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第 5 期 于文文，等: 酿酒酵母工程菌发酵产青蒿酸的工艺优化 ·861·

酸发酵产量，不需要向培养基中添加有机氮源。 表 2 Plackett-Burman 实验因素与水平
2.2.4 无机氮源对 S. cerevisiae 1211 发酵产青蒿酸 Table 2 Experimental factors and levels of Plackett-Burman
design
的影响
实验因素 实验水平
考察 4 种不同的无机氮源对 S. cerevisiae 1211
因子/(g/L) Low (1) High (+1)
发酵产青蒿酸的影响，找出利于青蒿酸积累的最佳
A 蔗糖 50 70
无机氮源。考虑到无机氮源在消耗的过程中，含氮
B 半乳糖 5 8
基团的被利用，发酵体系的 pH 会逐渐偏碱或偏酸，
C 硫酸铵 10 18
从而导致整个发酵体系 pH 发生较大的变化，最终
D 磷酸二氢钾 4 8
对发酵结果产生较大的影响，因此，发酵结束后， E 七水硫酸镁 5 10
对发酵液的 pH 进行检测，以评估以上 4 种无机氮
源被菌体利用后对发酵体系 pH 的影响和对发酵结 表 3 Plackett-Burman 实验设计与结果
Table 3 Experimental design and results of Plackett-Burman
果的影响，结果如图 6 所示。 design
实验因素
序号 发酵产量
A B C D E F /(mg/L)
1 1 1 1 1 1 1 1212.4
2 1 1 1 1 1 1 1091.8
3 1 1 1 1 1 1 1189.1
4 1 1 1 1 1 1 1280.6
5 1 1 1 1 1 1 1147.7
6 1 1 1 1 1 1 1334.6
7 1 1 1 1 1 1 1093.5
8 1 1 1 1 1 1 1220.2

9 1 1 1 1 1 1 1191.7
图 6 无机氮源对青蒿酸发酵产量的影响
10 1 1 1 1 1 1 1233.1
Fig. 6 Effect of inorganic nitrogen sources on the yield of
artemisinic acid 11 1 1 1 1 1 1 1146.5
12 1 1 1 1 1 1 1328.3
如图 6 所示，在一定氮源添加量下，4 种盐类
对培养基成分的 Plackett-Burman 实验数据进
作为单一无机氮源时，由于无机氮源成分单一，可被
行回归分析，所得主要因子回归方程为：
快速利用，因此，工程菌都能较好地生长，OD 基本
Y=1205.79+62.41A+39.34B15.69C+12.82D
都维持在 29~32。在产物积累方面，与硫酸铵作为对
2
0.08E+ 4.61F，校正系数 R =0.9793
照组相比，硝酸铵、硝酸钠和硝酸钾均对青蒿酸的
式中：Y 为青蒿酸发酵产量预测值，mg/L。
积累有下降趋势。进一步对 4 组结束发酵的培养基
由校正系数可知，Y 的变化中 97.93%能被回归
进行 pH 检测，发现 4 组 pH 基本都维持在 4.6~4.8，
方程解释。Minitab 对回归模型的方差分析（表 4）
并没有因为无机氮源的被利用而导致培养基 pH 过
显示，回归模型是显著的，对青蒿酸产量有关键性
酸或过碱，推测原因是发酵培养基中琥珀酸缓冲液
影响（P<0.05）的因子有蔗糖、半乳糖、硫酸铵、
起到了稳定 pH 的作用。根据上述结果可知，相比
磷酸二氢钾。在后续实验中主要以这几个因素作为
较于其他 3 种无机氮源，硫酸铵为 S. cerevisiae 1211
研究对象进行优化。
发酵产青蒿酸的较为适宜的无机氮源。
2.3 响应面优化 S. cerevisiae 1211 发酵培养基 表 4 Plackett-Burman 实验方差分析
2.3.1 Plackett-Burman 实验确定最显著因子 Table 4 Variance analysis of Plackett-Burman design of
media composition
利用 Minitab 软件进行 Plackett-Burman 实验设
实验因素 平方和 自由度 均方 F P
计确定培养基中影响 S. cerevisiae 1211 发酵培养产
A 46737.6 1 46737.6 348.89 0
青蒿酸的关键成分。S. cerevisiae 1211 发酵培养基主
B 18573.2 1 18573.2 138.65 0
要有 5 种成分。每个因素设置“1”、“+1”两个水平， C 2954.7 1 2954.7 22.06 0.005
并选取 F 为虚拟因素作误差估计，以青蒿酸发酵产 D 1973.8 1 1973.8 14.73 0.012
量为评价指标，具体因素及水平如表 2 所示。实验 E 0.1 1 0.1 0 0.983
设计及结果见表 3。实验方差分析见表 4。 Mode 70494.2 6 11749.0 87.70 0