試析高密度增殖的植物乳桿菌發(fā)酵條件

【摘 要】現(xiàn)如今，我國在微生態(tài)制劑的研究和開發(fā)中已經(jīng)取得了明顯的成效。為了研究植物乳桿菌的增值發(fā)酵的具體條件，本文主要通過實驗的方式來進行研究。首先是采用一定的方法來對植物乳桿菌發(fā)酵的培養(yǎng)基進行改進和優(yōu)化，通常情況下都是采用單因素的方式。然后，對培養(yǎng)工藝進行深入探討。通過此次試驗，可以證明，在蔗糖、酵母膏或者是蛋白胨等濃度和數(shù)量達到相應標準的時候，可以得到大量的植物乳桿菌。說明，這種方式具有一定的現(xiàn)實意義。可以得到廣泛地推廣和應用。

【關鍵詞】植物乳桿菌；發(fā)酵劑；高密度培養(yǎng)

所謂的植物乳桿菌就是存留在人體的腸胃中，經(jīng)過新陳代謝可以產(chǎn)生一定的有機酸或者是雙氧水等多種物質(zhì)。這些物質(zhì)的最大功能就是抑菌。因此可以有效地促進人體營養(yǎng)成分的吸收，同時可以有效地調(diào)節(jié)腸道的細菌的協(xié)調(diào)，進而增強人體的免疫力，強健身體。另外，植物乳桿菌在工業(yè)領域也有所設計，主要是在飼料工業(yè)中還取得了較為突出的成效，在國內(nèi)外都得到了較為廣泛的應用。我國的一些專家和學者也對植物乳桿菌進行了多年的研究。在營養(yǎng)工業(yè)的發(fā)展中，應用植物乳桿菌主要是為了使得乳酸的發(fā)酵處于一定的主導位置，降低酸堿中和度，達到了提升飼料成分的營養(yǎng)價值的目的。但是在實際的研究和探討的過程中，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌對于碳氮源提出了較高的要求。多以進行植物乳桿菌的培養(yǎng)具有一定的難度。

1.材料和方法

1.1材料

在進行植物乳桿菌配置的過程中，所需要的材料種類多樣。其中包括相應的植物菌種，主要的實驗儀器和設備，另外，培養(yǎng)基也是必不可少的，還有種子培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基等等。接下來，筆者就對這些設備進行簡要的介紹和分析。

第一，菌種。菌種是整個實驗中最為重要的一個組成部分，但是由于植物菌種受到外界條件的影響極大，因此，需要實驗室進行提供。同時要有實驗室進行保存，不能使得菌種出現(xiàn)任何差錯，這樣才能保證整個實驗數(shù)據(jù)和結(jié)論的正確性和科學性。

第二，儀器設備。儀器設備是實驗的載體，因此，需要對實驗設備加強重視。一般情況下，需要有微波爐，生化培養(yǎng)箱或者是高壓蒸汽鍋以及離心機等。這些設備在試驗中的應用次數(shù)較多，而且一旦儀器設備出現(xiàn)任何紕漏都會影響到實驗的結(jié)構。所以這些設備多由國內(nèi)國際知名的廠家生產(chǎn)。

第三，培養(yǎng)基。培養(yǎng)基的種類繁多，其中斜面保藏培養(yǎng)基以及種子培養(yǎng)基是較為常見的。其中斜面保藏培養(yǎng)基中包含標準量的葡萄糖、酵母粉或者是碳酸鈣以及瓊脂等。將這些成分進行混合，形成保藏培養(yǎng)基，這就使得酸堿中和指數(shù)被控制在中性弱酸的范圍內(nèi)。種子培養(yǎng)基中的成分更多，而且所占的比重卻相對較少。其中較為重要的主要有葡萄糖、酵母膏以及蛋白胨。和種子培養(yǎng)基相同，發(fā)酵培養(yǎng)基也是一種成分較多，數(shù)量較大的培養(yǎng)基。

1.2方法

要想獲得植物乳酸菌的發(fā)酵條件，需要采用科學合理的制備方法。在進行種子的制備實驗時，需要將其放置在種子培養(yǎng)基中，在保證30℃左右的溫度狀態(tài)下，培養(yǎng)半個月。在此過程中，需要專業(yè)的人員進行照看，要保證種子的生長狀態(tài)不會受到破壞。如果溫度不夠或者是時間不夠，都會影響種子的制備，因此要加強重視。

在整個實驗的過程中，發(fā)酵培養(yǎng)基也是一個重要因素，對其進行優(yōu)化也具有一定的可行性，因此，需要將少量的種子放置在發(fā)酵培養(yǎng)基中。對于溫度和時間的要去都要高于種子的制備。同時還要對發(fā)酵液的指標進行測定。

對于發(fā)酵罐來說，保證其內(nèi)部壓力，使得酸堿指數(shù)達到相應的標準也是不容忽視的。對于發(fā)酵條件來說，要將接種量和發(fā)酵溫度控制在標準的范圍內(nèi)，一般來說，接種量不能大于12%，溫度要控制愛32℃之內(nèi)。要使其處于不通氣的狀態(tài)。實驗人員需要每個兩個小時就對相應的數(shù)據(jù)和指標進行檢測。如果出現(xiàn)了實驗因素的異常狀況要及時對裝置進行改進，恢復實驗條件。

另外兩個重要的實驗步驟就是對活菌和PH值進行計算。而且方式也較為簡單，主要就是對發(fā)酵液進行稀釋，然后均勻地涂在培養(yǎng)基上面，要合理可控制稀釋的數(shù)量和次數(shù)，所需時間會相對較長，實驗人員要極具耐心。PH值的測定主要是采用精密程度較高的儀器就可以直接進行檢測，方便快捷。

2.結(jié)構與分析

2.1對植物乳桿菌增殖培養(yǎng)基的優(yōu)化

第一，碳源不同，植物乳桿菌的增殖程度也不同。眾所周知，碳源是培養(yǎng)基的重要組成部分，也是構成物質(zhì)的基礎和關鍵。如果碳源的數(shù)量合適，就會促進乳桿菌的吸收和利用。從而節(jié)省了大量的能量，有利于菌體生長，反之，植物乳桿菌吸收和利用碳源時要消耗大量的能量，不利于植物乳桿菌的增殖。用6種常見碳源分別代替基礎培養(yǎng)基中的碳源進行試驗。結(jié)果表明麥芽糖是最佳碳源。

第二，不同氮源對植物乳桿菌增殖的影響。干細胞中氮含量僅次于碳和氧，氮是組成核酸和蛋白質(zhì)的重要元素，對微生物的生長發(fā)育有重要作用。實驗采用常用無機氮源和有機氮源代替基礎培養(yǎng)基中的氮源進行實驗。結(jié)果表明：酵母膏為最佳無機氮源，蛋白胨、牛肉膏作為有機氮源都有較高的菌體產(chǎn)量，而且，使用有機混合氮源作為氮源植物乳桿菌的產(chǎn)量普遍高于單獨使用有機或無機氮源。這可能是因為植物乳桿菌不能有效利用無機氮源，必須吸收利用多種有機氮源中的氨基酸和生長因子。考慮到成本因素，選用酵母膏和蛋白胨作為植物乳桿菌增殖氮源。

第三，蛋白胨與酵母膏之比對植物乳桿菌增殖的影響。蛋白胨的氮元素含量比較高，而酵母膏含有大量的對植物乳桿菌增殖有利的多種氨基酸和生長因子。因此，只有兩者按一定的比例混合，才能充分利用兩者的成分，達到植物乳桿菌增產(chǎn)的目的。實驗維持氮源總質(zhì)量不變，采用不同的蛋白胨與酵母膏之比的氮源代替基礎培養(yǎng)基中的氮源進行實驗。蛋白胨與酵母膏之比1：2時對植物乳桿菌的增殖最佳。

第四，常見乳酸菌促生長物質(zhì)對植物乳桿菌增殖的影響。植物乳桿菌增殖不僅需要大量的碳氮源，而且需要一些微量元素來促進其增長。參照MRS培養(yǎng)基中的促生長物質(zhì)以及濃度加入上述優(yōu)化的培養(yǎng)基中進行試驗。結(jié)果表明：硫酸錳促生長最為顯著，其次依次為Tween80，乙酸鈉，檸檬酸氫二銨，硫酸鎂。硫酸鐵對植物乳桿菌增殖作用不大，可能與加入的氮源中含有微量的鐵離子有關。

2.2植物乳桿菌增殖發(fā)酵進程曲線的測定

在最佳增殖發(fā)酵條件下進行搖瓶發(fā)酵，從接種開始每隔2h測定其發(fā)酵液的OD540、殘?zhí)恰０l(fā)酵過程的前6h發(fā)酵液中菌體濃度和殘?zhí)菨舛榷紱]有太大變化，菌體生長處于停滯期。此后菌體開始生長，蔗糖消耗速度加快，在6～27h，生物量迅速增值，27h達到最大，27h以后隨著營養(yǎng)物質(zhì)的大量消耗和菌體的衰老自溶生物量略有減少。

3.結(jié)論與討論

通過試驗優(yōu)選出來的培養(yǎng)基、酵母膏和蛋白胨要求含量較高，二者可能含有能促進菌體生長需要的生長因子。蔗糖量適中，說明植物乳桿菌對蔗糖分解代謝產(chǎn)物敏感，大量的乳酸等代謝產(chǎn)物將限制其增殖。搖瓶培養(yǎng)比原始發(fā)酵配方提高了植物乳桿菌的產(chǎn)量，結(jié)果計算出最優(yōu)發(fā)酵配方使發(fā)酵產(chǎn)量比原始配方提高了7.76倍，基本達到了工業(yè)生產(chǎn)的要求。在3t發(fā)酵罐上進行中試試驗，OD540達到22.3，菌重量為5.2g/L以上，干菌體收率為5.25%，活菌數(shù)達到9.6×109CFU/mL。試驗優(yōu)化的植物乳桿菌增殖發(fā)酵具有：厭氧發(fā)酵能量消耗小，生產(chǎn)周期短，易于放大，獲得干菌容易。說明此工藝生產(chǎn)完全可以作為青貯飼料乳酸發(fā)酵劑的生產(chǎn)工藝。但是，經(jīng)過分批補料發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌的濃度還有進一步提高的空間。

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