[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于離子交換的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410156230.7
• 申請(qǐng)日: 2014-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104031857A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳衛(wèi);崔樹(shù)茂;張灝;趙建新;田豐偉;王剛;張秋香;范大明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C12N1/20
• 分類(lèi)號(hào): C12N1/20;C12R1/245;C12R1/46;C12R1/25;C12R1/225;C12R1/01
• 代理公司: 北京愛(ài)普納杰專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 何自剛;王玉松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于離子交換的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，屬于微生物發(fā)酵工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

乳酸菌作為改善人體腸道菌群和人類(lèi)身體健康的益生菌，越來(lái)越得到國(guó)際學(xué)術(shù)領(lǐng)域和大眾消費(fèi)者的認(rèn)可。乳酸菌發(fā)酵乳制品、含活菌飲料、益生復(fù)合菌劑、直投發(fā)酵劑等乳酸菌制品在市場(chǎng)上隨處可見(jiàn)，并深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)。但是，乳酸菌生長(zhǎng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生乳酸、乙酸等有機(jī)酸，H⁺和酸根的積累是限制乳酸菌培養(yǎng)達(dá)到高密度的主要因素。

過(guò)去幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者圍繞提高乳酸菌的活菌量開(kāi)發(fā)了多種高密度培養(yǎng)方法，包括：優(yōu)化培養(yǎng)基組分及培養(yǎng)條件，中和培養(yǎng)，透析培養(yǎng)，補(bǔ)料分批培養(yǎng)，連續(xù)培養(yǎng)，膜過(guò)濾培養(yǎng)等。但是培養(yǎng)基無(wú)論進(jìn)行何種優(yōu)化，均解決不了乳酸菌培養(yǎng)過(guò)程中酸的積累，此法對(duì)提高乳酸菌的活菌量效果并不顯著；中和培養(yǎng)雖然通過(guò)添加堿液，消除了H⁺的抑制，但是酸根的積累和鹽離子的引入，使培養(yǎng)液的滲透壓逐漸升高，限制了乳酸菌進(jìn)一步生長(zhǎng)；補(bǔ)料分批培養(yǎng)在補(bǔ)充養(yǎng)分的同時(shí)稀釋代謝產(chǎn)物濃度，降低其對(duì)乳酸菌的抑制作用，從而使乳酸菌進(jìn)一步生長(zhǎng)，但是伴隨著乳酸菌的進(jìn)一步生長(zhǎng)，有機(jī)酸依然不斷積累。連續(xù)培養(yǎng)雖然能夠不斷稀釋有害代謝產(chǎn)物的濃度，但是在排出基質(zhì)培養(yǎng)液的同時(shí)，乳酸菌亦被同時(shí)排出，活菌量始終無(wú)法達(dá)到理想的濃度，且造成原料和活菌的大量浪費(fèi)。上述這些方法均不能通過(guò)徹底解決H⁺和有機(jī)酸根的積累而使乳酸菌培養(yǎng)達(dá)到理想的活菌濃度。目前公開(kāi)的專(zhuān)利顯示，現(xiàn)有乳酸菌高密度培養(yǎng)技術(shù)培養(yǎng)的乳酸菌活菌濃度基本在1.0×10¹⁰～1.0×10¹¹cfu/mL，而無(wú)法突破1.0×10¹¹cfu/mL。近幾年，膜濾培養(yǎng)對(duì)提高乳酸菌活菌量取得了較好的進(jìn)展，但是微濾膜的造價(jià)成本高，膜濾過(guò)程中膜的堵塞、污染嚴(yán)重，膜的清洗耗時(shí)、耗力。并且在膜濾培養(yǎng)過(guò)程中，雖然通過(guò)循環(huán)過(guò)濾濾除了培養(yǎng)液中的代謝產(chǎn)物，但同時(shí)亦濾掉了培養(yǎng)基中大量未被利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，這些因素均限制了膜濾培養(yǎng)技術(shù)的工業(yè)化推廣。

如何簡(jiǎn)單、有效地去除乳酸菌培養(yǎng)過(guò)程中酸根的積累是乳酸菌高密度培養(yǎng)的關(guān)鍵，而離子交換技術(shù)可以很好地解決此問(wèn)題。經(jīng)過(guò)無(wú)菌處理并轉(zhuǎn)型為氫氧型的弱堿性陰離子交換樹(shù)脂，可以選擇性吸附掉乳酸菌培養(yǎng)過(guò)程中代謝的酸根，同時(shí)置換出一個(gè)OH-，中和H⁺。20世紀(jì)，離子交換技術(shù)得到了飛速發(fā)展，已經(jīng)由最初僅應(yīng)用于水處理行業(yè)，發(fā)展到食品加工、環(huán)境科學(xué)和發(fā)酵工程等各行各業(yè)。本發(fā)明首次將樹(shù)脂脫酸與菌體培養(yǎng)過(guò)程相耦合，成功提高了菌體密度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于離子交換的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，是將弱堿性陰離子交換樹(shù)脂耦合到乳酸菌的培養(yǎng)過(guò)程中，離子交換時(shí)酸根被吸附，置換出OH⁺與H⁺結(jié)合，以同時(shí)解除H⁺和酸根對(duì)乳酸菌生長(zhǎng)的抑制作用，顯著提高乳酸菌活菌量。

所述乳酸菌包括：干酪乳桿菌（Lactobacillus?casei）、嗜熱鏈球菌（Streptococcus?thermophilus）、植物乳桿菌（Lactobacillus?plantarum）、鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus?rhamnosus）、雙歧桿菌(Bifidobacterium)。

所述弱堿性陰離子交換樹(shù)脂包括：D319大孔型丙烯酸系弱堿性陰離子交換樹(shù)脂、D311大孔型丙烯酸系弱堿性陰離子交換樹(shù)脂或331凝膠型環(huán)氧系弱堿性陰離子交換樹(shù)脂，上述樹(shù)脂對(duì)乳酸、乙酸的吸附容量均高于1.5mmoL/mL（濕），且對(duì)葡萄糖和氨基酸吸附量少，選擇性好，再生容易。將其耦合到乳酸菌的培養(yǎng)過(guò)程中，從根本上解除了乳酸菌生長(zhǎng)過(guò)程中的抑制因素。所述樹(shù)脂D319購(gòu)自江蘇蘇青水處理工程集團(tuán)有限公司，樹(shù)脂D311、331購(gòu)自安徽三星樹(shù)脂科技有限公司。

所述弱堿性陰離子交換樹(shù)脂經(jīng)預(yù)處理和轉(zhuǎn)型，以確保樹(shù)脂為無(wú)菌狀態(tài)，且由出廠(chǎng)時(shí)的氯型轉(zhuǎn)化為氫氧型，以實(shí)現(xiàn)離子交換時(shí)酸根被吸附，置換出OH⁺與H⁺結(jié)合，解除H⁺和酸根抑制，且無(wú)新的離子進(jìn)入培養(yǎng)液。

所述弱堿性陰離子交換樹(shù)脂的預(yù)處理和轉(zhuǎn)型步驟是：

（1）自來(lái)水反洗陰離子交換樹(shù)脂，去除雜物和細(xì)小的樹(shù)脂顆粒，直到反洗出水澄清。

（2）通入2～4倍樹(shù)脂體積的質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%～6%的NaOH溶液，然后浸泡8～12小時(shí)，排去堿液，用純凈水沖洗至出水呈中性。