[发明专利]高细胞密度的乳酸菌发酵方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物制品技术领域，更具体地，涉及一种高细胞密度的乳酸菌发酵方法。

技术背景

乳酸菌是动物肠道内常见的一类益生菌，它能够改善动物肠道内微生态平衡、抑制病原菌的生长、促进消化、提高人体免疫力等功效。目前以其作为有效成分的产品也是琳琅满目，因此也刺激了乳酸菌发酵工业的兴起。但目前的传统发酵工艺所生产的乳酸菌，存在菌浓度低，发酵时间长，工艺复杂，存活率低等缺点，使得发酵出来的乳酸菌成本偏高，也使得乳酸菌类产品的成本一直居高不下，成为乳酸菌发酵产业的瓶颈问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对乳酸菌发酵中的技术不足，提供一种高细胞密度的乳酸菌发酵方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种高细胞密度的乳酸菌发酵方法，包括以下步骤：

S1.构建纤维床反应器；

S2.准备培养基：将配制好的乳酸菌培养基加入到纤维床反应器内，在121℃灭菌15～20min后备用；

S3.往培养基中接入活化后的乳酸菌种子液，接种量为培养基总体积的5～10%；

S4.调节温度为30～40℃，调节pH值为6.0～6.5，进行发酵培养，并定时取样检测菌数；

S5.当菌数达到10¹⁰cfu/ml以上时停止发酵。

其中，S1.所述的纤维床反应器主要包括反应器主体，反应器主体上设置有进料口、出料口、采样口、加热系统、pH电极、温度电极，在反应器内设搅拌装置，以及固定在反应器内的纤维材料，还可以包括控制温度和pH值的控制系统。

所述纤维材料作为固定化乳酸菌细胞的载体，能够在液体发酵时大幅度提高乳酸菌细胞数量。针对乳酸菌，本发明采用植物纤维或合成纤维的一种或两种作为本发明反应器中纤维床材料，优选地，所述植物纤维包括：棉纤维、竹纤维、秸秆纤维。

优选地，所述合成纤维包括：聚酯纤维、聚酰胺纤维和聚丙烯腈纤维。

S2所述培养基为：3%的水解乳清蛋白（g/L）（食品级）、2～2.5%的葡萄糖（g/L）、0.5～1%的七水合硫酸镁（g/L）、10%的玉米浆（ml/L）,蒸馏水定容至1L。

本发明如单独使用进行序批式发酵，即可从反应器的出料口将发酵液全部排出收集进行下游处理，同时准备下一批次发酵；如单独使用进行连续式发酵，一边从反应器的出料口排出发酵液一边从反应器的进料口流加新鲜培养基，使其在保证菌数的前提下达到动态平衡，持续发酵，同时将排出来的发酵液进行下游处理。

所述生物反应器可以单独使用，也可以作为种子罐与普通生物发酵罐联合使用；如将本发明纤维床反应器作为种子罐与常规乳酸菌生产发酵用的普通发酵罐并联，发酵结束时，关闭循环泵，切断相互联通管，全部放出或部分放出生产发酵罐的菌液作下游处理；之后再填加新的发酵培养基，联通纤维床种子罐，开启循环，进行第二批发酵。

所述生物反应器优选设有自控pH、温度的控制系统系统实现自控发酵。

本发明所述的乳酸菌优选嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌、双歧杆菌、屎肠球菌或嗜热链球菌中的一种或多种，采用多菌种时，混合的比例不做严格要求。

采用传统的乳酸菌发酵方法，菌数浓度低，发酵时间长，工艺复杂，存活率低。

纤维床反应器虽然已有报道，但都只能应用于发酵生产乙酸或丙酸，未见应用于乳酸菌发酵，主要的原因是：乳酸菌容易退化和失活，而且产生的乳酸一旦积累到一定的浓度就会反馈抑制乳酸菌菌体细胞的生长繁殖，从而使得菌体细胞数量很难提高，这些技术难题没有找到有效合理的方法解决。

高质量、高效率的有益菌生产离不开高性能的发酵罐支持。本发明成功将纤维床反应器技术应用于乳酸菌发酵，主要是从这几个方面进行了改进和优化：

第一，本发明通过不断分析总结，针对乳酸菌提供了特定的纤维床材料，主要包括植物纤维或合成纤维，植物纤维包括棉纤维、竹纤维、秸秆纤维三种。合成纤维包括聚酯纤维、聚酰胺纤维和聚丙烯腈纤维三种；

第二，优化了培养基成分，现有技术通常采用脱脂复原乳作为培养基组分，本发明采用水解乳清蛋白和玉米汁作为培养基主要组分，并精确限定各组分之间的合理比例，在新的纤维床和培养基结合条件下，为乳酸菌提供适宜的发酵环境；