[发明专利]一种高效培养乳酸菌和生产乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种高效培养乳酸菌和生产乳酸的方法，在工业化生产高密度乳酸菌和乳酸方面具有重要的应用价值和前景。

背景技术

乳酸菌(Lactobacillus)是一类能够利用糖类发酵产生乳酸细菌的总称。乳酸菌在自然界中的种类很多，分布极广，目前已发现200多种不同的乳酸菌种在分类学上至少划分有23个属，主要包括乳杆菌属(Lactobacillus)和乳球菌属(Lactococcus)等。乳酸菌细胞形态主要有长杆状、短杆状和圆形3种形态，均属于革兰氏阳性菌，不形成芽孢。乳酸菌是一种兼性厌氧菌，适合在氧含量低或无氧的环境下生长，对哺乳动物胃中的pH 3.0酸性环境有一定耐受性。乳酸菌对营养要求除碳源、氮源、磷源、硫源和无机盐外，还需要维生素等生长因子。

乳酸菌广泛存在于人、畜和禽的肠道，大量研究表明乳酸菌能够调节机体胃肠道正常菌群、保持微生态平衡，提高食物消化率，降低血清胆固醇，控制机体内毒素，抑制肠道内腐败菌生长繁殖和腐败产物的产生，制造营养物质，刺激组织发育，控制肿瘤发生、抗衰老和应激，是有望取代抗生素的生物制剂。此外，乳酸菌还能提高食品的营养价值，改善食品风味，提高食品的保藏性和附加值，因此日益受到人们的普遍重视。

国内外研究现状显示，乳酸菌高密度培养的方法主要有缓冲盐法、化学中和法、透析培养、细胞循环培养、膜过滤培养、补料分批培养和微囊化培养等。目前乳酸菌发酵培养主要采用补料分批培养方式，也就是根据乳酸菌生长和培养基的特点，在乳酸菌不同生长阶段以某种方式间歇地或连续地补加新鲜培养基。由于乳酸菌发酵属于生长耦联型发酵，发酵过程中产生乳酸，大量的乳酸积累一方面使发酵液的pH降低，当pH降到4.0以下时会对乳酸菌的生长产生严重的抑制作用，另一方面乳酸的积累还会发生产物抑制作用，影响乳酸菌生长。因此，在乳酸菌发酵过程中，必须通过流加营养物质、调节pH值和排除代谢产物等方法以获得高密度的乳酸菌，其关键是补料策略和pH的控制。因此研究确定既可支持乳酸菌快速生长的营养物质流加方式，同时又能够保持发酵液的pH恒定控制的控制策略，是实现乳酸菌产业化生产和生产乳酸的重要课题。

目前，虽然国内外分别有采用补料方式为乳酸菌培养提供营养物质和恒定控制pH为乳酸菌生长提供适宜的酸碱环境的研究报道，但将恒定控制pH同步流加营养物质的流加策略应用于高效培养乳酸菌和产乳酸的研究尚未见有文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在乳酸菌发酵培养过程中能够恒定控制发酵液pH值并同步补充糖类作为碳源的方法，以达到高效培养乳酸菌和生产乳酸的目的。

本发明实验所用乳酸菌为一株自己筛选的乳酸菌USTB-08(Lactobacillus sp.USTB-08)，将液体培养基加入到发酵罐中，经121℃ 20分钟的灭菌，冷却至30-35℃后接种乳酸菌培养物；培养条件是发酵罐搅拌转速200转/分，无曝气厌氧培养，温度25-45℃。采用pH探头在线全自动控制流加1.0％-50％Na₂CO₃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范围内任何一个值，又补料乳酸菌生长所需要的碳源，将pH控制和补料控制结合为一体完成，达到了控制简单、操作容易和高效培养乳酸菌及产乳酸的目的，具有重要的应用价值。

乳酸菌培养基组成如下：蛋白陈10.0g，牛肉膏10.0g，酵母膏5.0g，柠檬酸二铵2.0g，乙酸钠5.0g，葡萄糖20.0g，MgSO₄·7H₂O 0.58g，MnSO₄·4H₂O 0.25g，吐温801.0mL，1000ml去离子水。

本发明在乳酸菌的培养过程中将控制pH与流加碳源结合于一体，在成功控制培养物pH恒定的同时，同步流加蔗糖或葡萄糖作为碳源，不仅能够实现乳酸菌的高密度培养，而且能够获得大量的乳酸，具有重要的产业化应用价值。