專利名稱：一種高效培養(yǎng)乳酸菌和生產乳酸的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生物技術領域，具體涉及一種高效培養(yǎng)乳酸菌和生產乳酸的方法，在
工業(yè)化生產高密度乳酸菌和乳酸方面具有重要的應用價值和前景。
背景技術：
乳酸菌(Lactobacillus)是一類能夠利用糖類發(fā)酵產生乳酸細菌的總稱。乳酸菌 在自然界中的種類很多，分布極廣，目前已發(fā)現200多種不同的乳酸菌種在分類學上至少 劃分有23個屬，主要包括乳桿菌屬(Lactobacillus)和乳球菌屬(Lactococcus)等。乳酸 菌細胞形態(tài)主要有長桿狀、短桿狀和圓形3種形態(tài)，均屬于革蘭氏陽性菌，不形成芽孢。乳 酸菌是一種兼性厭氧菌，適合在氧含量低或無氧的環(huán)境下生長，對哺乳動物胃中的PH 3. 0 酸性環(huán)境有一定耐受性。乳酸菌對營養(yǎng)要求除碳源、氮源、磷源、硫源和無機鹽外，還需要維 生素等生長因子。 乳酸菌廣泛存在于人、畜和禽的腸道，大量研究表明乳酸菌能夠調節(jié)機體胃腸道 正常菌群、保持微生態(tài)平衡，提高食物消化率，降低血清膽固醇，控制機體內毒素，抑制腸道 內腐敗菌生長繁殖和腐敗產物的產生，制造營養(yǎng)物質，剌激組織發(fā)育，控制腫瘤發(fā)生、抗衰 老和應激，是有望取代抗生素的生物制劑。此外，乳酸菌還能提高食品的營養(yǎng)價值，改善食 品風味，提高食品的保藏性和附加值，因此日益受到人們的普遍重視。 國內外研究現狀顯示，乳酸菌高密度培養(yǎng)的方法主要有緩沖鹽法、化學中和法、透 析培養(yǎng)、細胞循環(huán)培養(yǎng)、膜過濾培養(yǎng)、補料分批培養(yǎng)和微囊化培養(yǎng)等。目前乳酸菌發(fā)酵培養(yǎng) 主要采用補料分批培養(yǎng)方式，也就是根據乳酸菌生長和培養(yǎng)基的特點，在乳酸菌不同生長 階段以某種方式間歇地或連續(xù)地補加新鮮培養(yǎng)基。由于乳酸菌發(fā)酵屬于生長耦聯(lián)型發(fā)酵， 發(fā)酵過程中產生乳酸，大量的乳酸積累一方面使發(fā)酵液的pH降低，當pH降到4. 0以下時會 對乳酸菌的生長產生嚴重的抑制作用，另一方面乳酸的積累還會發(fā)生產物抑制作用，影響 乳酸菌生長。因此，在乳酸菌發(fā)酵過程中，必須通過流加營養(yǎng)物質、調節(jié)pH值和排除代謝產 物等方法以獲得高密度的乳酸菌，其關鍵是補料策略和pH的控制。因此研究確定既可支持 乳酸菌快速生長的營養(yǎng)物質流加方式，同時又能夠保持發(fā)酵液的PH恒定控制的控制策略， 是實現乳酸菌產業(yè)化生產和生產乳酸的重要課題。 目前，雖然國內外分別有采用補料方式為乳酸菌培養(yǎng)提供營養(yǎng)物質和恒定控制pH 為乳酸菌生長提供適宜的酸堿環(huán)境的研究報道，但將恒定控制pH同步流加營養(yǎng)物質的流 加策略應用于高效培養(yǎng)乳酸菌和產乳酸的研究尚未見有文獻報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種在乳酸菌發(fā)酵培養(yǎng)過程中能夠恒定控制發(fā)酵液pH值 并同步補充糖類作為碳源的方法，以達到高效培養(yǎng)乳酸菌和生產乳酸的目的。
本發(fā)明實驗所用乳酸菌為一株自己篩選的乳酸菌USTB-08 (Lactobacillus sp. USTB-08)，將液體培養(yǎng)基加入到發(fā)酵罐中，經121°C 20分鐘的滅菌，冷卻至30-35°C
3后接種乳酸菌培養(yǎng)物；培養(yǎng)條件是發(fā)酵罐攪拌轉速200轉/分，無曝氣厭氧培養(yǎng)，溫度 25-45°C。采用pH探頭在線全自動控制流加1.0% -50% Na2C03或NaOH和10% _50%蔗糖 或葡萄糖的混合溶液，既恒定控制PH在5. 0-8. 0范圍內任何一個值，又補料乳酸菌生長所 需要的碳源，將pH控制和補料控制結合為一體完成，達到了控制簡單、操作容易和高效培 養(yǎng)乳酸菌及產乳酸的目的，具有重要的應用價值。 乳酸菌培養(yǎng)基組成如下蛋白陳10.0g，牛肉膏10.0g，酵母膏5.0g，檸檬酸二銨 2. Og，乙酸鈉5. Og，葡萄糖20. Og， MgS04 7H20 0. 58g， MnS04 4H20 0. 25g，吐溫801. OmL， 1000ml去離子水。 本發(fā)明在乳酸菌的培養(yǎng)過程中將控制pH與流加碳源結合于一體，在成功控制培 養(yǎng)物pH恒定的同時，同步流加蔗糖或葡萄糖作為碳源，不僅能夠實現乳酸菌的高密度培 養(yǎng)，而且能夠獲得大量的乳酸，具有重要的產業(yè)化應用價值。 本發(fā)明的工作原理是在乳酸菌發(fā)酵培養(yǎng)過程中，乳酸菌可以利用多種糖類進行 發(fā)酵并產生乳酸，而乳酸的產生會使培養(yǎng)物PH的快速降低，導致乳酸菌的生長受到抑制。 以1. 0% -50% N C03或NaOH和10% _50%蔗糖或葡萄糖的混合溶液作為恒定控制培養(yǎng)物 pH的流加液，在恒定控制培養(yǎng)物pH的同時，也流加了乳酸菌生長所需要的糖類，是一舉兩 得簡便易行的集PH控制和流加營養(yǎng)物質于一體的乳酸菌發(fā)酵的優(yōu)化流加戰(zhàn)略。因為乳酸 是乳酸菌發(fā)酵糖類的初級代謝產物，乳酸菌生長越快、產生的乳酸越多、PH降低越快，因此 導致用于恒定控制pH的流加堿液量越多，同步流加糖類量也越大，因此可以高密度培養(yǎng)乳 酸菌和高產乳酸。 本發(fā)明的優(yōu)點在于在乳酸菌發(fā)酵培養(yǎng)過程中，將控制pH的堿和補充乳酸菌生長 所需的碳源糖類混合作為控制PH的流加液，在通過pH探頭全自動流加恒定控制pH的同 時，同步流加補充了乳酸菌生長所需要的碳源，實現了乳酸菌的高效培養(yǎng)和乳酸的高效生 產，在工業(yè)化生產高密度乳酸菌和乳酸中具有重要的應用價值。


圖1是基于流加堿液恒定控制pH為7. 0并同步補料蔗糖培養(yǎng)和一次性將所需糖 類加入到發(fā)酵罐中只流加堿液控制pH為7.0兩種不同條件下，乳酸菌USTB-08的生長曲 線，"A"代表控制pH7.0同步流加蔗糖；"口"代表控制pH7.0—次性加入蔗糖；
圖2是基于流加堿液恒定控制pH為7. 0并同步補料蔗糖培養(yǎng)和一次性將所需糖 類加入到發(fā)酵罐中只流加堿液控制pH為7. 02種不同條件下，乳酸菌USTB-08生產乳酸的 量，"A"代表控制pH7. 0同步流加蔗糖；"口"代表控制pH7. 0 —次性加入蔗糖。
具體實施方式

實施例1 1 、乳酸菌菌種的選擇和發(fā)酵培養(yǎng)基 本發(fā)明實驗所用菌種為一株我們自己篩選的乳酸菌USTB-08 (Lactobacillus sp. USTB-08)。乳酸菌培養(yǎng)基組成如下蛋白陳10. Og，牛肉膏10. Og，酵母膏5. Og，檸檬酸二 銨2. Og，乙酸鈉5. 0g，葡萄糖20. 0g，MgS04 *7H20 0. 58g，MnS04 *4H20 0. 25g，吐溫80 l.Oml， 1000ml去離子水。
2 、乳酸菌補料分批發(fā)酵培養(yǎng) 采用50升全自控發(fā)酵罐，加入30升液體培養(yǎng)基，經121°C 20分鐘的滅菌并冷卻 至35t:后，接種300ml批量培養(yǎng)的乳酸菌作為菌種，在攪拌轉速200轉/分和溫度35。C下 進行厭氧培養(yǎng)。在培養(yǎng)物中插有pH探頭進行在線全自動流加流加液恒定控制pH為7. O，控 制pH恒定的流加液組成為200g/L Na2C03和500g/L蔗糖的混合溶液，在恒定控制pH7. 0的 同時，同步流加了蔗糖作為乳酸菌生長的碳源，培養(yǎng)4天時間后代表乳酸菌生物量的OD,， 達到了 10以上(圖l)，培養(yǎng)物中產生的乳酸含量達到了 35g/L以上(圖2)，實現了高密度 發(fā)酵培養(yǎng)乳酸菌和高產乳酸的目的，具有重要的產業(yè)化生產應用價值。
圖1是基于流加堿液恒定控制pH為7. 0并同步補料蔗糖培養(yǎng)和一次性將所需糖 類加入到發(fā)酵罐中只流加堿液控制PH為7. 02種不同條件下，乳酸菌USTB-08的生長曲線。 其中，橫坐標為時間，單位小時；縱坐標為代表乳酸菌生長的光密度值(OD,J 。由圖1中 顯示出將蔗糖一次性加入發(fā)酵罐中只流加堿液恒定控制pH條件下，培養(yǎng)4天內的0De8。n只 達到了 6. 7 ;而通過流加Na^03控制發(fā)酵液pH恒定并同步流加蔗糖，4天內代表乳酸菌生物 量的OD,，達到了 10. 2，提高了 52. 2%的乳酸菌生物量。 圖2是基于流加堿液恒定控制pH為7. 0并同步補料蔗糖培養(yǎng)和一次性將所需糖 類加入到發(fā)酵罐中只流加堿液控制pH為7. 02種不同條件下，乳酸菌USTB-08生產乳酸的 量。從圖2中可以看出，在蔗糖一次性加入發(fā)酵罐中只流加堿液恒定控制pH條件下，培養(yǎng) 4天內乳酸只達到了 24. 7g/L ;而通過流加Na^03控制發(fā)酵液pH恒定并同步流加蔗糖，4天 內乳酸濃度一直呈現上升趨勢，第4天達到了 35. Og/L，使乳酸含量提高了 41. 7%。
權利要求
一種高效培養(yǎng)乳酸菌和生產乳酸的方法，其特征在于在乳酸菌培養(yǎng)發(fā)酵過程中，采用pH探頭在線全自動控制，同時流加1.0％-50％碳酸鈉Na2CO3或氫氧化鈉NaOH和10％-50％蔗糖或葡萄糖的混合溶液，恒定控制發(fā)酵液的pH在5.0-8.0范圍內任何一個值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高效培養(yǎng)乳酸菌和生產乳酸的方法，其方法是在乳酸菌發(fā)酵培養(yǎng)過程中，通過流加1.0％-50％碳酸鈉Na2CO3或氫氧化鈉NaOH和10％-50％蔗糖或葡萄糖的混合溶液，恒定控制pH在5.0-8.0范圍內任何一個值，同時補料乳酸菌生長所需要的糖類作為碳源，既使pH得到了恒定控制，又為乳酸菌的生長提供了含碳化合物作為碳源；本發(fā)明的優(yōu)點在于將控制pH的堿和補充乳酸菌生長的碳源糖類混合溶液作為控制pH的流加液，通過pH探頭全自動流加恒定控制pH的同時，同步流加補充了乳酸菌生長所需要的碳源，實現了乳酸菌的高效培養(yǎng)和乳酸的高效生產，在工業(yè)化生產高密度乳酸菌和乳酸中具有重要的應用價值。
文檔編號C12R1/225GK101768610SQ201010120900
公開日2010年7月7日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權日2010年3月5日
發(fā)明者呂樂, 張璐, 張金燕, 徐中文, 閆海 申請人:廣東綠百多生物科技有限公司