這些維生素的消耗率均大于75％。當(dāng)平

7、均生長率由μ1(0.04 h-1)增加到μ3(0.21h-1)時，除核黃素和煙酸外的所有維生素的有效利用率均隨著生物量的增加而增加，且在μ3=0.21 h-1時的生物利用率最高。而當(dāng)μ4=0.05 h-1時，除氰鈷胺素和對氨基苯甲酸外，其余各維生素在此時的消耗量均大于μ3=0.21 h-1時的消耗量，說明在平均生長率較低的情況下這些維生素的有效利用率也較低，這可能是因為處于穩(wěn)定期的Streptococcus thermophilus細胞

8、內(nèi)積累了大量的代謝產(chǎn)物，從而抑制了菌體對這些維生素的吸收利用。⑷嘌呤嘧啶堿基、肌苷及金屬離子的消耗量隨發(fā)酵時間及生物量變化的研究結(jié)果表明，在Streptococcus thermophilus TF96的整個發(fā)酵期間，所添加的堿基類物質(zhì)中消耗量最大的是尿嘧啶，消耗率最高的是烏嘌呤，而腺嘌呤和黃嘌呤的消耗量及消耗率相對較低;肌苷在細菌生長過程中的消耗量為10.10μmol/L，占肌苷最初添加量的54.16％;金屬離子中K+的消耗量最大(9

9、.30 mmol/L)，Ca2+的消耗率最高(29.53％)，Mg2+和PO43-的消耗量和消耗率均較低。此外，嘌呤嘧啶及金屬離子在平均生長率μ1=0.04 h-1和μ4=0.05 h-1時的單位生物量消耗率最高，但由于在這兩個生長率下菌體生物量沒有明顯增加，因此嘌呤嘧啶和金屬離子在此過程中的有效利用率最低，而當(dāng)μ2=0.17 h-1或μ3=0.21 h-1時這些營養(yǎng)物質(zhì)的有效利用率最高。⑸通過研究Streptococcus therm

10、ophilus TF96對各營養(yǎng)物質(zhì)的消耗模式可知，Streptococcusthermophilus TF96在生長過程中對各營養(yǎng)物質(zhì)的需求程度有所不同，有些營養(yǎng)物質(zhì)的消耗量和利用率較高，而有些營養(yǎng)物質(zhì)的消耗量和利用率極低。因此為了使Streptococcusthermophilus高密度培養(yǎng)高效經(jīng)濟的目的得以實現(xiàn)，我們在設(shè)計Streptococcus thermophilusTF96培養(yǎng)基時可以適當(dāng)?shù)臏p少一些消耗量和利用率較低的營養(yǎng)