基于pH下降速率的反馈补料策略高密度培养保加利亚乳杆菌NQ2508

保加利亚乳杆菌是酸奶发酵剂和益生菌制剂的重要菌种,其高密度培养对于提高菌种在应用产品生产中的效率具有重要的现实意义。葡萄糖浓度和发酵pH是影响保加利亚乳杆菌生长的关键因子,底物葡萄糖被转化为细胞菌体和主要代谢产物乳酸,探究葡萄糖消耗速率与表征乳酸生成的发酵pH下降速率的关系,是研究保加利亚乳杆菌代谢流方向的重要方法。该实验通过培养基组成和培养条件对保加利亚乳杆菌生长的影响进行研究,同时对葡萄糖消耗速率-pH降低速率相关模型研究,并基于底物质量守恒定律建立了一条基于pH下降速率的保加利亚乳杆菌高密度培养的反馈补料发酵策略。通过化学中和法控制发酵pH为6.0~5.0,基于pH下降速率进行反馈补料将葡萄糖质量浓度控制在8~2 g/L,发酵液的活菌数达到3.6×10^(9)CFU/mL,是批次分批培养的2.4倍。该策略的应用结果为提高保加利亚乳杆菌的工业化生产效率提供参考。

益生菌Lactobacillus casei Zhang高密度发酵中试工艺及动力学研究

在益生菌L.caseiZhang高密度培养小试(3L)基础上,进行30L到150L逐级放大中试生产工艺的研究以确定规模化生产工艺。在优化的发酵工艺下,150L规模发酵菌体密度可达2.9×1010cfu/mL,与小试水平无差异。采用origin7.5软件在logistic equation基础上建立L.caseiZhang的生长和葡萄糖代谢动力学模型,模型与试验值拟合良好,平均误差小于10%,能够较好地反应发酵过程。初步探讨发酵后菌体的离心和冷冻干燥过程对菌体的影响,虽然发酵液经离心收集菌体后冷冻干燥可得到平均活菌数2.65×1011cfu/g的菌粉,能够满足益生菌制剂和发酵剂对高活菌数的要求,但冻干前后活菌得率仅49.97%。有必要针对L.casei Zhang的冻干保护剂和冻干工艺进一步优化,以提高菌体存活率得到更高菌体浓度的益生菌粉。

保加利亚乳杆菌高密度培养的初步研究

对培养保加利亚乳杆菌的基础培养基进行优选,确定为基础MRS培养基。然后优化培养条件:发酵时间为12h,起始pH为6.4,发酵温度为37℃。培养基:MRS培养基+7.5%番茄汁+12%麦芽汁+5%海带汁+ 2%乳清。通过正交试验证明,保加利亚乳杆菌菌体浓度可达到1.0×10^(12) cfu/mL。

乳酸菌发酵剂高密度培养的研究

研究了乳酸菌生长繁殖的环境条件(温度、接种量、起始pH等)和培养基组成(氮源、碳源、缓冲盐等),优化确定了乳酸菌发酵剂的适宜培养条件为:起始pH值为6.5,培养温度为37℃,培养基配比为麦芽糖∶乳糖(1∶1)2%、牛肉膏1.0%、缓冲盐A0.5%、NaCl0.25%、MgSO40.1%,接种量4%,进一步探索了半连续法进行高密度培养,结合优化的培养条件,可使乳酸菌的液体发酵活菌密度至1.1×1012CFU/mL。

基于响应曲面法的微囊化保加利亚乳杆菌高密度培养条件优化

采用响应曲面法对微囊化保加利亚乳杆菌FMG-4高密度培养的培养基组成和培养条件进行优化,结果表明:最佳培养基配方为:在MRS培养基中添加乳清粉97.15 g/L、大豆蛋白粉10.00 g/L、酵母粉7.55 g/L、碳酸钙8.03 g/L、硫酸镁0.30 g/L、硫酸锰0.02 g/L。最优培养条件为:培养温度41.7℃、初始pH 6.9。此时保加利亚乳杆菌FMG-4细胞菌密度可达到3.18×1011 CFU/g。

嗜酸乳杆菌高密度培养及发酵剂的研究

研究了嗜酸乳杆菌的高密度培养条件,并使用喷雾干燥法对嗜酸乳杆菌粉末发酵剂进行了制备。实验表明,嗜酸乳杆菌6012的最佳增菌培养基为:乳清培养基+06.%(w/v)低聚异麦芽糖+06.%(w/v)黄豆粉+10%(v/v)胡萝卜汁+05.%(w/v)CaCO3。在培养过程中使用20%柠檬酸钠调节培养基pH值为62.,37℃静置培养18 h,活菌数可达10.×109cfu/mL。以0.5%甘油+0.5%葡萄糖+3%大豆分离蛋白+2%海藻酸钠作为抗热保护剂,菌体经过喷雾干燥,其发酵剂活菌数为80.×108cfu/g。

益生性植物乳杆菌C88的高密度培养条件优化研究

以MRS为基础培养基，对培养基的碳氮源和培养条件进行了优化，确定了植物乳杆菌C88优化培养基的配方为：果糖10g／L,葡萄糖20g／L，大豆蛋白胨26．66g／L，酵母浸粉13．33g/L，柠檬酸钠5g／L，无水乙酸钠5g／L，KMP042g／L，MgS04O2g／L，MnSO40．05g/L，吐温801．0mL／L。另外对植物乳杆菌C88高密度培养条件进行了优化，结果表明，植物乳杆菌C88在35℃条件下，同时流加20％的Na2CO3使发酵液pH值保持6．0-6．5，静止培养16h后，活菌数可达9．3×10^10mL^-1，本研究为植物乳杆菌C88冻干直投式发酵剂的制备奠定了基础。

直投式酸奶发酵剂高密度培养工艺的研究

以实验室筛选获得的适于发酵生产用的直投式酸奶发酵剂菌株组合保加利亚乳杆菌L.b-23和嗜热链球菌S.t-14为材料,对其高密度培养工艺进行了研究。结果发现,按球菌:杆菌=1:1的混合培养比例,pH6.6～6.8,转速85～100r/min,42℃培养18h后,活菌数达到1.27×109cfu/mL;菌悬液经1.8%海藻糖、0.25%甘油、5.5%谷氨酸钠和0.5%吐温80保护剂处理,冷冻干燥后获得的发酵剂活菌数达到3.35×1011cfu/g。

罗伊氏乳杆菌LT018高密度培养生长因素的研究

罗伊氏乳杆菌LT018是经过筛选的源自巴马百岁老人粪便中的优良益生菌株。为优化出适合其高密度生长的培养基,本研究以TPY为基础培养基,采用单因素方法确定增值培养基的成分为胰蛋白胨、酵母粉、麦芽糖、柠檬酸、柠檬酸钠、西红柿汁和L-半胱氨酸。采用Plackett-Burman实验设计方法得出胰蛋白胨、柠檬酸和L-半胱氨酸对菌株LT018的生长影响显著,继而进行最陡爬坡实验,通过RSM确定显著因子的最优组合为:胰蛋白胨含量12.13 g/L,柠檬酸0.4 g/L,L-半胱氨酸0.6 g/L。在上述培养基的基础上,利用单因素方法确定培养最佳条件为:接种量为4%,温度为37℃,初始p H为7.0,静置培养。此时该菌株的活菌数可达到7.13×1010cfu/m L,是未优化前的10.7倍。

乳酸杆菌半连续式高密度培养的研究

研究了乳酸杆菌的半连续高密度培养,探讨更换新鲜培养基对菌体浓度、解除代谢产物抑制等的影响,结果表明,经3次培养后菌体浓度达到9.3×1012cfu/mL。并对3次培养过程进行动力学分析,设计了培养-分离耦合生物反应器,用于恒浊连续高密度培养。

干酪乳杆菌增殖培养基的优化研究

为了提高干酪乳杆菌培养液单位体积的菌数,以MRS肉汤培养基为基础培养基,采用单因素试验和Box-Benhnken试验优化增殖培养基组成。单因素试验结果表明:干酪乳杆菌培养基的最佳碳源为葡萄糖和乳糖质量比为1∶1的混合糖,最佳氮源为酵母提取粉,最佳生长因子为黄豆浆。响应面试验得到最佳添加量为混合糖3.77%,酵母提取粉1.49%,黄豆浆3.96%。在该增殖培养基中培养24h得到培养基活菌数为2.81×1012 CFU/mL,比优化前提高了8.21倍。

干酪乳杆菌LZ183E高密度培养条件优化

为提高干酪乳杆菌LZ183E在发酵培养液中的菌体密度,首先通过在不同温度下培养菌株,测定48 h内菌液的OD600 nm值并作出生长曲线,得到菌株最适培养温度为37℃、接种时间为16 h及收获时间30 h。随后通过单因素试验和正交试验优化,探究不同碳源、氮源、生长因子、初始pH值以及接种量对菌株LZ183E活菌数和OD600 nm值的影响。结果表明,菌株LZ183E的最佳培养条件为葡萄糖25 g/L、酵母膏20 g/L、南瓜汁24 g/L、初始pH 6.5以及接种量2%。此优化条件下,干酪乳杆菌LZ183E的活菌数对数值达到了9.20±0.04,满足高密度培养要求,并且比原始MRS培养基活菌数对数值(8.12±0.06)高出一个数量级,为干酪乳杆菌LZ183E的冻干保护提供了足够的活菌数。

植物乳杆菌Zhang-LL高密度发酵的研究

本试验旨在通过优化培养条件提高植物乳杆菌Zhang-LL发酵培养液中的菌体浓度,为获得高活菌数的益生菌产品奠定基础。对植物乳杆菌的发酵培养基中的氮源进行单因素筛选,选取501油菜籽蛋白胨作为MRS培养基的替代氮源。基于优化的培养基成分,采用单因素及4因素3水平L9(34)正交试验优化发酵条件,确定最优发酵条件为;501油菜籽蛋白胨含量为3.0%、温度34℃、p H 6.5、接种量7%,发酵罐流加15%Na2CO3,转速为150 r/min;在此优化条件下,发酵液活菌数可达1.07×1010CFU/m L。

不同中和剂对植物乳杆菌LP-C冻干菌粉制备的影响

研究了氨水(NH_3·H_2O)、氢氧化钠(NaOH)及碳酸钠(Na_2CO_3)作为发酵中和剂对植物乳杆菌LP-C(以下简称LP-C)冻干菌粉制备的影响。研究中对高细胞密度培养过程中的活菌数、碱液消耗速率、细胞长度及冻干过程中的冻干存活率等参数进行了监测。结果表明:(1)在高细胞密度培养阶段,使用Na_2CO_3作为中和剂时,培养终点活菌数最高,可达到(1.31±0.08)×10^(10)CFU/m L;各实验组碱液消耗速率变化趋势基本一致,均是在培养前期0~6 h快速增长,之后逐步下降;各实验组菌体长度均随培养时间推移逐渐减小,至培养终点,Na_2CO_3实验组细胞长度最小,为(1.05±0.13)μm;(2)在离心、冻干后,Na_2CO_3实验组获得的冻干菌粉活菌数最高,为(5.17±0.27)×10^(11)CFU/g,冻干存活率最高,为(89.31±0.74)%。由此可以得出,Na2CO3更合适作为中和剂应用于LP-C冻干菌粉的制备,碱液消耗速率可作为判断LP-C生长情况的间接指标,较小的细胞形态更利于提高培养液活菌数和冻干存活率。

植物乳杆菌Lp-2的高密度发酵

高密度培养植物乳杆菌是制作其发酵剂的重要环节。首先,研究了不同的溶氧和pH对植物乳杆菌的分批发酵的影响。在分批发酵的基础上,为进一步提高发酵液中的菌体浓度,进行了补料分批发酵实验。最终通过对蔗糖反馈补料发酵试验对比改造获得了pH反馈补料发酵工艺。此发酵补料工艺可以控制蔗糖残糖量始终处于较低的水平,因此获得了最高的菌体产量。菌体干重达到13.56g/L,较分批培养提高90.05%。

戊糖乳杆菌高密度培养技术

以MRS培养基为基础,优化培养条件和培养基成分,采用补料分批培养法进行戊糖乳杆菌的高密度培养。最佳培养条件是:接种量3%,pH 6.5,培养时间20 h。最佳培养基成分:蛋白胨1.5%,葡萄糖2%,缓冲盐磷酸氢二钾1%,以0.15%VB5或0.5%谷酰胺酸为生长因子。优化的补料策略是:补料的碳氮源比2∶1.5,补料总量7.5%,即初始补料2.5%,4 h和8 h后各补料2.5%,得到的活菌数2.36×109CFU/mL,为常规培养的5倍。

直投式酸奶发酵剂高密度培养条件的优化

以试验室筛选出的性状优良的保加利亚乳杆菌L7和嗜热链球菌KLDS3.1014作为直投式酸奶发酵剂的原料菌,并确定高密度培养的最佳条件。结果可知,在3.7 L瑞士Bio-自动发酵罐中进行培养,利用响应面法优化可确定高密度发酵培养的最佳条件,其混合比例为球菌︰杆菌=1︰1,搅拌速度为90 r/min,发酵pH为6.40,发酵的最佳温度是42.12℃,接菌量为2.99%,培养8 h后,活菌数达到2.62×109 cfu/mL,菌液经冷冻保护剂处理,冷冻干燥后得到的发酵剂含活菌数达到7.51×1010 cfu/g。