Streptococcus thermophilus TF96營(yíng)養(yǎng)消耗模式研究.pdf

1、目前，對(duì)Streptococcus thermophilus營(yíng)養(yǎng)需求方面的研究主要集中于測(cè)定少數(shù)菌株的氨基酸需求，而在菌株對(duì)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(bào)道。因此，為了探究Streptococcus thermophilus對(duì)各營(yíng)養(yǎng)成分的需求程度和消耗模式，并為設(shè)計(jì)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(duì)S

2、treptococcus thermophilus TF96進(jìn)行增殖培養(yǎng)，在研究其生長(zhǎng)動(dòng)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(yíng)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(shí)間的變化及在不同生長(zhǎng)率下?tīng)I(yíng)養(yǎng)組分隨生物量的消耗情況，以闡明Streptococcus thermophilus TF96的營(yíng)養(yǎng)消耗模式，為高密度培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)提供理論支撐。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過(guò)乳糖的消耗量隨發(fā)酵時(shí)間及生長(zhǎng)率變化

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

4、(0.17 h-1)增加到μ3(0.21 h-1)時(shí)，乳糖的消耗量隨著生長(zhǎng)率的增加而減少，這說(shuō)明在較高的生長(zhǎng)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(shí)間變化的研究結(jié)果表明，在整個(gè)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(dá)95％以上;而脯氨酸、絲氨酸和丙氨酸在細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)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(xì)菌生長(zhǎng)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(shí)達(dá)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(zhǎng)率μ1=0.04 h-1時(shí)最高，這可能是由于剛進(jìn)入遲滯期的Streptoc

6、occus thermophilus正處于適應(yīng)新環(huán)境階段，因此會(huì)消耗大量的氨基酸為進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期做準(zhǔn)備。⑶在Streptococcus thermophilus TF96的整個(gè)生長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)率由μ1(0.04 h-1)增加到μ3(0.21h-1)時(shí)，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(shí)的生物利用率最高。而當(dāng)μ4=0.05 h-1時(shí)，除氰鈷胺素和對(duì)氨基苯甲酸外，其余各維生素在此時(shí)的消耗量均大于μ3=0.21 h-1時(shí)的消耗量，說(shuō)明在平均生長(zhǎng)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?yàn)樘幱诜€(wěn)定期的Streptococcus thermophilus細(xì)胞

8、內(nèi)積累了大量的代謝產(chǎn)物，從而抑制了菌體對(duì)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(shí)間及生物量變化的研究結(jié)果表明，在Streptococcus thermophilus TF96的整個(gè)發(fā)酵期間，所添加的堿基類(lèi)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(duì)較低;肌苷在細(xì)菌生長(zhǎng)過(guò)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(zhǎng)率μ1=0.04 h-1和μ4=0.05 h-1時(shí)的單位生物量消耗率最高，但由于在這兩個(gè)生長(zhǎng)率下菌體生物量沒(méi)有明顯增加，因此嘌呤嘧啶和金屬離子在此過(guò)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(shí)這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有效利用率最高。⑸通過(guò)研究Streptococcus therm

10、ophilus TF96對(duì)各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗模式可知，Streptococcusthermophilus TF96在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求程度有所不同，有些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗量和利用率較高，而有些營(yíng)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(jì)的目的得以實(shí)現(xiàn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)Streptococcus thermophilusTF96培養(yǎng)基時(shí)可以適當(dāng)?shù)臏p少一些消耗量和利用率較低的營(yíng)養(yǎng)