L_乳酸发酵培养基中氮源的优化

乳酸又名２－ 羟基丙酸， 具有Ｄ－ 型和Ｌ－ 型两种 构 型， 主要应用于食品及食品相关的行业。乳酸是公 认 安 全 （ＧＲＡＳ）的 食 品 添 加 剂 ， 很 早 就 用 作 防 腐 剂 、 酸 浸剂、调味剂 和ｐＨ缓 冲 剂 等 。大 部 分 食 品 级 乳 酸 还用于生产改善焙烤食品品质的乳化剂， 如硬脂酰 乳酸酯、硬脂酰乳酸钠、硬脂酰乳酸钙以及乳酸甘 油单和二酸酯等［１］。由 于 人 体 中 只 有Ｌ－ 乳 酸 脱 氢 酶 ， Ｄ－ 乳酸会造成婴幼儿和 患 有 短 肠 综 合 症 的 成 人 酸 中 毒， 因此世界卫生组织（ＷＨＯ）建议Ｄ型和ＤＬ型乳酸不 得加入婴幼儿食品当中， 成人的Ｄ型乳酸摄入量应控 制 在 每 天１００ｍｇ／ｋｇ体 重 以 下 。 所 以 在 食 品 工 业 和 医 药 工业中Ｌ－ 乳酸得到了普遍使用［２］。近年来， 生物可降 解 塑 料 — ——聚 乳 酸 应 用 日 益 广 泛 ， 它 在 食 品 包 装 ， 尤其是对有呼吸作用的果蔬的包装以及盛装液体食 品 等 方 面 表 现 出 了 极 大 的 潜 力 ， 而Ｌ－ 乳 酸 有 助 于 提 高 聚 乳 酸 的 一 些 物 理 特 性 ， 因 此Ｌ－ 乳 酸 的 生 产 特 别 是发酵法生产Ｌ－ 乳酸受到人们越来越多的关注［３］。
收稿日期： ２００６－ １１－ ３０
＊通讯作者
基金项目： 吉林省农业科技厅资助农业重点项目（２００３０２－ ０２）。
作者简介： 于雷（１９７３－ ）， 男， 吉林长春人， 讲师， 博士研究生， 研究方向为食品微生物学。
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参考文献： ［１］ 朱 文 华，姚 惠 源，谈 新 刚．米 糠 的 不 稳 定 机 理 及 稳 定 化 的
研究．粮食与饲料工业，２００１，（１０）：４０－ ４１ ［２］ 顾华孝．米糠的食用性和在保健功能食品中的应用．粮食
与饲料工业，２００１，（５）：４６－ ４８ ［３］ 陈 正 行，周 彤．米 糠：一 种 潜 在 的 健 康 食 品 优 质 原 料．粮 食
ＳＢＡ－ ４０Ｃ葡萄糖－ 乳酸生物传感分析仪： 山东省 科学院生物研究所； ＢＨ－ ２ Ｏｌｙｍｐｕｓ 荧光显微镜： 日 本 奥 林 巴 斯 株 式 会 社 ； Ｆｒｅｓｃｏ Ｈｅｒａｅｕｓ微 量 台 式 高 速 冷冻离心机： 德国科峻仪器公司 ； ＳＳ－ ３２５ 全自动高 压蒸气灭菌器： 日本三洋公 司 ； ＭＣＯ－ １５ＡＣ Ｈｅｒａｅｕｓ ＣＯ２培 养 箱 ： 德 国 科 峻 仪 器 公 司 ； ＨＺＱ－ Ｘ１００振 荡 培 养箱： 哈 尔滨东联电子技术开发有限 公 司； ＺＨＷＹ－ ２１１Ｃ自 动 开 启 型 大 容 量 全 温 度 恒 温 培 养 振 荡 器 ： 上 海智城分析仪器制造有限公司。 １．３ 培养基 １．３．１ 种子培养基 ＭＲＳ培养基［７］。 １．３．２ 发 酵 培 养 基 无 水 葡 萄 糖 １２％、 酵 母 粉 ２％， ｐＨ７．０， 分 别 于１２１℃灭 菌１５ｍｉｎ冷 却 后 混 合 ， 再 加 入
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１０％ ＣａＣＯ３备用。 １．４ 方法 １．４．１ 培 养 方 法 取 鼠 李 糖 乳 杆 菌（Ｌ． ｒｈａｍｎｏｓｕｓ ＧＳ２） 于－ ８０℃冰 箱 传 入ＭＲＳ培 养 基 ， 传 代 三 次 。 再 将１０％ 种子培养物接种于含１００ｍＬ发酵 培养基的２５０ｍＬ三角 烧瓶， ３７℃、１６０ｒ／ｍｉｎ摇床培养。 １．４．２ 乳酸含量测定 发酵液离心８０００ｒ／ｍｉｎ， 取上清 液稀释后利用ＳＢＡ－ ４０Ｃ葡萄糖－ 乳酸生物传感分析仪 进行酶法测定Ｌ－ 乳酸。 １．４．３ 氮含量的测定 有机氮源中的氮含量利用凯氏 定氮法测定。 １．４．４ 试验设计 １．４．４．１ 单因素影响试验 发酵培养基中的２％的酵母 粉 按 照 含 氮 量 分 别 替 换 成 酵 母 膏 、 玉 米 浆 （液 ）、 玉 米 浆 （干 粉 ）、 大 豆 水 解 液 、 蛋 白 胨 、 牛 肉 膏 、 尿 素 、 柠 檬酸铵、ＮＨ４ＮＯ３、（ＮＨ４）２ＳＯ４、（ＮＨ４）２ＣＯ３、ＮＨ４Ｃｌ、ＮＨ３· Ｈ２Ｏ、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３， 其他条件不变进行发酵培养。 １．４．４．２ 响应面优化试验 选择单因素试验中乳酸产 量最高的氮源与酵母粉作为响应面优化的因素， 以 乳酸产量为响应值， 采用ＳＡＳ软件进行试验设计、数 据回归分析以及建立多项式模型方程。
目前， 随着对米糠解脂酶提取技术、营养功效 和其他功能特性更深入的研究， 米糠解脂酶作为尚 未充分利用的米糠资源中的主要成分之一， 必将会 更广泛而科学的应用于食品工业， 进一步推动米糠 资源的综合利用和深度开发， 提高米糠的附加值和 稻米加工业的经济效益， 增加其产品的市场竞争力。
展望未来， 在我国开展米糠的综合利用是大有可为 的， 米糠开发应用前景将十分广阔， 其产生的社会 效益和经济效益不可估量。
脂酶的活性有不同的影响， 铜离子的存在对解脂酶 活性的抑制作用最为显著。这些结果可为我国米糠 储存工艺的研究提供一定的理论支持。
４ 展望
我国米糠资源丰富、质量好， 如能进一步认识米 糠开发利用的意义和经济效益， 必定能加快国内米 糠的科研和产品开发的步伐。但由于米糠中解脂酶 的作用， 使米糠极易腐败变质， 大大影响了米糠的 开发与利用。通过对米糠解脂酶性质的研究， 可以 更好地解决这一问题， 促进米糠的开发利用。
在众多影响乳酸发酵的营养成分中， 作为氮源 的酵母粉起着极其重要的作用。酵母粉富含氨基酸、 嘌呤、嘧啶碱基以及Ｂ族维生素， 因此在以其为氮源 的培养基中进行乳酸发酵， 乳酸的产量最高。但是 由于酵母粉的成本大约占总的乳酸生产成本３８％， 这 严 重 阻 碍 了 乳 酸 的 大 规 模 工 业 化 生 产［４－ ６］。 乳 酸 菌 的 营养需求比较复杂， 培养基的组成和配比就直接关 系到乳酸菌的生长和乳酸的形成， 这样寻找价格低 廉又能保证乳酸菌正常代谢的氮源就变得尤为必要。 本研究首先利用单因素试验比较各种不同的氮源对
的用量减少了８４％。
关键词： Ｌ－ 乳酸； 氮源； 响应面法； 玉米浆； 优化
中图分类号： ＴＱ９２０
文献标识码： Ａ
文章编号： １００５－ ９９８９（２００７）０６－ ００４９－ ０５
Ｏｐｔｉｍｉｚａ ｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅ ｎ ｓ ｏｕｒｃｅ ｉｎ ｍｅ ｄｉｕｍ ｏｆ Ｌ－ ｌａ ｃｔｉｃ ａ ｃｉｄ ｆｅ ｒｍｅ ｎｔａ ｔｉｏｎ
过单因素试验选择出玉米浆干粉作为与酵母粉进行优化的氮源。从响应面法的分析结果中得出， 玉米
浆在模型方程的一次和二次项上均比酵母粉显著而两者交互作用不显著， 这表明玉米浆部分代替酵母
粉是可行的； 同时， 响应面优化试验确定了两种氮源的最佳配比。当培养基中玉米浆的含量为３２．２３ｇ／Ｌ，
酵母粉的含量为３．１７ｇ／Ｌ时， 乳酸的实际最大产量为１０３．７１ｇ／Ｌ， 乳酸产量有５．３％的少许下降， 而酵母粉
乳酸发酵的影响， 然后采用响应面法优化所选氮源 与酵母粉的配比来部分替代酵母粉， 降低乳酸生产 的成本。
１ 材料与方法
１．１ 试验菌种 鼠李糖乳杆菌（Ｌ． ｒｈａｍｎｏｓｕｓ ＧＳ２）： 为Ｌ－ 乳酸同型
发酵菌株， 吉林大学分子酶学工程教育部重点试验 室保存。 １．２ 主要试剂与仪器
Ｌ－ 乳酸标样来自Ｓｉｇｍａ公司， 其他主要试剂均为 分 析 纯 。 玉 米 浆 （液 ）和 大 豆 水 解 液 来 自 长 春 大 成 生 化 科技集团有限公司， 玉米浆（固）来自吉林省黄龙食品 工业有限公司。
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ＹＵ Ｌｅｉ１，２， ＬＥＩ Ｔｉｇ１， ＰＥＩ Ｘｉａｏ－ ｌｉｎ１， ＦＥＮＧ Ｙａｎ１＊
（１．Ｋｅ ｙ Ｌａ ｂｏｒａ ｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｍｏｌｅ ｃｕｌａ ｒ Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ ＆ Ｅｎｇｉｎｅ ｅ ｒｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｎｉｓ ｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａ ｔｉｏｎ， Ｊ ｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅ ｒｓ ｉｔｙ， Ｃｈａ ｎｇｃｈｕｎ １３００２１； ２． Ｃｏｌｌｅ ｇｅ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｅｎｇｉｎｅ ｅ ｒｉｎｇ， Ｊ ｉｌｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａ ｌ Ｕｎｉｖｅ ｒｓ ｉｔｙ， Ｃｈａ ｎｇｃｈｕｎ １３０１１８）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ， ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓ ｏｕｒｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ ｏｆ Ｌ－ ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｙｅａｓ ｔ ｅｘｔｒａｃｔ （ＹＥ） ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ｈｅｌｐ ｃｕｔ ｄｏｗｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓ ｔ． Ｃｏｒｎ ｓ ｔｅｅｐ ｌｉｑｕｏｒ （ＣＳ Ｌ） ｐｏｗ－ ｄｅｒ ｗａｓ ｓ ｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓ ｏｕｒｃｅ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｗｉｔｈ ＹＥ ｔｈｒｏｕｇｈ ｏｎｅ － ｆａｃｔｏｒ－ ａｔ－ ａ － ｔｉｍｅ ｍｅｔｈｏｄ． Ｒｅｓ ｐｏｎｓ ｅ ｓ ｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ（ＲＳ Ｍ） ａｎｄ ｃｅｎｔｒａｌ ｃｏｍｐｏｓ ｉｔｅ ｄｅｓ ｉｇｎ ｗｅｒｅ ｓ ｕｃｃｅｓ ｓ ｆｕｌｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＣＳ Ｌ ａｎｄ ＹＥ ｂａｓ ｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓ ｅｃｏｎｄ－ ｏｒｄｅｒ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ ｅｑｕａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓ ｕｌｔ ｓ ｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓ ｑｕａｒｅｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＣＳ Ｌ ｗｅｒｅ ｍｏｒｅ ｓ ｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｔｈａｎ ｔｈｏｓ ｅ ｏｆ ＹＥ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍ ｗａｓ ｉｎ－ ｓ ｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｅｒｒｅｄ ｔｈａｔ ｉｔ ｗａｓ ｆｅａｓ ｉｂｌｅ ｆｏｒ ＣＳ Ｌ ｔｏ ｐａｒｔｌｙ ｓ ｕｂｓ ｔｉｔｕｔｅ ＹＥ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｍｐｏｓ ｉ－ ｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｓ ｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓ ｏｕｒｃｅ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ＲＳ Ｍ． Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ Ｌ－ ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ １０３．７１ｇ／Ｌ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＣＳ Ｌ ａｎｄ ＹＥ ｗｅｒｅ ３２．２３ｇ／Ｌ ａｎｄ ３．１７ｇ／Ｌ， ｒｅｓ ｐｅｃ－ ｔｉｖｅｌｙ． Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ Ｌ－ ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｕｓ ｉｎｇ ＹＥ ａｓ ｔｈｅ ｓ ｏｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓ ｏｕｒｃｅ， ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌ－ ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ５．３％ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ＹＥ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓ ｅｄ ｂｙ ８４％ ｉｎ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｌ－ ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ； ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓ ｏｕｒｃｅ； ｒｅｓ ｐｏｎｓ ｅ ｓ ｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ； ｃｏｒｎ ｓ ｔｅｅｐ ｌｉｑｕｏｒ； ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
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Ｌ－ 乳酸发酵培养基中氮源的优化
于 雷１， ２， 雷 霆１， 裴晓林１， 冯 雁１＊ （１．吉林大学分子酶学工程教育部重点试验室， 长春 １３００２１；
２．吉林农业大学食品工程学院， 长春 １３０１１８）
摘要： 为减少Ｌ－ 乳酸发酵培养基中的酵母粉用量以降低生产成本， 对培养基中的氮源进行了优化。通
与饲料工业，１９９９，（１０）：４０－ ４３ ［４］ 王 静，朱 永 义．米 糠 中 脂 酶 酶 学 性 质 的 研 究．中 国 粮 油 学
报，２０００，１５（５）：１０－ １３ ［５］ Ａｉｚｏｎｏ Ｍ Ｆｕｎａｔｓｕ， Ｍ Ｓｕｇａｎｏ． Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ
Ｒｉｃｅ Ｂｒａｎ Ｌｉｐｓｅ ＰａｒｔＩＩＩ．Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｒｉｃｅ Ｂｒａｎ Ｌｉｐａｓｅ． Ａｇｒｉｃ ｂｉｏｌ ｃｈｅｍ，１９７３，３７（９）：２０３１－ ２０３６ ［６］ ＤａｅＹ， Ｊｗｏｎａｎｄ Ｊｏｏｎ Ｓ Ｒｈｅｅ． Ａ Ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ Ｒａｐｉｄ Ｃｏｌｏｒｉ－ ｍｅｔｒｉｃ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒｅｅ Ｆａｔｔｙ Ａｃｉｄｓ ｆｏｒ Ｌｉｐａｓｅ Ａｓｓａｙ Ｊ． Ａｍ Ｏｉｌ Ｃｈｏｍ Ｓｏｃ，１９８６，６３（１）：８９－ ９２