乳酸菌高密度规模发酵工艺优化
发酵工艺优化 高密度发酵 免费
发酵工艺优化前言：发酵工艺的优化在发酵行业起到很大的作用,尤其是在发酵生产中,它是提高发酵指标的一项非常,有用的技术手段.同时也是搞发酵行业的人的必备知识要求之一,借此我想通过和大家交流共同提高发酵方面的知识水平.一、发酵工艺优化方法与思路:发酵工艺优化的方法有很多,它们之间不是孤立的,而是相互联系的。
在一种发酵中,往往是多种优化方法的结合,其目的就是发酵是细胞大规模培养技术中最早被人们认识和利用的。
发酵技术在医药、轻工、食品、农业、环保等领域的广泛应用，使这一技术在国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。
为了提高发酵生产水平，人们首先考虑的是菌种的选育或基因工程的构建。
而实际上，发酵工艺的优化，包括生物反应器中的工程问题，也同样非常重要。
发酵环境条件的优化是发酵过程中最基本的要求，也是最重要、最难掌握的技术指标。
温度、pH值、溶氧、搅拌转速、氨离子、金属离子、营养物浓度等的优化控制，依据不同的发酵而有所不同。
同时，微生物在生长的不同阶段、生产目的代谢产物的不同时期，对环境条件可能会有不同的要求。
因此，应该在生物反应器内，使温度、pH值、溶氧、搅拌转速等不断变换，始终为其提供最佳的环境条件，以提高目的产物的得率,在发酵放大实验中，一般都很注重寻找最佳的培养基配方和最佳的温度、pH值、溶氧等参数，但往往忽视了细胞代谢流的变化。
例如：在溶解氧浓度的测量与控制时，关心的是最佳氧浓度或其临界值，而不注意细胞代谢时的摄氧率；用氨水调节pH值时，关心的是最佳pH值，却不注意添加氨水时的动态变化及其与其他发酵过程的参数的关系，而这些变化对细胞的生长代谢却非常重要。
注意:大家可以从以下各个方面进行交流.尽量能够分类进行叙述,我总结了以下几累,也不是很全,当然从其他的方面进行交流也可以,但是希望你注明附加说明!二. 好氧发酵1. PH工艺的优化2. 溶氧工艺的优化3.原材料工艺的优化4.消毒(灭菌)工艺的优化5.菌种制备工艺的优化6.小试到中试,中试到生产等扩大实验的工艺优化7.成本工艺优化8.种子罐工艺的优化9.发酵罐工艺参数控制的优化10.仪表控制的工艺优化11.环境的工艺优化12.染菌处理的工艺优化13.紧急情况处理的工艺优化(停电\停水\停气\停汽等)14.补料工艺的优化15.倒种工艺的优化16发酵设备的工艺优化17.其他的工艺优化三. 厌氧工艺的优化四.固体发酵的工艺优化五.其他1. PH工艺的优化A.配料中的PH 很重要,其中有配前PH,配后PH,消前PH,消后PH,接种前PH,工艺控制PH等,配前PH,配后PH,可以用来检测厡材料的质量,初步估计配料的情况,如果出了错误,有时候可以从PH中的变化看出来,能够减少错误的发生.B.另外,每次有新的配方我们总是要用PH方法检测其中的每种厡材料是否会和其他的发生反应,可以互相两两混合,检测PH的变化,也可以用来作为配微量元素的检测.C.消前PH可以用来减少消毒过程对培养基的破坏,因为培养基在消毒中会有PH的变化,在不同的PH条件下对培养基破坏也不一样,因此可以在消毒的时候选择合适的PH,消毒完后可以调节过来,这样一来可以对PH敏感的一些原材料减少破坏,这种方法在生产中已经取得了初步的成绩,提高了指标.D.工艺控制的PH,在发酵的产抗期间,通过在不同的发酵时间调整不同的PH,可以减少杂质的产生,同时还可以缓解溶氧,比如在头孢发酵中,通过在后期调整PH可以减少DCPC的含量,给提取工序带来很大的好处,E.补料罐通过PH的调节可以更好的通过流加物料而不影响发酵.(部分发酵在不同时期的PH有所不同,所以通过补料罐的调整可以对发酵指标有所提高)F.发酵过程中的PH调节可以通过各种方法,不一定要添加氨水和氢氧化钠,可以添加玉米桨等其他的物料来进行调节.G.控制放罐时的PH可以对后面的过滤有所影响,所以一定要控制好放罐前的PHH.绘制种子瓶和种子罐以及发酵罐等整个发酵过程的PH生长曲线,可以用来参考控制工艺,检测无菌情况的发生.六、A. 华东理工大学的张嗣良提出了“以细胞代谢流分析与控制为核心的发酵工程学”的观点。
植物乳杆菌发酵培养基的优化及其高密度培养技术
恒温培养振荡器、雷磁 PHS-25 型数显 pH 计 上海智城 分析仪器制造有限公司；SPX-250B-Z 型生化培养箱 上 海精宏实验设备有限公司；FUS-15L 发酵罐 上海国强 生物设备有限公司。 1.2 方法
1.2.1 菌浓度的测定 采用菌落平板计数法[14]测定菌落数，计算发酵液中
的菌浓度。
1.2.2 还原糖含量的测定 采用直接滴定法测定还原糖含量[15]。
1.2.3 种子液的制备 转接斜面菌种于液体种子培养基中，置于 36℃恒温
培养箱中培养 12h。
1.2.4 发酵培养基的优化
1.2.4.1 不同碳源对植物乳杆菌高密度培养的影响 在 MRS 液体培养基基础上，选择蔗糖、麦芽糖、
1.2.6.2 流加法高密度培养的研究 利用 15L 发酵罐，比较恒速流加和指数流加对植物
乳杆菌高密度培养的影响，以确定一种更优的流加方 式。流加葡萄糖质量浓度为 300g/L，每隔 4h 测定菌落 数和还原糖的含量。
恒速流加：以恒定的流加速度 200g/h 流加到发酵 罐内。
指数流加：以 1.2.5.4 节最终确定的生长曲线做参
NaAc、KH2PO4 作为缓冲盐，质量分数都为 0.5%，以 不加任何缓冲盐作为空白对照。按 2% 接种量接种种子 液于发酵培养基中，初始 pH 6.0，培养温度 36℃，置 于恒温箱内静置培养 18h，测定培养液的菌落数。
1.2.4.4 不同生长因子对植物乳杆菌高密度培养的影响
选择玉米浆、番茄汁、VC 3 种作为生长因子，质 量分数都为 0.5%，以不添加任何生长因子作为空白对 照。按 2% 接种量接种种子液于发酵培养基中，初始 pH 6.0，培养温度 36℃，置于恒温箱内静置培养 18h，测 定培养液的菌落数。
“果粒型”活性乳酸菌发酵乳加工工艺优化及货架期预测的研究
“果粒型”活性乳酸菌发酵乳加工工艺优化及货架期预
测的研究
"果粒型"活性乳酸菌发酵乳是一种含有果粒的发酵乳制品，其具有丰
富的营养物质和良好的口感。
为了优化该产品的加工工艺，并对其货架期
进行预测，进行了相关研究。
首先，针对"果粒型"活性乳酸菌发酵乳的加工工艺，需要选择合适的
菌株和果蔬原料。
通过对不同活性乳酸菌菌株的筛选和果粒的选择，可以
选择出商品化生产的最佳组合。
同时，还需要优化发酵条件，如温度、时
间和pH值等，以提高产品的菌体数量和总酸度。
其次，为了保证产品的质量和稳定性，需要对发酵乳进行保质期预测。
可以通过对不同保存条件下的微生物生长动力学和理化指标进行测定，借
助模型和统计方法对其进行预测。
同时，还可以通过感官评价来判断产品
的风味和口感是否符合要求。
最后，为了保证产品的质量和安全性，还需要优化产品的生产工艺。
可以通过对乳酸菌的培养方法和果粒的处理方式进行改良，以提高产品的
稳定性和抗氧化性。
同时，还需加强对产品生产过程中的卫生管理，确保
产品的卫生质量和微生物安全。
总之，对"果粒型"活性乳酸菌发酵乳的加工工艺优化及货架期预测的
研究是一个复杂而重要的课题。
通过选用合适的菌株和果蔬原料，并优化
发酵条件，可以提高产品的质量和稳定性。
同时，通过模型和统计方法对
产品的贮存期进行预测，可以提供参考依据。
这些研究对于提高产品的市
场竞争力和消费者的满意度具有重要意义。
乳酸乳球菌发酵工艺优化的基本流程
乳酸乳球菌发酵工艺优化的基本流程The optimization of the fermentation process of Lactobacillus is a complex and crucial step in the production of various fermented dairy products. 乳酸乳球菌的发酵工艺优化是生产各种发酵乳制品的复杂而关键的一步。
The basic process of optimization involves several key steps, including the selection of appropriate bacterial strains, the determination of fermentation parameters, and the implementationof quality control measures. 发酵工艺的优化基本流程涉及几个关键步骤，包括选择适当的细菌菌株、确定发酵参数以及实施质量控制措施。
One of the first steps in the optimization process is the selection of the most suitable Lactobacillus strains for the specific product being produced. 优化过程中的首要步骤之一是选择适合生产的具体产品的最适合的乳酸乳球菌菌株。
The selection of bacterial strains is based on their ability to produce the desired flavor, texture, and overall quality of the final product. 选择菌株是基于它们产生所需的风味、质地和最终产品的整体质量。
乳制品发酵工艺的优化研究
乳制品发酵工艺的优化研究乳制品是人们饮食中重要的一部分，而其中的发酵乳制品更是备受青睐。
乳制品通过发酵过程中的微生物代谢产物，不仅具备了乳的营养价值，还增加了口感和风味。
因此，对乳制品发酵工艺的优化研究具有重要的意义。
1. 发酵过程中微生物选择发酵乳制品，如酸奶、酸牛奶等，是通过添加乳酸菌来促使乳中的乳糖发酵产生乳酸，从而降低pH值。
乳酸菌是一类益生菌，可以促进肠道健康，因此被广泛应用于乳制品发酵中。
然而，乳酸菌的选择对发酵工艺的优化至关重要。
不同种类的乳酸菌对于发酵时间、产酸量、风味等方面的影响是不同的。
选择适宜的乳酸菌菌种是优化乳制品发酵工艺的第一步。
2. 发酵温度的控制发酵温度是影响乳制品发酵工艺的重要因素之一。
适宜的发酵温度可以促使乳酸菌的生长和代谢，从而达到最佳的发酵效果。
一般情况下，乳酸菌在温度范围为35℃-45℃下可以较好地生长和发酵。
低于此温度，发酵过程会变慢，产酸量也会受到影响；高于此温度，乳酸菌的活性会下降，甚至会被杀死，影响乳制品的品质。
因此，控制发酵温度是乳制品发酵工艺优化的另一个关键点。
3. 发酵时间的优化发酵时间是乳制品发酵工艺中需要精确控制的参数之一。
发酵时间过长会使乳制品出现“过酸”现象，口感变差；而发酵时间过短，则不能充分产生乳酸，不符合发酵乳制品的特点。
确定合适的发酵时间需要综合考虑菌种的特性、发酵温度、乳制品种类等多个因素。
通过不断调整发酵时间，可以最大限度地发挥乳酸菌的功能，保证乳制品的品质。
4. 添加剂的影响在乳制品发酵工艺中，添加剂的选择和使用也对乳制品的品质和发酵工艺的效果产生重要影响。
例如，添加果味和坚果颗粒等香料，可以增加乳制品的风味；添加乳化剂，可以改善乳制品的质地和口感；添加酸奶菌的营养源，如乳清蛋白、葡萄糖等，可以促进乳酸菌的生长。
因此，在发酵工艺的优化研究中，需要仔细选择和使用适当的添加剂。
5. 乳制品质量控制乳制品发酵工艺的优化研究还需要将质量控制作为重要环节。
乳酸菌饮品生产工艺的探索与优化
乳酸菌饮品生产工艺的探索与优化乳酸菌饮品是一种具有益生菌作用的功能性饮品，可以改善人体肠道健康，提高免疫力。
随着人们对健康的关注和对功能性食品需求的增加，乳酸菌饮品市场潜力巨大，各种品牌的乳酸菌饮品也层出不穷。
然而，乳酸菌饮品的生产工艺对产品质量和口感至关重要。
因此，对乳酸菌饮品生产工艺的探索与优化成为了一个重要课题。
乳酸菌饮品的生产工艺主要包括菌种的培养、发酵条件的确定以及产物的分离纯化等环节。
首先，菌种的培养是乳酸菌饮品生产的关键环节之一。
合适的菌种选择和培养条件可以保证乳酸菌的数量和活力，进而影响到产品质量。
目前市场上的乳酸菌饮品多采用乳酸菌活菌粉或冷冻乳酸菌的方式进行接种。
乳酸菌活菌粉在生产过程中易受到温度、湿度等条件的影响，容易较快失活，而冷冻乳酸菌则需要解冻过程，且对培养基的要求较高。
因此，在菌种培养环节，我们可以考虑改进培养基配方，探索新的培养方法，以提高菌种的存活率和活力。
其次，发酵条件的确定也是乳酸菌饮品生产工艺中的重要环节。
发酵条件的选择和调控可以影响到乳酸菌的生长速度和产酸能力，进而影响到产品的质量。
目前，乳酸菌饮品生产中常用的方法是采用相对较高的温度和较低的pH值进行发酵。
过高的温度和过低的pH值可能会导致菌株失活或菌株生长过度，影响到产品的风味和质量。
因此，在发酵条件的确定上，我们可以通过试验和观察，根据不同菌株的特点，调整温度和pH值，找到最佳的发酵条件，以提高产品的质量和稳定性。
乳酸菌饮品的分离纯化是为了提高产品的质量和安全性，减少对人体的刺激和副作用。
乳酸菌饮品中常见的分离纯化方法有过滤法、沉淀法和离心法等。
目前，传统的分离纯化方法主要依靠人工操作，操作繁琐、效率低。
因此，在乳酸菌饮品的分离纯化方面，可以考虑引入新的技术手段，如超滤法或逆渗透法等，实现对乳酸菌的高效分离和纯化。
同时，还可以通过优化处理工艺，减少对乳酸菌的损伤和活性的损失。
总结而言，乳酸菌饮品的生产工艺的探索与优化是一个复杂而重要的课题。
乳酸菌高密度规模发酵工艺优化
乳酸菌高密度规模发酵工艺优化随着人们对抗生素滥用的重视,益生菌越来越广泛地应用于饲料、食品和医药行业,乳酸菌作为一种微生物资源因此受到越来越多的关注。
乳酸菌高密度规模发酵是为提高菌体的发酵密度而使用的技术手段和特殊的培养装置,使菌体密度相较于普通培养方式能有显著的提高,最终提高菌细胞的产出率的一种扩大培养方式。
在实际生产过程中,乳酸菌菌体密度是乳酸菌发酵产品的重要指标。
本试验以嗜酸乳杆菌和乳酸乳球菌为研究对象,筛选适合其增殖的培养基,研究适合乳酸菌的培养条件,优化乳酸菌中试高密度发酵工艺以及冷冻干燥保护剂组成。
本文的研究结果如下:(1)两株乳酸菌的形态学特征乳酸乳球菌在MRS培养基上可以形成明显的白色菌落,直径在1mm左右,圆形边缘整齐,不透明,表面光滑无皱褶。
在添加碳酸钙的固体培养基中,菌落周围由于产酸形成透明的水解圈。
显微镜下观察,细菌成球形,不形成链状。
嗜酸乳杆菌在MRS培养基上可以形成明显的菌落。
菌落圆形、白色、凸起,表面光滑、边缘较光滑,直径在1mm左右。
在添加碳酸钙的固体培养基中,菌落周围形成透明水解圈。
在显微镜下观察,细菌成短杆状。
两株乳酸菌通过革兰氏染色均为紫色,是革兰氏阳性菌。
(2)乳酸菌培养条件前期发酵条件优化前期实验室工作通过对两株乳酸菌的条件优化摸索,确定了以乳清粉为中试培养基,并确定乳酸乳球菌的最适培养温度在37℃C左右、初始培养基pH值在6.5、接种量在2%-7%之间,而接种量对最大活菌数的影响并不显著。
培养28h可获最多的活菌,最大活菌数为 1.92±0.15×108CFU/mL;嗜酸乳杆菌的最适培养温度在37℃C左右、初始培养基pH值在6-6.5、接种量在5%-7%之间。
嗜酸乳杆菌在乳清粉培养基中培养32h可获得最大活菌数为1.53±0.15 ×1 08 CFU/mL。
(3)高密度规模化发酵工艺优化随着乳清粉含量的增加,通过离心获得的乳酸菌干重是不断增加的。
蔬菜发酵专用乳酸菌的菌体高密度培养
※生物工程
食品科学
2007, Vol. 28, No. 12 347
菌落数。 １．５．４．２ 补料一定比例的碳源和氮源对乳酸菌培养的影 响
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｄｅｎｓｅ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏ ｐｒｅｐａｒｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｐｏｗｄｅｒ ｆｏｒ ｖｅｇｅｔａｂｌｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｈｉｇｈ ｃｅｌｌ ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｕｌｔｕｒｅ ｏｆ ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ Ｎｏ． ＮＣＵ ０１０１ ｈａｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｉｔ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｇｏａｌ ｕｓｉｎｇ ｂｕｆｆｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ， ｃｈｅｍｉｃａｌ ｎｅｕｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｅｅｄ ｂａｔｃｈ ｃｕｌｔｕｒｅ． Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｍｅｄｉｕｍ ｆｏｒｍｕｌａ， ｃｕｌｔｕｒｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ａｎｄ ｆｅｅｄ ｂａｔｃｈ ｍｅｔｈｏｄｓ ｈａｖｅ ｇｒｅａｔ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｎ ｂｉｏｍａｓｓ ｇｒｏｗｔｈ． Ｓｕｉｔａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ： ５％ ｇｌｕｃｏｓｅ， １％ ｐｅｐｔｏｎｅ， ０．５％ Ｋ２ＨＰＯ４， ０．３％ ｓｏｄｉｕｍ ａｃｅｔａｔｅ． Ｏｐｔｉｍａｌ ｃｕｌｔｕｒｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｐＨ ６．３～５．８， ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ３０ ℃， ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ４０ ｒ／ｍｉｎ， ａｎｄ ｃｕｌｔｕｒｅ ｔｉｍｅ ２０ ｈ． Ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｆｅｅｄｉｎｇ ｃｕｌｔｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｔｈａｔ ２．５％ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｏｕｒｃｅｓ （Ｃ／Ｎ ｒａｔｉｏ ｉｓ ５：１） ｉｓ ａｄｄｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｆｔｅｒ ０， ４ ａｎｄ ８ ｈ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｕｌｔｕｒｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｃｔｅｒｉａ ｃｅｌｌｓ ｉｓ ｕｐ ｔｏ ７．８３×１０９ＣＦＵ／ｍｌ． Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ：Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ；ｖｅｇｅｔａｂｌｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｅ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ 中图分类号：ＴＳ２０１．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－６６３０（２００７）１２－０３４５－０６
乳酸菌发酵樱桃汁工艺优化及樱桃果粉的制备
乳酸菌发酵樱桃汁工艺优化及樱桃果粉的制备引言：樱桃是一种富含营养和具有多种保健功效的水果，拥有丰富的维生素C、维生素E和钾等，具有抗氧化、抗炎、降血脂等功能。
饮用樱桃汁可以有效改善人体免疫力和血液循环，增强心脏健康。
为了进一步开发樱桃的食品价值，本文探究了乳酸菌发酵樱桃汁的工艺优化，并利用樱桃汁制备了樱桃果粉。
一、乳酸菌发酵樱桃汁的工艺优化1. 原料筹办：选择新颖、无病虫害、成熟度良好的樱桃作为原料，洗净、去核并蒸煮至熟软，然后压榨得到樱桃汁。
2. 发酵剂制备：从优质酸奶产品中筛选出适合的乳酸菌发酵剂，进行培育和复活，以增加其发酵活性。
3. 发酵条件：a. 发酵时间：依据试验结果和感官评判，发酵时间以48小时为最佳，此时樱桃汁的风味和口感最佳。
b. 发酵温度：在30-37℃的范围内，选取35℃作为最佳发酵温度，可以保证乳酸菌最好的生长和发酵效果。
c. 发酵pH：樱桃汁中酸度较高，因此，选择pH 4.0作为最佳发酵条件，有利于乳酸菌的生长和发酵。
4. 工艺步骤：a. 将樱桃汁加热至60℃，保持10分钟进行杀菌处理，继续降温至35℃。
b. 加入发酵剂，搅拌匀称。
c. 将发酵液静置于35℃下，进行发酵。
d. 48小时后，将发酵液进行过滤、杀菌处理，得到乳酸菌发酵樱桃汁。
二、樱桃果粉的制备1. 原料筹办：选择质量好的樱桃汁，去除杂质。
2. 浓缩：将樱桃汁进行真空浓缩处理，去除其中的水分，使其浓缩效果浆状。
3. 冷冻干燥：将浓缩后的果浆放入冷冻干燥器中，进行冷冻干燥处理，以保持其营养成分。
4. 破坏：将冷冻干燥后的果浆进行破坏，得到细腻的樱桃果粉。
结论：通过对樱桃汁的乳酸菌发酵工艺优化及樱桃果粉的制备探究，可得到乳酸菌发酵樱桃汁和樱桃果粉两种具有营养和功能性的食品产品。
乳酸菌发酵樱桃汁可以改善樱桃风味和口感，并增加乳酸菌的益生菌作用；樱桃果粉可以便利携带，可以作为保健品直接食用，或用于制作功能性食品，如樱桃汁饮料、面包等。
乳酸菌发酵机理及酸奶工艺优化研究共3篇
乳酸菌发酵机理及酸奶工艺优化研究共3篇乳酸菌发酵机理及酸奶工艺优化研究1乳酸菌发酵机理及酸奶工艺优化研究作为一种常见的发酵食品，酸奶在生活中备受欢迎。
它经过乳酸菌的发酵，具有丰富的蛋白质、乳酸、维生素等营养成分，有益于人体健康。
因此，研究乳酸菌的发酵机理及酸奶工艺的优化，对提高酸奶的品质和营养价值具有重要意义。
乳酸菌是一类能够利用乳糖产生乳酸的厌氧细菌。
在酸奶的生产过程中，乳酸菌主要来自乳酸链球菌、乳酸杆菌等，其中乳酸链球菌产酸速度快，对乳糖利用率高，因此被广泛应用于酸奶的生产中。
乳酸菌的发酵过程可以分为三个阶段：适应期、快速增殖期和稳定期。
在适应期，乳酸菌逐渐适应环境，并开始合成酸和其他代谢产物；在快速增殖期，乳酸菌代谢活跃，在乳中迅速增殖，产酸速率迅速增加；在稳定期，乳酸菌数量趋于平衡，产酸速度逐渐下降，产生的乳酸逐渐稳定于一定的水平。
比较常用的酸奶工艺是热处理法。
该工艺需要将鲜奶加热到70-80℃，维持30-60分钟，杀灭其中的细菌、酵母和霉菌。
接着将乳酸菌菌种添加到乳中，发酵至适当的酸度，再进行冷却、包装等处理即可。
该工艺的缺点是，乳糖的降解较慢，发酵时间较长，也容易出现杂菌污染，使酸奶产量低下，质量不稳定。
为了优化酸奶的工艺，可以采用双菌种、多菌种发酵等措施，增加乳酸菌的种类和数量，降低杂菌的影响，提高酸奶的生产效率和品质。
同时，在酸奶的生产过程中，控制温度和酸度对于酸奶的质量也至关重要。
在稳定期，温度过高会抑制乳酸菌的生长，温度过低会延长发酵时间；酸度太低会影响乳酸菌的代谢，太高则导致酸奶口感过酸。
因此，在生产中应该合理控制温度和酸度，使之达到最佳状态。
总而言之，研究乳酸菌的发酵机理及酸奶工艺的优化能够提高酸奶的品质和营养价值，对于人们的健康有着积极的促进作用。
未来应加强对乳酸菌和酸奶的研究，不断探索新的工艺和技术，推动酸奶产业的发展乳酸菌是酸奶的主要发酵菌种，其发酵所产生的乳酸不仅可以降低奶中的pH值，还能增加酸奶的营养价值和口感。
乳酸菌发酵工艺优化及发酵产物品质研究
乳酸菌发酵工艺优化及发酵产物品质研究乳酸菌发酵是一种广泛应用于食品工业中的发酵过程，通过乳酸菌的代谢活性可以将碳水化合物转化为乳酸，从而改善食品的营养价值、口感和保质期。
为了优化乳酸菌发酵工艺以及提高发酵产物的品质，许多研究人员们进行了非常有意义的研究和探索。
一、乳酸菌发酵工艺优化乳酸菌发酵工艺的优化包含许多方面，其中一个关键因素是发酵温度。
适宜的发酵温度对乳酸菌的生长和代谢活性都有重要影响。
一些研究表明，相对较低的发酵温度能够促进乳酸菌生长而避免过度代谢，从而增加发酵产物的产量和品质。
此外，发酵时间、发酵pH值以及营养物质的添加量也是乳酸菌发酵工艺优化的重要考虑因素。
二、发酵产物品质研究乳酸菌的发酵产物不仅仅局限于乳酸，还包括其他有益物质，如功能性多糖、抗氧化物质等。
许多研究表明，乳酸菌的菌种选择和培养基成分对发酵产物的品质具有重要影响。
选择适宜的菌种和培养基组分可以增加发酵产物的活性物质含量，提高产品的生物活性和营养价值。
三、控制发酵条件乳酸菌的发酵过程需要在合适的条件下进行。
压力、氧气浓度和搅拌速度等参数的控制对乳酸菌的生长和代谢活性都非常重要。
适当调节这些发酵条件能够改善乳酸菌的活性和生长速率，从而提高发酵产物的产量和品质。
在进行乳酸菌发酵工艺的优化和发酵产物品质研究时，研究人员们还应注重从微生物层面探索。
通过研究乳酸菌的代谢途径、基因表达以及菌群的相互作用，可以更好地理解乳酸菌发酵过程。
这样的研究不仅可以为乳酸菌发酵工艺的优化和发酵产物品质的提高提供理论依据，还可以拓展我们对乳酸菌的了解。
同时，乳酸菌发酵产物的应用前景也非常广阔。
乳酸菌发酵产生的乳酸和其他活性物质具有很强的抗菌和保健功效，可以应用于食品和医药领域。
例如，在面包、乳制品、饮料中添加乳酸菌发酵产物，可以提高产品的营养价值和口感，同时增加产品的保质期。
此外，乳酸菌发酵产物还可以用于药物或化妆品的生产，用于调节肠道菌群平衡和促进皮肤健康。
发酵乳杆菌的生长限制性因素分析及高密度培养工艺优化
DOI:10.13995/ki.11-1802/ts.025348引用格式:孙媛媛,崔树茂,唐鑫,等.发酵乳杆菌的生长限制性因素分析及高密度培养工艺优化[J].食品与发酵工业,2021,47(6):1-10.SUN Yuanyuan,CUI Shumao,TANG Xin,et al.Growth limiting factors of Lactobacillus fermentum and optimization of its high-density cultivation[J].Food and Fermentation Industries,2021,47(6):1-10.发酵乳杆菌的生长限制性因素分析及高密度培养工艺优化孙媛媛,崔树茂∗,唐鑫,毛丙永,赵建新,陈卫(江南大学食品学院,江苏无锡,214122)摘㊀要㊀为提高发酵乳杆菌的增殖浓度,对其高密度发酵培养基成分及培养工艺进行优化以提高其活菌数㊂结果表明,酵母粉复合大分子肽的蛋白胨是发酵乳杆菌的最适氮源,缓冲盐在恒pH 培养时对菌株生长无促进作用,Mn 2+和Mg 2+均是发酵乳杆菌的限制性微量元素㊂另外,中性条件下酸根的积累不会对发酵乳杆菌有特异性毒害作用,其生长主要是受到渗透压的抑制㊂以菌株生长速率被抑制时的碳氮消耗比作为培养基中的碳氮源比例,基于菌株生长速率被抑制时的渗透压确定碳氮源的添加量㊂进一步优化恒pH 分批培养和恒pH 自动反馈补糖培养工艺,得到各菌株的最优培养策略:发酵乳杆菌FXJCJ6-1㊁发酵乳杆菌FGDLZR161㊁发酵乳杆菌CCFM422分别在恒pH 6.0㊁5.5㊁5.5分批培养时,活菌数分别达到(1.3ʃ0.1)ˑ1010㊁(1.1ʃ0.1)ˑ1010㊁(9.5ʃ0.5)ˑ109CFU /mL ,较在MRS 培养基静置培养时的活菌数提高了3.1㊁3.8和4.6倍㊂该研究结果的应用将显著提高发酵乳杆菌的工业化生产效率㊂关键词㊀发酵乳杆菌;生长限制性因素;高密度培养;渗透压;活菌数第一作者:硕士研究生(崔树茂副研究员为通讯作者,E-mail:cuishumao@)㊀㊀基金项目:国家青年科学基金项目(31801530);国家食品科学与工程一流学科建设项目(JUFSTR20180102)收稿日期:2020-08-12,改回日期:2020-09-28㊀㊀发酵乳杆菌不仅是传统发酵食品中的优势微生物,且广泛地存在于人体肠道㊂2009年,它被列入了欧洲食品安全局(European Food Safety Authority,EF-SA)的合格安全性推定(Qualified Presumption of Safe-ty,QPS)清单,并被美国食品药品监督管理局(U.S.Food and Drug Administration,FDA)列为 公认的安全 (generally recognized as safe,GRAS )生物㊂在2011年被中国卫计委列入‘可用于食品的菌种名单“[1]㊂近年来,发酵乳杆菌的功能特性不断被挖掘出来,如耐酸耐胆盐[2]㊁降解胆固醇[3]㊁抗氧化[2]㊁抑菌[4-5]等,并且有多株功能性发酵乳杆菌被开发上市[6]㊂发酵乳杆菌是专性异型发酵乳杆菌,在生长过程中消耗糖产生乳酸㊁乙酸和CO 2,底物的利用效率及产物抑制可能均不同于同型发酵乳杆菌和双歧杆菌㊂乳酸菌在生长过程中首先受到底物抑制,碳源㊁氮源㊁无机盐㊁微量元素都是组成菌体增殖底物的关键内容,其中,碳源和氮源能够为菌株提供生长所需的营养物质,无机盐除了提供矿质元素外,还作为缓冲体系防止发酵液pH 下降过快,微量元素作为多种酶的辅助因子参与菌株的代谢[7]㊂丰富的底物是菌株生长的必要条件,但是底物浓度过高会使培养基的初始渗透压过高,反而会抑制菌株的生长,因此乳酸菌培养前底物浓度过高㊁底物成分比例不合适及培养后期限制性底物的不足与消耗均是菌株生长的抑制因素[8]㊂众所周知,有机酸积累引起的酸抑制是乳酸菌分批培养时抑制菌体生长的主要因素,但是通过补碱的恒pH 培养可以轻松解除酸抑制[9]㊂已有研究表明,中性条件下酸根积累引起的渗透压升高成为大部分同型发酵乳杆菌和双歧杆菌在恒pH 培养时的主要抑制因素[8]㊂发酵乳杆菌代谢产生的乳酸和乙酸对菌体的抑制是否亦是渗透压抑制还是有酸根毒害作用需进一步研究,且在菌株培养时需均衡底物和代谢产物浓度,既确保底物浓度不会对菌株产生抑制,又需保证底物能够为菌体高浓度增殖提供充足营养㊂本文在分析底物抑制和代谢产物抑制的基础上,基于底物浓度㊁渗透压及最适pH 优化发酵乳杆菌的恒pH 培养工艺,达到高密度培养的目的,为工业化生产提供一定的理论依据㊂1㊀材料与方法1.1㊀材料与试剂1.1.1㊀菌株发酵乳杆菌FXJCJ6-1分离自新疆昌吉的一位回民的粪便样品,发酵乳杆菌FGDLZR161分离自广东连州的一位儿童的粪便样品,发酵乳杆菌CCFM422分离自海南省乐东黎族自治县的酸豆角样品,均由江南大学食品生物技术中心保藏㊂1.1.2㊀试剂葡萄糖㊁胰蛋白胨㊁酵母粉㊁牛肉膏㊁无水乙酸钠㊁柠檬酸氢二铵㊁K2HPO4㊁MgSO4㊃7H2O㊁MnSO4㊃H2O㊁Tween80㊁NaCl㊁乳酸钠水溶液,国药集团化学试剂有限公司;酵母蛋白FM103㊁酵母浸粉FM803㊁酵母浸粉FM528㊁大豆蛋白胨FP410㊁牛骨蛋白胨FP326㊁鱼骨蛋白胨FP351,安琪酵母股份有限公司;葡萄糖试剂盒,上海荣盛生物药业有限公司㊂1.2㊀仪器与设备ZHJH-C1115B型超净工作台,上海智诚分析仪器制造有限公司;GRP-9080型隔水式恒温培养箱,上海森信实验仪器有限公司;FE20型pH计㊁EL3002型电子天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;MS3basic型涡旋振荡器,德国IKA公司; MLS-3750型高温高压灭菌锅,日本SANYO公司; T&J-Minipod1Lˑ8型迷你平行发酵罐,迪必尔生物工程有限公司;löser-om806m型冰点渗透压测定仪,德国löser公司;UV-2450紫外分光光度计,日本岛津公司㊂1.3㊀实验方法1.3.1㊀培养基的配制MRS液体培养基(g/L):葡萄糖20㊁蛋白胨10㊁牛肉膏10㊁酵母粉5㊁乙酸钠2㊁K2HPO42㊁柠檬酸氢二铵2㊁MgSO4㊃7H2O0.1㊁MnSO4㊃H2O0.05㊁Tween 801mL,调节pH6.2~6.4㊂MRS固体培养基:与MRS液体培养基配方相同,另加20g/L的琼脂粉㊂氮源偏好分析培养基[10](g/L):氮源1㊁葡萄糖6㊁K2HPO410㊁Na2HPO410㊁MgSO4㊃7H2O0.25㊁MnSO4㊃H2O0.05㊁Tween801mL,调节pH6.0㊂MRS氮源偏好分析培养基(g/L):氮源1(0.4胰蛋白胨㊁0.4牛肉膏㊁0.2酵母粉),其他成分同氮源偏好分析培养基㊂MRS氮源(MRS无机盐)培养基(g/L):氮源1 (0.4胰蛋白胨㊁0.4牛肉膏㊁0.2酵母粉)㊁葡萄糖6㊁乙酸钠2㊁K2HPO42㊁柠檬酸氢二铵2㊁MgSO4㊃7H2O 0.25㊁MnSO4㊃H2O0.05㊁Tween801mL,调节pH 6.0㊂上述培养基均在115ħ灭菌20min㊂1.3.2㊀菌株活化与培养用接种环从保菌管中蘸取少量菌液,在MRS固体培养基上划线,平板置于37ħ培养24~36h㊂挑取单菌落,接入5mL MRS液体培养基中,37ħ培养12h㊂以体积分数为4%的接种量将培养液接种到新鲜的MRS液体培养基中,培养12h后得到活化的种子液㊂以下实验方法中的接种量均为4%㊂1.3.3㊀菌株对不同氮源利用的偏好性分析按照1.3.1的方法配制不同的氮源培养基,接入菌株后37ħ培养至稳定期,测定OD600㊂1.3.4㊀生长限制性无机盐分析用NaCl代替MRS培养基中的无机盐,保持2种培养基的渗透压相同,在发酵罐中接入菌株,37ħ恒pH6.0培养至稳定期,每2h取样,绘制菌株的生长曲线,同时在稳定期取样,测定活菌数㊂1.3.5㊀生长限制性微量元素分析培养基配方(g/L):氮源1㊁葡萄糖6㊁K2HPO4 10㊁Na2HPO410㊁Tween801mL㊂培养基中只添加单一的微量元素(0.05MnSO4㊁0.05MgSO4),质量比1ʒ1添加MnSO4和MgSO4,空白组(两者都不加), 37ħ培养至稳定期,测定OD600㊂1.3.6㊀中性条件下酸根的最低抑菌浓度测定参照崔树茂[8]的方法,在MRS液体培养基中添加乳酸钠㊁乙酸钠和NaCl,配成0.1㊁0.2㊁ ㊁1.5 mol/L的盐溶液,在无菌环境中用NaOH或HCl将溶液pH值调节至7.0㊂接入菌株后测定初始OD600,然后在37ħ培养24h,测定OD600,若OD600未发生变化,说明菌株被完全抑制,此样品的盐浓度为该菌株的最低抑菌浓度㊂1.3.7㊀最适生长渗透压及完全抑制渗透压的测定添加3g/L的NaCl会使培养基的渗透压平均增加100mOsm/kg,而MRS液体培养基的渗透压一般在350mOsm/kg左右,计算NaCl的添加量,配制350㊁400㊁500㊁ ㊁3300mOsm/kg的培养基,接入菌株后37ħ培养,每2h取样测定OD600,绘制菌株的耐渗透压曲线,计算菌株的代时㊂1.3.8㊀碳氮消耗比测定按照1.3.1氮源偏好分析培养基的配方,其中的氮源为各菌株的最适氮源㊂在菌株发酵过程中不断监测OD600和发酵液中的葡萄糖浓度,计算生长速率被抑制时的碳氮消耗比㊂1.3.9㊀生长限制性微量元素最适浓度的测定利用恒pH自动反馈补糖培养分析微量元素的质量浓度及比例对活菌数的影响㊂培养基中分别称取0.05㊁0.15㊁ ㊁0.55g/L的MnSO4和MgSO4,m (MnSO4)ʒm(MgSO4)=1ʒ1,以相同的培养基和培养条件置于平行发酵罐,接入菌株后37ħ恒pH6.0补糖培养至稳定期,测定OD600和活菌数,优选出最佳质量浓度㊂然后在最佳质量浓度的基础上,改变两者的比例,重复上述操作,优选出微量元素之间的最佳比例㊂1.3.10㊀最适生长pH的测定设置不同的pH梯度:5.0㊁5.5㊁6.0㊁6.5,接入菌株后37ħ培养至稳定期,测定OD600及活菌数㊂1.3.11㊀恒pH分批培养根据培养基的底物分析,确定最优的底物质量浓度,根据耐渗透压曲线和碳氮消耗比,计算培养基中的碳源㊁氮源的添加量,培养基的初始渗透压应低于菌株生长速率被抑制时的渗透压㊂在发酵罐中恒最适pH发酵,37ħ培养至稳定期,测定OD600及活菌数㊂1.3.12㊀恒pH自动反馈补糖培养推算恒pH培养时菌体被完全抑制时消耗的最适氮源添加量,根据底物分析,配制渗透压为350 mOsm/kg左右的培养基,在发酵罐中以最适pH进行37ħ恒pH补糖培养,补料液为400g/L的葡萄糖溶液,稳定期测定OD600及活菌数㊂具体操作如下:配制400g/L(c碱)的NaOH溶液和400g/L(c糖)的葡萄糖溶液,开启发酵罐的补糖和补碱系统,关联比例(k)根据公式(1)[8]设置:c碱40ˑW=c糖ˑk(1)式中:40,NaOH的摩尔分子量,g/mol;W,菌株代谢单位质量的葡萄糖产生的酸摩尔数,mol/g㊂1.3.13㊀测定方法菌体密度的测定:用紫外分光光度计在波长600nm 下测定发酵液的吸光度值,若吸光度值超过0.8,需要将菌液稀释,使稀释后菌液的吸光度值在0.2~ 0.8;活菌数的测定:平板菌落计数法;葡萄糖浓度的测定:葡萄糖试剂盒测定;渗透压的测定:渗透压仪测定㊂1.4㊀数据统计分析所有实验均重复3次,实验结果表示为平均值ʃ标准偏差㊂实验数据采用Origin9.1绘图,采用SPSS 25.0统计软件进行单因素ANOVA判断(邓肯检验),P<0.05表示具有显著性差异㊂2㊀结果与分析2.1㊀限制性底物的分析和优化2.1.1㊀氮源利用的偏好性乳酸菌利用葡萄糖发酵的效率高,可以直接利用葡萄糖进行生长代谢所需的一系列生化反应[11]㊂另外葡萄糖价格低廉,综合考虑后,选择葡萄糖作为发酵乳杆菌的最佳碳源㊂氮源作为生长底物的一种,对乳酸菌的生长起着重要的作用㊂由于乳酸菌中存在着不同的蛋白水解酶系,因此不同的乳酸菌利用的最适氮源不同[12]㊂按照1.3.3的方法,系统研究单位质量(1g)不同氮源对发酵乳杆菌的增殖效果,以此归纳出发酵乳杆菌对氮源利用的偏好性㊂从表1可以看出,3株发酵乳杆菌在复合氮源(酵母浸粉528+牛骨蛋白胨+牛骨蛋白胨)培养基中的OD600与在其他单一氮源培养基中的OD600有显著性差异(P<0.05),说明发酵乳杆菌对复合氮源的利用程度较高㊂这与SAFARI等[13]的研究结果一致,他们发现复合氮源更有利于嗜酸乳杆菌㊁干酪乳杆菌和植物乳杆菌等乳酸菌的生长㊂表1㊀不同氮源分批培养发酵乳杆菌的最高生物量(OD600) Table1㊀Maximum biomass of Lactoacillus fermentum in batch culture with different nitrogen sources(OD600)氮源种类氮源名称发酵乳杆菌FXJCJ6-1发酵乳杆菌FGDLZR161发酵乳杆菌CCFM422微生物类酵母提取物0.426ʃ0.09b0.253ʃ0.02d0.322ʃ0.01f酵母蛋白1030.407ʃ0.02c0.281ʃ0.01c0.323ʃ0.03f酵母浸粉8030.424ʃ0.05b0.273ʃ0.01c0.409ʃ0.01d酵母浸粉5280.429ʃ0.01b0.253ʃ0d0.374ʃ0.01e 乳基类胰蛋白胨0.260ʃ0.14f0.244ʃ0d0.30ʃ0.01h 植物类大豆蛋白胨0.393ʃ0.01c0.243ʃ0d0.432ʃ0.05c 动物类鱼骨蛋白胨0.297ʃ0.01e0.245ʃ0d0.292ʃ0h牛肉浸粉0.271ʃ0.04f0.244ʃ0d0.289ʃ0.01h牛骨蛋白胨0.306ʃ0.03e0.248ʃ0d0.314ʃ0.01fg 复合氮源528+牛骨蛋白胨+鱼骨蛋白胨0.764ʃ0.01a0.382ʃ0.02b0.474ʃ0bMRS氮源对照组0.324ʃ0.04d0.245ʃ0d0.43ʃ0.03cMRS氮源(MRS无机盐)对照组0.777ʃ0.06a0.831ʃ0.01a0.935ʃ0a 注:不同小写字母表示具有显著性差异(P<0.05)(下同)除此之外,比较MRS氮源组和MRS氮源(MRS 无机盐)组,可以发现MRS氮源(MRS无机盐)组的OD600明显高于MRS氮源组,说明培养体系中无机盐对发酵乳杆菌的增殖效果有影响,即无机盐有可能是发酵乳杆菌的生长限制性因素㊂另外,朱丹凤等[14]研究发现,上述氮源中的氨基酸种类和含量丰富,所以排除了由于氮源中缺少必需氨基酸而影响菌株增殖的可能㊂从单一氮源来看,发酵乳杆菌对微生物类氮源的利用程度较高,这是因为这类氮源的肽相对分子质量90%都集中在500Da 以下(表2),说明发酵乳杆菌对小分子肽具有偏好性㊂但是将不同种类㊁不同分子质量的氮源复配后,发酵乳杆菌的利用程度更高,说明单一氮源中缺乏生长因子,而复配后的氮源中富含生长因子,从而促进了菌株的生长㊂综上,酵母粉复合大分子肽的蛋白胨是发酵乳杆菌的最适氮源,这个结论可以为发酵乳杆菌工业化生产提供一定的指导㊂2.1.2㊀生长限制性无机盐无机盐一般是作为缓冲盐被加入到培养基中,其能够在菌体增殖时减缓发酵液pH 值下降的速率,同时维持发酵环境的渗透压㊂姚国强等[15]研究发现,Lactobacillus reuteri IMAU10240在缺乏无机盐的培养基中生长时,其生长速率明显受到抑制㊂但是大部分乳酸菌在恒pH 条件下生长时,其增殖情况并不受无机盐存在与否的影响㊂本实验通过对比发酵乳杆菌在2种培养基(添加无机盐㊁未添加无机盐)中的生长情况,探究在恒pH 培养时,无机盐对发酵乳杆菌的生长是否有促进作用㊂表2㊀不同氮源的肽分布单位:%Table 2㊀Peptide distribution of different nitrogen sources氮源种类氮源名称不同相对分子质量的肽/Daɤ180180~500500~10001000~20002000~30003000~5000微生物类酵母提取物63.225.69.61.6酵母蛋白10330.042.220.3 6.30.90.3酵母浸粉80367.024.37.6 1.00.1酵母浸粉52870.217.78.9 3.10.1乳基类胰蛋白胨25.135.122.611.9 3.5 1.8植物类大豆蛋白胨30.535.920.39.6 2.5 1.2动物类鱼骨蛋白胨28.938.019.89.3 2.5 1.5牛肉浸粉34.930.518.410.8 3.4 2.0牛骨蛋白胨25.239.920.99.5 2.7 1.8复合氮源MRS 氮源(对照)43.531.614.37.5 1.9 1.2528+牛骨蛋白胨+鱼骨蛋白胨35.834.717.98.22.11.3㊀㊀由2.1.1的结果可知,分批培养时,添加的无机盐种类对发酵乳杆菌的增殖有一定的影响㊂但是,由图1可知,在恒pH 培养时,3株发酵乳杆菌在2种培养基中的生长情况大致相同,且稳定期的活菌数也不存在显著性差异(P >0.05)㊂由此可以得知,在恒pH 培养时,缓冲盐的作用是维持发酵液pH 的相对稳定,无机盐的添加并不会对发酵乳杆菌的增殖起到促进作用㊂a -发酵乳杆菌FXJCJ6-1;b -发酵乳杆菌FGDLZR161;c -发酵乳杆菌CCFM422图1㊀发酵乳杆菌未添加和添加无机盐恒pH 培养的生长曲线及活菌数Fig.1㊀Growth curve and viable counts of L.fermentum cultured at constant pH with inorganic salts and or no inorganic salts注:不同小写字母代表差异显著(P <0.05),相同代表差异不显著(下同)2.1.3㊀生长限制性微量元素分析微量元素是一类对微生物的生长有促进作用,但需要量极少的元素,通常是作为某些活性物质的组成成分或者酶的激活剂发挥作用[16]㊂在异型乳酸发酵中,Mn 2+㊁Mg 2+是多个关键酶的辅酶因子㊂Mg 2+参与核蛋白体的聚合[17],适量的Mg 2+能促进ATP 的合成[18]㊂另外,李兴峰[19]研究发现,Mn 2+㊁Mg 2+对乳酸脱氢酶的酶活有促进作用㊂CHENG 等[20]研究发现,Mn 2+在植物乳杆菌中充当了 代谢转换 的作用,它调节了丙酮酸到乳酸等代谢途径的代谢通量㊂因此,一般在发酵培养基中都会添加MnSO 4和MgSO 4来促进乳酸菌的生长㊂由图2可知,Mn 2+和Mg 2+对3株发酵乳杆菌的生长具有促进作用,发酵乳杆菌在Mn 2+和Mg 2+均添加的情况下生长效果明显优于只添加单一微量元素的组别和空白组,具有显著性差异(P <0.05)㊂因此,可以判定Mn 2+和Mg 2+是发酵乳杆菌的生长限制性微量元素㊂a-发酵乳杆菌FXJCJ6-1;b-发酵乳杆菌FGDLZR161;c-发酵乳杆菌CCFM422图2㊀发酵乳杆菌限制性微量元素分析结果Fig.2㊀Analysis results of limiting trace elements of L.fermentum 2.2㊀代谢产物的抑制2.2.1㊀酸根积累对菌株的抑制作用按照1.3.6的方法,研究pH7.0条件下未解离的酸根对发酵乳杆菌的抑制,判断酸根是否是发酵乳杆菌生长的主要限制性因素㊂测定了pH7.0条件下NaCl㊁乙酸钠和乳酸钠对发酵乳杆菌的最低抑菌浓度㊂NaCl对菌株的抑制主要是渗透压抑制,因此将NaCl的最低抑菌浓度作为研究酸根抑制的对照㊂若乙酸钠和乳酸钠的最低抑菌浓度低于NaCl的最低抑菌浓度,则表明酸根对发酵乳杆菌具有特异性毒害作用㊂由表3可知,NaCl㊁乙酸钠和乳酸钠在pH7.0条件下对发酵乳杆菌的最低抑菌浓度均相同,说明pH7.0时,乙酸根和乳酸根对这3株发酵乳杆菌的抑制是由于酸根积累引起的渗透压升高,即,未解离的酸根并不会对发酵乳杆菌有特异性毒害作用,发酵乳杆菌的生长主要是受到渗透压的抑制㊂表3㊀NaCl㊁乙酸钠和乳酸钠在pH7.0时对发酵乳杆菌的最低抑菌浓度单位:mmol/LTable3㊀The minimum inhibitory concentration ofNaCl,CH3COONa and C3H5O3Na againstL.fermentum at pH7.0菌株NaCl乙酸钠乳酸钠发酵乳杆菌FXJCJ6-1 1.0 1.0 1.0发酵乳杆菌FGDLZR161 1.0 1.0 1.0发酵乳杆菌CCFM422 1.2 1.2 1.2 2.2.2㊀最适生长渗透压与完全抑制渗透压由2.2.1的结果可知,发酵乳杆菌生长的主要抑制因素是酸根积累引起的渗透压升高,因此,需要重点研究每株菌对环境渗透压的耐受程度,以此更好地优化菌株的培养工艺㊂㊀㊀由图3可知,发酵乳杆菌FXJCJ6-1和FG-DLZR161在渗透压为1000mOsm/kg时生长速率被抑制,发酵乳杆菌CCFM422在渗透压为1200 mOsm/kg时生长速率被抑制㊂2.3㊀培养工艺的优化2.3.1㊀底物浓度的优化2.3.1.1㊀碳氮比基于2.1.1最适氮源的结果,按照1.3.8的方法,测定发酵乳杆菌利用最佳氮源生长速率被抑制和完全被抑制时的葡萄糖浓度,结果如表4所示㊂表4㊀发酵乳杆菌生长速率被抑制和完全被抑制时的碳氮消耗比Table4㊀Ratio of carbon and nitrogen consumption when the growth rate of L.fermentum wassuppressed and completely suppressed抑制点发酵乳杆菌FXJCJ6-1发酵乳杆菌FGDLZR161发酵乳杆菌CCFM422生长速率被抑制时的消耗比㊀㊀(2.7ʃ0.1)ʒ1(2.8ʃ0.2)ʒ1(2.7ʃ0.1)ʒ1生长速率完全被抑制时的消耗比(4.3ʃ0.1)ʒ1(4.3ʃ0.4)ʒ1(3.8ʃ0.3)ʒ1 DISHISHA等[21]研究发现,培养基中碳源和氮源比例过低时,菌体代谢旺盛产生大量的代谢废物,从而抑制菌体增殖;碳源和氮源比例过高时,菌体主要利用营养物质来合成积累代谢产物㊂王玉林等[22]研究发现,培养基的最适碳氮比为生长速率被抑制时的消耗比时,菌株的增殖效率最高㊂由表4可知,发酵乳杆菌FXJCJ6-1和CCFM422的最佳碳氮比为2.7,发酵乳杆菌FGDLZR161的最佳碳氮比为2.8㊂基于菌株生长速率被抑制时的碳氮比结果及渗透压值,最大程度地提高培养基中的碳㊁氮含量,以此提高菌株的发酵密度㊂2.3.1.2㊀限制性微量元素浓度及比例的优化由2.1.3的结果可知,Mn2+和Mg2+均是发酵乳杆菌的生长限制性微量元素,因此,探究Mn2+㊁Mg2+质量浓度及比例与活菌数之间的关系㊂a㊁c㊁e -发酵乳杆菌FXJCJ6-1㊁FGDLZR161㊁CCFM422的耐渗透压曲线;b㊁d㊁f -发酵乳杆菌FXJCJ6-1㊁FGDLZR161㊁CCFM422不同渗透压下的代时图3㊀发酵乳杆菌的耐渗透压曲线及不同渗透压下的代时Fig.3㊀The osmotic pressure curve of L.fermentum and the generation time under different osmotic pressure conditions㊀㊀由图4-a㊁4-c㊁4-e 可知,确定m (Mg 2+)ʒm (Mn 2+)=1ʒ1时,Mg 2+和Mn 2+的总质量浓度越高,活菌数越高,但增加到一定程度后,活菌数的变化差异不大,说明一定范围内提高Mg 2+和Mn 2+的质量浓度,可以提高菌体的增殖效果㊂这与PHAM 等[23]的研究结果一致,他们发现Mn 2+质量浓度过高时会抑制α-葡萄糖苷酶等水解酶,对菌体增殖造成负面影响㊂在Mg2+㊁Mn2+的最适质量浓度的基础上改变Mg 2+和Mn 2+的比例,由图4-b㊁4-f 可知,m (Mg 2+)ʒm (Mn 2+)=1ʒ1时,发酵乳杆菌FXJCJ6-1和CCFM422的活菌数与其他组有显著性差异(P <0.05);而图4-d 表明Mg 2+和Mn 2+的质量比对发酵乳杆菌FGDLZR161的影响不是很大㊂综上,培养发酵乳杆菌FXJCJ6-1的微量元素为m (Mg 2+)ʒm (Mn 2+)=1ʒ1,总质量浓度为0.35g /L;培养发酵乳杆菌FGDLZR161的微量元素为m (Mg 2+)ʒm (Mn 2+)=3ʒ1,总质量浓度为0.35g /L;培养发酵乳杆菌CCFM422的微量元素为m (Mg 2+)ʒm (Mn 2+)=1ʒ1,总质量浓度为0.45g /L㊂2.3.2㊀最适生长pH乳酸菌的最适生长pH 值一般在5.0~7.0,不同乳酸菌的最适生长pH 不同㊂乳酸菌在发酵过程中会产生有机酸,从而使发酵液pH 低于正常生长pH 范围,导致菌株的细胞膜渗透性和细胞内酶活性受到干扰[24]㊂在确定了最优培养基的基础上,设置不同的pH 梯度,探究3株发酵乳杆菌的最适生长pH㊂㊀㊀从图5可以看出,发酵乳杆菌FXJCJ6-1的最适pH 值为6.0,发酵乳杆菌FGDLZR161和CCFM422的最适pH 值为5.5㊂a㊁b -发酵乳杆菌FXJCJ6-1Mg 2+㊁Mn 2+的浓度和比例优化结果;c㊁d -发酵乳杆菌FGDLZR161Mg 2+㊁Mn 2+的浓度和比例优化结果;e㊁f -发酵乳杆菌CCFM422Mg 2+㊁Mn 2+的浓度和比例优化结果图4㊀发酵乳杆菌限制性微量元素质量浓度及比例优化Fig.4㊀Optimization results of the mass concentration and proportion of limiting trace elements in L.fermentum图5㊀发酵乳杆菌的生长pH 优化结果Fig.5㊀Optimization results of growth pH of L.fermentum2.3.3㊀恒pH 分批培养恒pH 分批培养,是将底物一次性加到发酵罐中恒pH 培养㊂根据上述的限制性底物分析结果以及耐渗透压曲线和碳氮消耗比,确定培养基中的碳源㊁氮源㊁微量元素的添加量,需要注意的是培养基的初始渗透压应低于菌株生长速率被抑制时的渗透压㊂(1)发酵乳杆菌FXJCJ6-1恒pH 分批培养㊀㊀由表5可知,培养基初始渗透压接近于生长速率被抑制的渗透压时,发酵液中的活菌数最大㊂因此,发酵乳杆菌FXJCJ6-1恒pH 分批培养的最佳培养基配方(g /L):氮源40(酵母浸粉5288㊁牛骨蛋白胨16㊁鱼骨蛋白胨16),葡萄糖108,MgSO 40.175,MnSO 40.175,Tween 801mL,恒pH 6.0培养,活菌数为(1.3ʃ0.1)ˑ1010CFU /mL,较在MRS 静置培养时的活菌数(3.2ʃ0.07)ˑ109CFU /mL,提高了3.1倍㊂(2)发酵乳杆菌FGDLZR161恒pH 分批培养由表6可知,培养基初始渗透压接近于生长速率被抑制的渗透压时,发酵液中的活菌数最大㊂因此,发酵乳杆菌FGDLZR161恒pH 分批培养的最佳培养基配方(g /L):氮源40(酵母浸粉5288㊁牛骨蛋白胨16㊁鱼骨蛋白胨16),葡萄糖112,MgSO 40.26,MnSO 40.09,Tween 801mL,恒pH 5.5培养,活菌数为(1.1ʃ0.1)ˑ1010CFU /mL,较在MRS 静置培养时的活菌数(2.3ʃ0.03)ˑ109CFU /mL,提高了3.8倍㊂表5㊀发酵乳杆菌FXJCJ6-1的恒pH 分批培养的培养基及培养结果Table 5㊀Constant pH batch culture medium and culture results of L.fermentum FXJCJ6-1培养基配方恒pH 分批培养结果氮源/(g㊃L -1)碳源/(g㊃L -1)微量元素/(g㊃L -1)初始渗透压/(mOsm㊃kg -1)活菌数ˑ10-9/(CFU㊃mL -1)剩余糖浓度/(g㊃L -1)发酵液渗透压/(mOsm㊃kg -1)3081MgSO 4=0.175700ʃ69.4ʃ0.8 6.61404ʃ73594.5MnSO 4=0.175810ʃ211ʃ1.3 6.21628ʃ340108930ʃ513ʃ0.15.51895ʃ2表6㊀发酵乳杆菌FGDLZR161的恒pH 分批培养的培养基及培养结果Table 6㊀Constant pH batch culture medium and culture results of L.fermentum FGDLZR161培养基配方恒pH 分批培养结果氮源/(g㊃L-1)碳源/(g㊃L -1)微量元素/(g㊃L-1)初始渗透压/(mOsm㊃kg-1)活菌数ˑ10-9/(CFU㊃mL-1)剩余糖浓度/(g㊃L-1)发酵液渗透压/(mOsm㊃kg -1)3084MgSO 4=0.26710ʃ78.2ʃ0.16.91476ʃ43598MnSO 4=0.26830ʃ810.5ʃ0.6 6.3㊀1651ʃ1040112950ʃ511.3ʃ0.16.01890ʃ7㊀㊀(3)发酵乳杆菌CCFM422恒pH 分批培养由表7可知,氮源40和45g /L 条件下活菌数差异不大,考虑成本问题,选择40g /L 的氮源进行培养㊂因此,确定发酵乳杆菌CCFM422恒pH 分批培养的最佳培养基配方(g /L ):氮源40(酵母浸粉5288㊁牛骨蛋白胨16㊁鱼骨蛋白胨16),葡萄糖108,MgSO 40.225,MnSO 40.225,Tween 801mL,恒pH 5.5培养,活菌数为(9.5ʃ0.5)ˑ109CFU /mL,较在MRS 静置培养时的活菌数(1.7ʃ0.07)ˑ109CFU /mL,提高了4.6倍㊂表7㊀发酵乳杆菌CCFM422的恒pH 分批培养的培养基及培养结果Table 7㊀Constant pH batch culture medium and culture results of L.fermentum CCFM422培养基配方恒pH 分批培养结果氮源/(g㊃L-1)碳源/(g㊃L-1)微量元素/(g㊃L-1)初始渗透压/(mOsm㊃kg-1)活菌数ˑ10-9/(CFU㊃mL-1)剩余糖浓度/(g㊃L-1)发酵液渗透压/(mOsm㊃kg -1)3594.5MgSO 4=0.225855ʃ58.5ʃ0.78.91390ʃ140108MnSO 4=0.225920ʃ59.5ʃ0.5 6.11510ʃ345121.51040ʃ2㊀9.9ʃ0.26.31680ʃ32.3.4㊀恒pH 自动反馈补糖培养恒pH 自动反馈补糖培养是基于较低的渗透压条件,后期根据底物消耗自动补料,这种培养模式避免了高浓度底物引起的限制,可以最大程度地减缓发酵液渗透压的升高,对耐渗透压能力较弱菌株的增殖效果较好㊂结果如图6所示㊂a -发酵乳杆菌FXJCJ6-1;b -发酵乳杆菌FGDLZR161;c -发酵乳杆菌CCFM422图6㊀发酵乳杆菌恒pH 分批培养和自动反馈补糖培养结果Fig.6㊀Constant pH automatic feedback sugar supplement results of L.fermentum㊀㊀恒pH 自动反馈补糖培养时,发酵乳杆菌FXJCJ6-1㊁FGDLZR161㊁CCFM422稳定期活菌数分别为(6.8ʃ0.1)ˑ109㊁(7.9ʃ0.9)ˑ109和(7.1ʃ0.2)ˑ109CFU /mL㊂由于发酵乳杆菌能够耐受较高的渗透压,所以恒pH自动反馈补糖培养的低渗优势没有得到很好的体现㊂因此选择恒pH分批培养来增殖发酵乳杆菌㊂3㊀结论(1)发酵乳杆菌对不同种类的氮源利用偏好性不同,酵母粉复合大分子肽的蛋白胨是发酵乳杆菌的最适氮源㊂(2)无机盐只是起到减缓发酵液pH降低速率的作用,在恒pH培养发酵乳杆菌时,添加无机盐并不能提高菌株的增殖效果㊂(3)Mn2+和Mg2+均是发酵乳杆菌的生长限制性微量元素,菌体的高效增殖需要两者同时存在㊂(4)中性条件下,酸根积累并不会对发酵乳杆菌有特异性毒害作用,发酵乳杆菌的生长主要是受到渗透压的抑制,且发酵乳杆菌能够耐受较高的渗透压环境㊂(5)恒pH分批培养是发酵乳杆菌的最优培养工艺㊂恒pH分批培养发酵乳杆菌时,初始底物浓度应基于菌株的耐渗透压曲线进行设定,培养基的初始渗透压应接近于菌株生长速率被抑制时的渗透压,而培养基中的碳氮源添加比例应按照菌株生长速率被抑制时的碳氮消耗比进行设定㊂参考文献[1]㊀ZHAO Y,HONG K,ZHAO J,et ctobacillus fermentum andits potential immunomodulatory properties[J].Journal of Functional Foods,2019,56:21-32.[2]㊀MIKELSAAR M,ZILMER ctobacillus fermentum ME-3-an an-timicrobial and antioxidative probiotic[J].Microbial Ecology in Health&Disease,2009,21(1):1-27.[3]㊀LYE H S,KATO T,LOW W Y,et ctobacillus fermentum FT-DC8312combats hypercholesterolemia 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乳酸菌的高密度培养及发酵剂保藏技术的初步研究
2009年第35卷第10期(总第262期)5 乳酸菌的高密度培养及发酵剂保藏技术的初步研究3吴祖芳,翁佩芳,楼佳瑜(宁波大学应用海洋生物技术教育部重点实验室,生命科学与生物工程学院,浙江宁波,315211)摘 要 对1株经分离筛选得到的榨菜低盐腌制优良乳酸菌H17进行高密度培养性能研究,以细胞光密度(OD 600)为指标,考察了高密度细胞培养的培养基条件、缓冲剂或中和剂对细胞生长的影响;由优化条件得到的培养物作发酵剂,比较了保藏条件对发酵活性的影响,筛选了冷冻保护剂及其合适的浓度。
结果表明,选择基础培养基加5%蕃茄汁、培养温度30℃和Na 2CO 3为中和剂的条件下培养16h 后乳酸菌活菌数最高达到1114×1010CF U /mL;在生长稳定前期收获菌体,进行冷激处理,以5%蔗糖谷氨酸钠为冷冻保护剂,可提高乳酸菌冻干保存的存活率,达到6411%。
关键词 发酵剂,高密度细胞培养,冷冻保护剂第一作者:博士,教授。
3教育部留学回国人员科研启动基金,浙江省钱江人才计划(2009R10033)和浙江省自然基金(Y3080231)收稿日期:2009-06-01,改回日期:2009-08-04 乳酸菌作为一种蔬菜腌制剂,和与多种食品质量相关的重要微生物已有较多文献报道[1-4]。
研究优良乳酸菌菌种的高效培养技术以及其保藏方法对开发乳酸菌作为蔬菜发酵剂具有重要的现实意义[2-4]。
在发酵乳制品中已广泛使用经冷冻、浓缩、干燥的乳酸菌发酵剂[5-7],冷冻干燥浓缩发酵剂可防止菌种失活及复配菌种的比例在保存、扩大培养过程中发生变化,还可防止杂菌污染和省去菌种扩培过程,保证产品质量稳定和可精确控制。
目前,此类产品在欧美等发达国家已得到广泛应用,但国内但尚未商品化,主要原因是冻干发酵剂生产技术还很不完善,细胞存活率低和保存时间短[8],随着我国乳酸菌技术应用的迅速发展,研究和开发直投式乳酸菌发酵剂势在必行[2-4]。
乳酸乳球菌高密度发酵水平
乳酸乳球菌高密度发酵水平
乳酸乳球菌的高密度发酵水平是指通过特殊的培养手段和发酵工艺，使乳酸乳球菌在单位体积内的活菌数达到较高的水平，从而提高菌体的发酵密度。
这种高密度发酵技术可以显著提高菌细胞的产出率，是扩大培养方式的一种。
在实际生产过程中，乳酸菌的菌体密度是其发酵产品的一个重要指标。
为了提高乳酸乳球菌的单位体积活菌数，可以通过单因素和正交实验对培养基中各组分进行研究，并利用3L发酵罐进行恒pH补料实验。
优化后的培养基组分可以为：葡萄糖30g/L、酵母膏40g/L、磷酸二氢钾40g/L、MgSO4 0.6g/L、MnSO4 0.1g/L，以及适宜的补料体积等。
这些优化条件可以提高乳酸乳球菌的菌体密度和发酵产物的产量。
此外，对于乳酸菌的高密度发酵工艺，还需要研究适合乳酸菌的生长条件，例如温度、pH 值、溶氧浓度等。
同时，还需要研究冷冻干燥保护剂的组成，以保护菌体细胞的活性。
总之，乳酸乳球菌的高密度发酵水平是提高乳酸菌发酵产量的重要手段之一，需要进一步深入研究和实践，以促进其在工业生产中的应用。
乳酸乳球菌发酵工艺优化的基本流程
乳酸乳球菌发酵工艺优化的基本流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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1. 原料选择。
选择新鲜、优质的乳原料，如牛奶、羊奶等。
乳酸菌发酵及酸奶工艺优化研究
乳酸菌发酵及酸奶工艺优化研究在经济不断发展过程中，人们的生活水平发生了很大的变化，在生活质量方面有了很大的提高。
在人们生活水平提高的同时，人们的思维方式也发生了很大的变化，人们在生活中，对酸奶饮品的需求量出现了越来越多的情况。
酸奶饮品成为了人们生活中越来越重要的食品，因此，人们对酸奶加工工艺也非常重视，这样能够对酸奶销量中存在的问题进行解决。
在酸奶生产中，乳酸菌发酵水平是核心技术，对其进行分析，能够对酸奶工艺进行优化。
标签：乳酸菌；发酵原理；优化经济水平的不断提高，人们在生活观念上发生了很大的变化，对健康问题越来越重视，同时，对生活品质的追求也在逐渐提高。
奶制品在营养成分方面非常好，因此，受到了人们的欢迎，在奶制品中，酸奶因为能够促进消化，同时，在吸收效果方面非常好，受到了很多人的喜爱。
在酸奶制作工艺中，要对乳酸菌工艺进行重视，这样能够对酸奶的质量进行保证。
1 乳酸菌的定义及种类1.1 定义乳酸菌是一种发酵糖类产生的物质，其主要是一种革兰氏染色阳性细菌，通常，乳酸菌主要分为18个属类，一共有200多种。
乳酸菌也会形成在葡萄糖或者乳糖的发酵过程中，这种物质是一种对人体非常有益的益生菌。
乳酸菌在很多的产品生产中都进行了使用，这种物质能够对食品的营养价值进行提高，而且，对食品的口味也能进行改变，同时，对食品的附加值也进行了改变。
人们对乳酸菌的性能进行重视，因为能够对人体健康情况产生影响。
很多实验研究表明，在食品中添加乳酸菌能对胃肠正常菌群进行改善，同时，也能提高食物的消化率，对胆固醇也能进行降低。
乳酸菌能够对肠道内出现的腐败菌生长繁殖进行控制，同时，也能制造很多的营养物质，对机体的营养状态以及生理功能都有很大的影响。
乳酸菌的生理功能和机体的生命活动有很大关系，一旦乳酸菌出现停止成长的情况，就会导致人和动物的健康情况受到很大影响。
乳酸菌被应用到很多行业生产中，其中，在食品行业中效果最为明显。
乳酸菌是一种对人体有益的益生菌，能够和碳水化合物进行融合，最终形成有利于人体肠胃消化的物质，因此，乳酸菌被视为对健康有利的物质，在酸奶生产中得到了广泛的应用。
植物乳酸菌高密度发酵培养基优化
植物乳酸菌高密度发酵培养基优化作者：刘利利周勇卢宗梅来源：《当代化工》2020年第04期摘要：主要探索了如何提高植物乳杆菌高密度发酵活菌数，研究了培养基成分、pH值等发酵条件。
结果表明：植物乳酸菌生长最适碳源是淀粉、葡萄糖，最适氮源是酵母浸粉;二价锰离子和无机盐对菌体的生长有促进作用;最适培养基组成：酵母浸粉3%，醋酸钠0.5 %，柠檬酸三铵0.2%，磷酸氢二钾0.3%，氯化钠0.2%，吐温80 0.1%，硫酸锰0.3‰，硫酸镁0.2‰，无水葡萄糖2.2%，碳酸钙0.5%，淀粉4.4%。
在5 L半自动发酵罐中，发酵16 h左右，活菌数为8.9×1011 CFU/mL，发酵液保存周期较长，在75 d跟踪检测中活菌数无数量级变化。
关键词：植物乳酸菌;培养基组分;活菌数;保存周期中图分类号：Q 815 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2020）04-0616-04Abstract： How to increase the number of viable bacteria in high-density fermentation of lactobacillus plantarum was mainly explored， and the fermentation conditions were studied，such as medium composition and pH value. The results showed that the mixture of starch and glucose was the optimum carbon source for the growth of lactic acid bacteria， while yeast extract was the optimum nitrogen source;Divalent manganese ions and inorganic salts could promote the growth of bacteria;the optimum medium composition was as follows： yeast extract 3%， sodium acetate 0.5%，triammonium citrate 0.2%， dipotassium phosphate 0.3%， sodium chloride 0.2%， Tween800.1%，manganese sulfate 0.3‰，magnesium sulfate 0.2teanhydrous glucose 2.2%，calcium carbonate 0.5%，starch 4.4%. The number of viable bacteria reached 8.9che11 CFU/mL after 16-hour fermentation in a 5 L semi-automatic fermentation tank，and the change of number of viable bacteria in the fermentation broth was not more than one magnitude order after 75-day storage.Key words： Plant lactobacillus; Medium composition; Number of living bacterium; Preservation period植物乳酸菌（LacLo ba-cillus planlarum）具备免疫调节、抑制病原微生物、维持肠道菌群平衡和促进营养物质吸收等很多保健作用，同时也广泛应用于微生物制剂[1]。
提取甲壳素的乳酸菌发酵工艺优化
提取甲壳素的乳酸菌发酵工艺优化摘要：以地产克氏螯虾（Procambarus clarkii）虾壳为原料，采用乳酸菌（Lactococcus lactis）发酵的方法提取甲壳素，并对发酵工艺进行优化研究。
结果表明，发酵的最佳工艺组合为发酵温度37 ℃，发酵时间96 h，葡萄糖加入量5%，固液比1.0∶3.0（m/V，g∶mL），发酵起始pH 5.5。
采用上述组合，所得甲壳素产率达13.9%。
该工艺具有显著的经济效益和社会效益，具有良好的应用前景。
关键词：甲壳素；制备；乳酸菌（Lactococcus lactis）发酵；克氏螯虾（Procambarus clarkii）虾壳甲壳素（Chitin）又名几丁质、壳多糖、甲壳质、聚乙酰氨基葡萄糖等，化学名称为（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，分子式为（C8H13NO5）n，它是由N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖以β-1，4-糖苷键连接的一种乙酰氨基葡萄糖。
甲壳素是人类继发现淀粉、纤维素之后在地球上发现的第三大生物资源，广泛存在于虾、蟹、昆虫等动物的外壳及植物的细胞壁中，是一种重要的天然高分子多糖。
在甲壳素被发现的一个多世纪以来，人们对该类化合物进行了大量的基础研究和应用研究，揭示了其在医药、农业、日化、轻纺、环保等领域广泛的应用价值[1-3]。
目前，国内外主要采用传统的化学方法生产甲壳素，生产工艺相对简单，但生产过程中大量使用强酸、强碱会导致严重的环境污染，同时造成水资源的严重浪费。
可以说，高污染及浪费水资源已成为影响甲壳素产业生存与发展的瓶颈，严重制约了该产业的持续健康发展。
而采用生物工艺，即通过微生物的发酵作用代替化学工艺制备甲壳素，正成为甲壳素生产工艺研究的热点[4，5]。
本研究以地产克氏螯虾（Procambarus clarkii）（俗称小龙虾）虾壳为原料，采用乳酸菌（Lactococcus lactis）纯种发酵的方法制备甲壳素，以期为甲壳素这一重要生物资源的更好利用以及中国甲壳素生产企业的技术革新提供新的有效途径。
_德氏乳杆菌发酵生产乳酸工艺条件优化
乳酸有两种光学异构体，即 L 型和 D 型，其中 L 型天然存在于人体之中，人体可以代谢吸收。在 化工行业，乳酸最显著的用途是它的脱水聚合物— —聚乳酸（PLA），聚乳酸[1-2]具有良好的光泽度、
收稿日期：2010-10-08；修改稿日期：2011-02-28。 基金项目：国家 863 计划子课题项目（2006AA020102）。 第一作者：刘鹏（1984—），男，硕士研究生。联系人：闻建平，博 士，教授，博士生导师，研究方向为环境生物工程、生物制药工程。 E-mail jpwen@。
在液态 MRS 培养基中加入 15 g/L 的琼脂粉， 调节 pH 值为 6.2，115 ℃，20 min 进行灭菌。 1.1.4 种子培养基
MRS 培养基，加 1%的 CaCO3。 1.1.5 发酵培养基
（1）基础发酵培养基：葡萄糖含量为 50g/L 的 MRS 培养基，加 3%的 CaCO3。
（2）改良的发酵培养基：由响应面法优化的发 酵培养基。
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化工进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
2011 年第 30 卷第 6 期
研究开发
德氏乳杆菌发酵生产乳酸工艺条件优化
刘 鹏 1，贾晓强 1，2，杨春燕 1，闻建平 1，2，财音青格乐 1，2
（1 天津大学化工学院，天津 300072；2 天津大学系统生物工程教育部重点实验室，天津 300072）
Abstract：This experimental work was primarily on the fermentation techniques of lactic acid，trying to enhance the production of lactic acid by mutation of the strain and optimization of the culture medium. The final concentration of L-lactic acid in the broth was 18.5 g/L using the basic medium with the original strain，and the conversion rate based on glucose was 50.27%. A high-yield strain was screened out by laser mutation from original strain，which was named DBLB28. The culture medium was optimized after screening out the high-yield strain. Several factors that had important effects on lactic acid fermentation were chosen by orthogonal experiment design. Then they were optimized by response surface methodology（RSM），and the regression equation was proved to be effective after analysis of variance. Finally，the optimized condition was as follows：glucose concentration 68.6 g/L， beef extract concentration 22.4 g/L，peptone concentration 23.2 g/L. The concentration of lactic acid production was 29.0 g/L from the regression equation，and the data from experiment was 29.4 g/L. Key words：Lactobacillus delbrueckii；lactic acid fermentation；orthogonal experiment design； response surface methodology（RSM）
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乳酸菌高密度规模发酵工艺优化
随着人们对抗生素滥用的重视,益生菌越来越广泛地应用于饲料、食品和医药行业,乳酸菌作为一种微生物资源因此受到越来越多的关注。
乳酸菌高密度规模发酵是为提高菌体的发酵密度而使用的技术手段和特殊的培养装置,使菌体密度相较于普通培养方式能有显著的提高,最终提高菌细胞的产出率的一种扩大培养方式。
在实际生产过程中,乳酸菌菌体密度是乳酸菌发酵产品的重要指标。
本试验以嗜酸乳杆菌和乳酸乳球菌为研究对象,筛选适合其增殖的培养基,研究适合乳酸菌的培养条件,优化乳酸菌中试高密度发酵工艺以及冷冻干燥保护剂组成。
本文的研究结果如下:(1)两株乳酸菌的形态学特征乳酸乳球菌在MRS培养基上可以形成明显的白色菌落,直径在1mm左右,圆形边缘整齐,不透明,表面光滑无皱褶。
在添加碳酸钙的固体培养基中,菌落周围由于产酸形成透明的水解圈。
显微镜下观察,细菌成球形,不形成链状。
嗜酸乳杆菌在MRS培养基上可以形成明显的菌落。
菌落圆形、白色、凸起,表面光滑、边缘较光滑,直径在1mm左右。
在添加碳酸钙的固体培养基中,菌落周围形成透明水解圈。
在显微镜下观察,细菌成短杆状。
两株乳酸菌通过革兰氏染色均为紫色,是革兰氏阳性菌。
(2)乳酸菌培养条件前期发酵条件优化前期实验室工作通过对两株乳酸菌的条件优化摸索,确定了以乳清粉为中试培养基,并确定乳酸乳球菌的最适培养温度在37℃C左右、初始培养基pH值在6.5、接种量在2%-7%之间,而接种量对最大活菌数的影响并不显著。
培养28h可获最多的活菌,最大活菌数为 1.92±0.15
×108CFU/mL;嗜酸乳杆菌的最适培养温度在37℃C左右、初始培养基pH值在
6-6.5、接种量在5%-7%之间。
嗜酸乳杆菌在乳清粉培养基中培养32h可获得最大活菌数为1.53±0.15 ×
1 08 CFU/mL。
(3)高密度规模化发酵工艺优化随着乳清粉含量的增加,通过离心获得的乳酸菌干重是不断增加的。
当乳清粉含量增加至60%时,细胞干重(DCW/L)增加至13.21 g/L。
通过乳清粉的添加,可以显著提高发酵罐中乳酸菌的细胞干重。
而从菌粉获得率计算,当乳清粉含量增加至60%时,嗜酸乳杆菌获得率增加
至23.42%。
(4)冷冻干燥保护剂优化通过对离心获得的菌体添加10%的脱脂奶粉和10%的葡萄糖,或添加10%脱脂奶粉和10%海藻糖能够达到较高的复苏率。
通过进一步筛选得到四种具有显著保护性能的保护剂,并通过对乳酸乳球菌冷冻干燥保护剂的四因素三水平正交实验,结果得出这四种因素对于冷冻干燥后复苏率的影响,从大到小的顺序依此是葡萄糖>硫酸锰>脱脂奶粉>海藻糖。
这四个因素对于冷冻干燥后的复苏率的影响都是极显著的,是影响该实验结果的主要因子。
通过正交实验,确定了一种冻干保护性较强的冻干保护剂组合,这种冻干保
护剂配比为每公斤菌体添加葡萄糖90g、海藻糖90g、硫酸锰60g、脱脂奶粉30g。
冷冻干燥后的菌粉在储藏时应保持低温的环境,本次实验制备的两种菌粉在-20℃C环境下密封保存4周后,存活率仍能超过50%。
(5)乳酸菌耐受实验两株冻干菌粉对于人工消化液均有一定的耐受能力,乳
酸乳球菌在人工胃液中模拟消化3h存活率9.3%。
在人工肠液中,经过4h的模拟消化过程,乳酸乳球菌的存活率为8.6%。
以活菌数计算,通过7h的模拟消化过程,仍有超过108CFU/g的活菌数;而嗜酸乳杆菌菌粉相对于乳酸乳球菌对于人工胃液的耐受能力更稳定,经过3h的人工胃液模拟消化,由3.64×1010CFU/g下降到5.9×109CFU/g,存活率为16.3%。
在人工肠液中,经过4h的模拟消化过程,嗜酸乳杆菌的存活率为2.3%,经过7h的模拟消化过程,嗜酸乳杆菌菌粉的活菌仍能超过108CFU/g。