一種微生物混合發酵制備黃姜皂苷的方法技術

本發明專利技術公開了一種微生物混合發酵制備黃姜皂苷的方法，屬于生物技術領域，重點解決現有生產工藝中黃姜皂素收率低的問題。首先分別培養芽孢桿菌HG224、一種果膠桿菌或歐文氏菌、一種纖維單胞菌，然后按照1:0.4～1.2:0～1.2接種體積比例混合后制備微生物菌群；再按照黃姜干重與水的質量比為1:5～1:15配制成均勻黃姜漿液，在漿液中接種體積百分數為10％～40％上述微生物菌群，然后在溫度為30℃～40℃，轉速為100～220r/min的條件下培養4～6h。該微生物菌群混合發酵可使大量束縛的皂苷游離出來，大大提高了黃姜皂素收率，同時，為促進后續黃姜皂素的綠色生產奠定了堅實基礎，工業化應用前景廣闊。

【技術實現步驟摘要】
一種微生物混合發酵制備黃姜皂苷的方法
本專利技術屬于生物
，更具體地，涉及一種微生物混合發酵制備黃姜皂苷的方法。
技術介紹
黃姜(DioscoreazingiberensisC.H.Wright)學名盾葉薯蕷，又稱火頭根，多年生纏繞草本植物，為我國特有的野生植物資源，主要分布于湖南、陜西、四川、貴州及云南等省。黃姜的根狀莖含薯蕷皂苷等甾體皂苷類成分、40％左右的淀粉、50％的纖維素以及一些水溶性苷類、生物堿類、黃酮苷類、強心苷類、單寧、色素等化學成分。黃姜的主要有效成分是薯蕷皂苷元，也稱皂素(以下均稱皂素)。皂素是黃姜皂苷的配基，在黃姜中主要以皂苷的形式存在。以黃姜皂素合成的甾體激素中間體及皮質激素、性激素、蛋白同化激素等產品為主的數百種國計民生特需的藥物，被譽為“藥用黃金”。甾體激素類藥物已迅速發展為僅次于抗生素的第二大類藥物。盾葉薯蕷植物中的淀粉、蛋白質、果膠等成分對甾體皂苷具有一定的包裹作用，而甾體皂苷又通過糖苷鍵與植物纖維相連。因而簡單的酸水解方法收率低，很難將植物中的薯蕷皂素提取完全，僅能提取其中的1/4。專利CN1515585A公開了一種環保無污染生產薯蕷皂素的方法，但其中過篩分離40％的纖維素部分會帶走一些與纖維素結合的皂苷，從而降低了皂素的得率。專利CN1970785A公開了一種薯蕷皂素清潔生產及綜合利用的方法，將黃姜原料粉碎后直接進行溶劑提取，與黃姜木質纖維素結構共價偶聯的結合態皂苷無法獲得，皂素得率存在提升空間。專利CN1821380A公開了一種處理黃姜的高效復合微生物菌群，其使用的微生物菌群涵蓋細菌、霉菌、酵母菌等多種復合微生物，但存在問題是真菌生長時間較長，且細菌與真菌在生長過程中存在拮抗作用，大多數微生物在對黃姜木質纖維素處理過程中，存在分階段生長的情況，與自然發酵過程一樣存在不可控性，且微生物對皂苷元母核可能會有降解與轉化作用，從而降低皂素得率。綜上所述，傳統的酸水解法提取黃姜皂素由于皂苷的轉化不是專一性的，是同時水解各種物質，包括木質纖維素，淀粉，蛋白等等，用酸量大，因此，效率低、能耗大，且需要高溫處理；現有技術大多利用微生物自然發酵處理黃姜，而自然發酵的微生物不可控，因而可能會摻雜一些可以降解皂素母核的微生物，使得皂素產量大幅下降。因此，最大限度提高黃姜皂素收率，降低黃姜皂素生產成本則是現有生產工藝面臨的突出問題，通過創新微生物方法促進黃姜皂苷的大量游離，尤其是黃姜中束縛皂苷的游離極為重要，所以，研發新的綠色生產工藝并進行產業化應用刻不容緩。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種芽孢桿菌、微生物菌群及其混合發酵制備黃姜皂苷的方法，其目的在于通過選擇合適的微生物菌種，制備得到微生物菌群，使得在黃姜發酵時該微生物菌群能夠先后分泌高活性木質纖維素降解酶、淀粉酶和糖基轉移酶等，協同促進黃姜皂苷的游離，且提高皂苷在水相中的溶解度，從而提高最終皂素的得率，由此解決現有技術黃姜皂素收率低的突出問題，為下一階段的微生物高效轉化皂苷生產皂素奠定了堅實基礎。為實現上述目的，按照本專利技術的一個方面，提供了一種芽孢桿菌，分類命名為Bacillussp.HG224，所述芽孢桿菌于2016年12月30日保藏于中國典型培養物保藏中心CCTCC，其保藏編號為CCTCCM2016791。按照本專利技術的另一個方面，提供了一種黃姜發酵的微生物菌群，所述微生物菌群包括芽孢桿菌HG224和至少一種果膠桿菌，所述果膠桿菌能夠用歐文氏菌代替。優選地，所述果膠桿菌為胡蘿卜果膠桿菌，其拉丁文名學名為Pectobacteriumcarotovorum。優選地，所述歐文氏菌為解淀粉歐文氏菌，其拉丁文學名為Erwiniaamylovora。優選地，所述微生物菌群還包括至少一種纖維單胞菌。優選地，所述纖維單胞菌為產黃纖維單胞菌，其拉丁文學名為Cellulomonasflavigena。優選地，所述微生物菌群中所述芽孢桿菌HG224、果膠桿菌和纖維單胞菌均處于對數生長期，所述處于對數生長期的芽孢桿菌HG224、果膠桿菌和纖維單胞菌的菌液體積比為1:0.4～1.2:0～1.2，所述果膠桿菌能夠用歐文氏菌代替。優選地，所述微生物菌群用于分泌木質纖維素降解酶、淀粉酶和糖基轉移酶。優選地，所述木質纖維素降解酶為纖維素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、果膠酶或木質素降解酶。優選地，所述微生物菌群在黃姜發酵時用于分泌200～820U/ml的淀粉酶、120～450U/ml的β-葡萄糖苷酶、120～410U/ml的木聚糖酶、130～370U/ml的甘露聚糖酶和110～390U/ml的果膠酶、158～430U/ml的糖基轉移酶以及205～890U/ml的纖維素酶。按照本專利技術的另一個方面，提供了一種所述的微生物菌群的制備方法，包括如下步驟：取所述芽孢桿菌HG224、果膠桿菌和纖維單胞菌的菌株的單菌落分別接種于所述LB培養基中，在溫度為30～40℃，轉速為100～220r/min條件下培養菌株至對數生長期，分別獲得所述芽孢桿菌HG224、果膠桿菌和纖維單胞菌的處于對數生長期的菌液，將所述菌液按照體積比例1:0.4～1.2:0～1.2混合制成所述微生物菌群，所述果膠桿菌能夠用歐文氏菌代替。按照本專利技術的另一個方面，提供了一種所述的微生物菌群的應用，應用于黃姜發酵。優選地，所述的微生物菌群應用于黃姜發酵時包括如下步驟：按照黃姜干重與水的質量比為1:5～1:15配制成均勻漿液，在漿液中接種體積百分數為10％～40％的所述的微生物菌群，進行微生物菌群混合發酵培養，得到含有黃姜皂苷的發酵液。優選地，所述發酵培養條件為：在溫度為30～40℃、轉速為100～220r/min條件下培養4～24h。優選地，所述發酵培養時間為4～6h?？傮w而言，通過本專利技術的上述技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果。1、本專利技術提供了一種芽孢桿菌HG224，并提供了一種包含該芽孢桿菌的用于黃姜發酵的微生物菌群，采用該微生物菌群發酵處理黃姜原料時，其能夠分泌木質纖維素降解酶系、淀粉酶和糖基轉移酶且酶活活力很高，使木質纖維素結構松散，并使束縛的皂苷釋放出來，使存在于黃姜組織細胞中被木質纖維素、果膠、淀粉等包裹的皂苷充分游離，通過發酵時間控制，使得淀粉轉化為低聚糖或寡糖，解除淀粉的包裹作用而不影響葡萄糖含量。2、微生物轉化皂苷時由于大量皂苷的水不溶的狀態，導致轉化效率較低，采用本專利技術所述的微生物菌群發酵黃姜后，由于大量束縛的水溶性皂苷的釋放并存在于水相中，為后續轉化皂苷的微生物進行高效轉化生產皂素奠定了堅實基礎。3、本專利技術提供的微生物菌群的制備方法及其在黃姜發酵中的應用，促進大量束縛的皂苷游離，使得后續皂素生產得率高，工藝綠色環保、無污染、成本低，產業化應用前景廣闊。4、本專利技術的微生物菌群應用于黃姜發酵促進黃姜皂苷釋放和溶解時，由于其中不同菌種的協同作用，與不添加微生物或僅添加單一微生物相比，皂苷得率大大提高。附圖說明圖1是Bacillussp.HG224發酵黃姜時β-葡萄糖苷酶的酶活動態監測曲線；圖2是Bacillussp.HG224發酵黃姜時淀粉酶的酶活動態監測曲線；圖3是Bacillussp.HG224發酵黃姜時木聚糖酶的酶活動態監測曲線；圖4是Bacil本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種芽孢桿菌，其特征在于，所述芽孢桿菌的分類命名為Bacillus?sp.HG224，所述芽孢桿菌于2016年12月30日保藏于中國典型培養物保藏中心CCTCC，其保藏編號為CCTCC?M2016791。

【技術特征摘要】
1.一種芽孢桿菌，其特征在于，所述芽孢桿菌的分類命名為Bacillussp.HG224，所述芽孢桿菌于2016年12月30日保藏于中國典型培養物保藏中心CCTCC，其保藏編號為CCTCCM2016791。2.一種黃姜發酵的微生物菌群，其特征在于，所述微生物菌群包括芽孢桿菌HG224和至少一種果膠桿菌，所述果膠桿菌能夠用歐文氏菌代替，所述果膠桿菌優選為Pectobacteriumcarotovorum，所述歐文氏菌優選為Erwiniaamylovora。3.如權利要求2所述的微生物菌群，其特征在于，所述微生物菌群還包括至少一種纖維單胞菌，所述纖維單胞菌優選為Cellulomonasflavigena。4.如權利要求2或3所述的微生物菌群，其特征在于，所述微生物菌群中所述芽孢桿菌HG224、果膠桿菌和纖維單胞菌均處于對數生長期，所述處于對數生長期的芽孢桿菌HG224、果膠桿菌和纖維單胞菌的菌液體積比為1:0.4～1.2:0～1.2，所述果膠桿菌能夠用歐文氏菌代替。5.如權利要求2～4任意一項所述的微生物菌群，其特征在于，所述微生物菌群用于分泌木質纖維素降解酶、淀粉酶和糖基轉移酶，優選地，所述木質纖維素降解酶為纖...

【專利技術屬性】
技術研發人員：余龍江，張立偉，敖明章，邱海亮，郭夢真，袁舒，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42