不同生長因子對植物乳桿菌固體發酵的影響

邴狄祥 張琳 郭世堂 劉利利

摘 ?????要：根據不同生長因子的促生長效果，研究了沸石粉、麥飯石、番茄汁、菊粉對提高植物乳桿菌固體發酵終點益生菌數量的影響。試驗結果說明：在復合生長因子番茄汁和菊粉添加量分別為1%、0.5%時，終點益生菌數量最高為137×10⁸ cfu/g，是對照組的6.5倍，是分別單獨添加時的2倍左右，實現了植物乳桿菌固體發酵的高密度培養，為下一步的低溫烘干制取高活性菌粉打下了基礎。

關 ?鍵 ?詞：生長因子;沸石粉;番茄汁;菊粉;高活性

中圖分類號：TQ921.1 ???????文獻標識碼：?A ??????文章編號： 1671-0460（2020）01-0212-04

Effect of Different Growth Factors?on Solid Fermentation

of Lactobacillus Plantarum

BING?Di-xiang， ZHANG?Lin， GUO?Shi-tang， LIU?Li-li

（COFCO Biotechnology Co.， Ltd.， Anhui Bangbu?233010， China）

Abstract： According to the growth promoting effect of different growth factors， the effect of zeolite powder， medical stone， tomato juice and inulin on increasing the number of terminal probiotics of Lactobacillus plantarum in solid fermentation was?studied. The results showed that，when?the dosages of compound growth factor tomato juice and inulin were 1% and 0.5%， respectively， the maximum number of terminal probiotics was 137×10⁸ cfu/g， which was 6.5 times as much as that of control group， and about 2 times as much as that of single addition. The high-density culture of Lactobacillus plantarum solid fermentation was realized， which laid a solid foundation for next low-temperature drying to produce high-activity bacterial powder.

Key words：?Growth factor;?Zeolite; Tomato juice;?Inulin;?High activity

植物乳桿菌是一類革蘭氏陽性乳桿菌，在自然界中廣泛存在，厭氧或兼性厭氧，菌種為直或彎的桿狀，單個、有時成對或成鏈狀，最適pH 6.5左右，屬于同型發酵乳酸菌（圖1）。

植物乳桿菌可以產生細菌素、有機酸、雙乙酞、過氧化氫等多種天然抑菌物質，具有平衡腸道內菌群，提高免疫力，促進營養吸收等功能^[1]。我國農業農村部第105號公布的允許使用的飼料添加劑品種目錄中，飼料級微生物添加劑有12種，植物乳桿菌是其中一種。在飼料中添加植物乳桿菌菌劑，其能通過競爭性抑制作用在胃腸道內占位、定植，抑制致病菌對胃腸道侵害，不僅可以改善動物腸道生態，還可以用于飼料的防腐，是目前公認的具有潛在開發價值的天然生物性防腐劑^[2，3]。

本文試圖從不同生長因子特有的促生長功能出發，以篩選出最佳生長因子及其最適添加量。各促生長因子主要功能如下：

沸石粉：硅鋁酸鹽礦物，可以很好地平衡pH值，同時含有離子狀態的常量元素和大部分微量元素，易于吸收。

麥飯石：麥飯石是一種高效無毒的藥物礦石，含有多種對生物生長發育有益的常量元素、微量元素以及被稱作動物生長調節劑的稀土元素和微量氨基酸^[4]。

番茄汁：番茄含有多種活性物質，?如維生素C、黃酮、多酚、番茄紅素、有機酸、氨基酸、礦物質、類胡蘿卜素和維生素等^[5]。

菊粉：水溶性膳食纖維，可刺激微生物代謝產生短鏈脂肪酸，對益生菌的生長起到一定的促進作用^[6]。

1 ?實驗部分

1.1 ?材料

1.1.1 ?菌種與培養基

菌種：中糧生物科技股份有限公司保存菌種。

MRS培養基：蛋白胨10.0 g，吐溫80 1.0 mL，牛肉提取物10.0 g，檸檬酸氫二銨2.0 g，葡萄糖5.0 g，乙酸鈉5.0 g，酵母提取物5.0 g，MgSO₄·7H₂O 0.2 g，MnSO₄·H₂O 0.05 g，K₂PO₄?2.0 g，配成1 000 mL的溶液，用NaOH調pH值至6.5，121 ℃，滅菌20 min。

MRS固體培養基： 蛋白胨10.0 g，吐溫80 1.0 mL，牛肉提取物10.0 g，檸檬酸氫二銨2.0 g，葡萄糖5.0，乙酸鈉5.0 g， 酵母提取物5.0 g，MgSO₄·7H₂O 0.2 g，MnSO₄·H₂O 0.05 g，K₂PO₄?2.0 g，瓊脂16 g，配成1 000 mL的溶液，用NaOH調pH值至6.5，121 ℃，滅菌20 min。

1.1.2 ?儀器與設備

AB204-S電子分析天平、YX600W臥式全自動高壓滅菌鍋、海德雙人單面超凈工作臺、722型分光光度計、LRH-150電熱恒溫生化培養箱、XH-C旋渦混合器、Seveneasy臺式pH計、Innova43往復式搖瓶柜。

1.2 ?方法

1.2.1 ?液體種子培養

將保存在超低溫冰箱中的植物乳桿菌提前0.5 h自然解凍活化，之后按照4%接種量接種于121?℃、20?min滅菌，冷卻至室溫的MRS培養基中，37 ℃靜止培養，測種子液pH、OD值和13 h后益生菌數量^[7]。

（1）菌液OD₆₀₀值的測定

將培養好的菌液，轉速為6 000 r/min（4 ℃），離心10 min，收集菌體，生理鹽水洗滌2次，懸浮于等體積生理鹽水，取樣稀釋26倍后，于波長600 nm處測定OD值。

（2）益生菌數量的測定

采用稀釋平板計數法，取1 mL菌液以10倍依次遞增稀釋至適宜稀釋度，選擇3個合適稀釋度，各取1 mL稀釋液于空的無菌培養皿中，各傾注15 mL已溶化并冷卻至45 ℃左右的培養基，立即放在桌上混勻，每個稀釋度做3個培養皿，凝固后倒置于37 ℃培養24h取出記錄菌落數。

具體操作嚴格按照GB4789.35—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》執行。

1.2.2 ?固體發酵基礎培養基配制

將麩皮、玉米芯粉、稻殼粉分別粉碎過60目篩后，按麩皮∶玉米芯粉∶稻殼粉=1∶2∶2混合均勻。玉米漿、葡萄糖、大豆蛋白胨及磷酸氫二鉀加水溶解后與上述固體原料再次混合均勻，加水至45%水分， 用NaOH調pH值至6.5后得到基礎培養基。

1.2.3 ?促生長因子的篩選

采用單因素多水平試驗設計，將沸石粉、麥飯石、番茄汁、菊粉分別按0.5%、1.5%的添加量加入基礎培養基中得到固體發酵培養基，121?℃、20?min滅菌，冷卻至室溫，接種10%的液體種子，同時做空白對照試驗，空白對照組不加促生長因子。以相同周期的活菌數作為評價指標，篩選出具有明顯增殖效果的生長因子（圖2）^[8]。

1.2.4 ?復合生長因子添加量的確定

將篩選得到的兩種增殖效果最好的生長因子按不同配比加入基礎培養基中，進行固體發酵試驗，運用方差分析，以相同周期的活菌數作為評價指標，篩選得到復合促生長因子的最適添加量。

2 ?結果與分析

2.1 ?種子培養周期確定

從圖3可以看出，液體種子培養16～17 h時pH降至4.0以下，之后緩慢降低;OD值達到最大值后基本保持穩定狀態，可認為菌體生長進入穩定期。

由圖4益生菌數量變化趨勢可以看出，液體種子培養至16～17 h時，益生菌數量在45×10⁸ cfu/g左右且趨于穩定，結合圖1可認為此時種子到達穩定期，下步試驗可選取對數生長后期或穩定期前期的液體種子接種發酵，即液體種子培養14～17 h。

2.2 ?促生長因子的初步篩選

從表1可以看出，不同促生長因子對固體發酵的影響存在著周期上的明顯差異。

具體促生長表現為：

沸石粉和麥飯石在80 h全發酵周期內對益生菌增殖的促進作用表現平穩，其中沸石粉添加組略好于麥飯石添加組，0.5%、1.5%的添加比例對發酵益生菌數量增殖影響不顯著，80 h時益生菌數量最高為對照組的1.7倍;

番茄汁添加組發酵前期益生菌數量較對照組增殖明顯，48～64 h后趨于穩定，80 h時益生菌數量最高為對照組的3.4倍;

菊粉添加組發酵前期益生菌數量較對照組無明顯提高，48 h后開始增殖較為迅速，至80 h時仍在快速增殖，最高為對照組的3.1倍。

利用Minitab進行單因素方差分析發現，沸石粉、麥飯石與空白組對照相比，P值分別為0.212和0.073，均大于0.05，故認為兩者對終點益生菌數量影響不顯著。而番茄汁和菊粉的P值分別為0.017和0.039，小于0.05，可認為番茄汁和菊粉相對空白對照組對終點益生菌數量影響都極為顯著。鑒于此，下步復合促生長因子試驗時擬采用番茄粉和菊粉的組合，同時將發酵周期延長至96 h（表2、圖5-6）。

2.3 ?復合促生長因子添加量的確定

從表3可以看出，96 h時益生菌數量最高可達166×10⁸ cfu/g，基本同80 h時的益生菌數量持平，故可認為固體發酵80 h時已達發酵終點，此時益生菌數量最高為165×10⁸ cfu/g，可結束發酵，經低溫烘干、粉碎后制取植物乳桿菌菌粉。

利用Minitab進行方差分析發現，不同添加量情況下番茄粉和菊粉P值分別為0.001和0.011，均小于0.05，作為促生長因子兩者對終點益生菌數量影響顯著，這同單因子方差分析結果保持一致。而兩者交互作用時的P值為0.776，大于0.05，可認為兩者交互作用不存在（表4）。

由主效應圖（圖7），進一步分析可得知，番茄汁和菊粉添加量均為1.5%時，為該組合效應的最佳水準。但由于兩者交互作用不顯著，此時不設定最佳水準。最終選取番茄粉、菊粉的添加量分別為1.0%、0.5%時，在生產成本不明顯增加的前提下，又可獲得較高的終點益生菌數量，80 h時益生菌數量可達137×10⁸ cfu/g，為對照組的6.5倍。

3 ?結論

通過不同促生長因子對植物乳桿菌發酵的影響，得出試驗使用的4種促生長因子對固體發酵都有不同程度的增殖作用，并進一步采用對固體發酵增殖效果最好的番茄汁和菊粉作為復合促生長因子，在綜合考慮生產成本和終點益生菌數量的情況下，在基礎培養基中添加1.0%番茄粉、0.5%菊粉時，終點益生菌數量最高可達到137×10⁸cfu/g，是對照組的6.5倍，是分別單獨添加時的2倍左右，實現了植物乳桿菌固體發酵的高密度培養，為下一步的低溫烘干制取高活性菌粉打下了堅實的基礎。

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