鼠李糖乳杆菌乳酸发酵动力学的研究

鼠李糖乳杆菌是一类重要的L-乳酸生产菌,研究其发酵条件及其动力学对发酵工艺及其过程控制具有重要意义.本文针对鼠李糖乳杆菌1.549,通过摇瓶悬浮试验确定其最佳培养条件及发酵培养基组成.在此基础上,研究初始葡萄糖浓度和产物乳酸的积累对发酵过程的影响,建立发酵动力学模型.结果表明,鼠李糖乳杆菌1.549摇瓶发酵最佳培养条件:温度34℃,种龄8 h,接种量5%.由正交试验确定的摇瓶最佳发酵培养基组成:酪蛋白胨15 g/L,酵母膏4 g/L,葡萄糖50 g/L,柠檬酸二铵1 g/L,K2HPO4 2 g,L,乙酸钠2 g/L,MgSO4 0.3g/L,MnSO4·H2O 0.03 g/L,FeSO4·7H2O 0.03 g/L.鼠李糖乳杆菌利用葡萄糖L-乳酸发酵动力学模型结果与本试验结果吻合较好,其乳酸发酵机制属部分生长耦联型.动力学参数揭示,高浓度的初始葡萄糖底物和乳酸的积累对发酵的影响在于其对细胞生长的抑制.     

产L-乳酸之乳杆菌的筛选

本研究通过平板划线法及乳酸发酵实验,从干酪及酸菜样品中分离筛选出二株具有较强产L-乳酸能力的乳杆菌。经糖发酵、生长温度、精氨酸发酵产氨、产硫化氢试验及细胞壁中二氨基庚二酸(DAP)成分分析,确认为干酪乳杆菌干酪亚种和干酪乳杆菌鼠李糖亚种。它们在葡萄糖85g/L,乳糖35g/L,酵母膏5g/L,蛋白胨10g/L,NaCl1.3g/L,K2HPO41.5g/L,MgSO4·7H2O0.33g/L,MnSO40.05g/L的培养基中,于37℃下培养48h,产L-乳酸的量分别达到56.50g/L和50.80g/L。     

米根霉L-乳酸发酵动力学

通过正交试验研究米根霉AS3.819利用葡萄糖发酵生产L-乳酸时,发酵培养基中葡萄糖、(NH4)2SO4、KH2PO4、ZnSO4·7H2O、MgSO4对发酵的影响.确定的最佳发酵培养基组成:葡萄糖80 g/L、(NH4)2SO4 2 g/L、KH2PO4 0.3 g/L、ZnSO4·7H2O 0.05 g/L、MgSO40.3 g/L.在此培养基组中平均发酵产L-乳酸61.5g/L,对葡萄糖的平均转化率为76.9%.初步建立米根霉AS3.819利用葡萄糖发酵生产L-乳酸的动力学模型,并通过发酵动力学试验获得到模型参数,对培养基中初始葡萄糖质量浓度分别为72、74g/L的发酵过程进行预报.结果表明,建立的动力学模型能较好地描述米根霉发酵生产L-乳酸的过程:L-乳酸的生成机制是以生长机制为主的混合动力学机制.     

不同中和剂对米根霉发酵产L- 乳酸的影响

在米根霉发酵产L- 乳酸过程中,采用CaCO3 作为中和剂会造成下游分离过程中膜堵塞和环保压力,因此以NH3·H2O 和NaOH 替代CaCO3 作中和剂,对米根霉发酵产L- 乳酸的工艺条件和发酵动力学进行研究。结果表明：添加CaCO3 后L- 乳酸产量平均提高7.3 倍;NaOH、NH3·H2O 作为中和剂的最佳浓度及质量分数分别为10mol/L、25%,以该条件进行发酵72h 得菌丝体小球直径分别为0.2～1.2mm 和1.2～2.2mm,残糖含量分别为2.58g/L 和1.37g/L,L- 乳酸产量分别为74.34g/L 和80.61g/L。     

木薯淀粉发酵生产L-乳酸的培养条件优化

通过单因素实验方法和Plackett-Burman实验方法,对木薯淀粉发酵生产L-乳酸的培养条件及培养基主要因子进行了优化和筛选.实验结果表明:鼠李糖乳杆菌发酵木薯淀粉生产L-乳酸的种龄为12h,培养基氮源为酵母粉,MgSO4·7H4O含量为0.4%,MnSO4含量为0.01%,CaCO3含量为7%,接种量为6%;木薯淀粉发酵乳酸的最适温度为37℃,最适pH值为6.3;通过Phckett-Burman实验,从酵母粉、MgSO4·7H4O、MnSO4、CaCO3、接种量、Tween-80、K2HPO4、乙酸钠、柠檬酸二铵等9个因素中筛选出了对L-乳酸产量具有明显影响的因素为:酵母粉、K2HPO4MgSO4·7H2O,并得到了L-乳酸产量为响应值的线性回归方程.     

L-乳酸细菌培养条件的研究

对突变株干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)FH2-8-9菌体培养条件、液体培养基成分进行了研究.结果证明,发酵过程中pH的调节及H 和游离乳酸的添加可以促进菌体生长,并提高了L-乳酸的产量;培养基中添加乳糖和果糖、酵母膏和蛋白胨、CaCO3对菌体生长和产酸均有重要影响;调节葡萄糖与丙酮酸钠的比例为9:3,并在发酵42 h时添加丙酮酸钠,L-乳酸产量可达75 g/L.     

利用乳清为主要原料高密度培养干酪乳杆菌

利用乳清为原料高密度培养干酪乳杆菌(Lactobacillus casei STL3102),用于生产浓缩发酵剂.在5L发酵罐研究了pH控制和补料培养条件,结果表明,加碱控制pH对菌体生长有利,控制pH为6.0时的菌体干重最高.不同碱液对菌体的生长有显著影响,流加NH3·H2O菌体的产量较高,24h时菌体干重达3.74g/L.在流加NH3·H2O,控制pH6.0条件下,对菌体补料发酵进行了研究.采用30g/L为初始乳清浓度,发酵16h以1.0mL/min恒速补料,发酵44h,菌体干重达4.79g/L,此时测定发酵液中活菌数为1.95×1011CFU/mL.     

鼠李糖乳杆菌半固态发酵法生产L-乳酸及发酵动力学分析

利用鼠李糖乳杆菌半固态发酵法生产L-乳酸,拟开发低成本饲料酸化剂。通过单因素实验、Plackett-Burman实验及响应面法对半固态发酵培养基进行了优化,并进行了发酵动力学分析。结果表明:优化后的发酵培养基最佳配比为:玉米粉18%、豆粕10.35%、麸皮4.5%、酵母粉0.53%、无水乙酸钠0.5%、K2HPO4·3H2O 0.3%、柠檬酸三铵0.3%、Mg SO40.058%、Mn SO40.025%、葡萄糖1.2%、初始水分含量70%(w/w),L-乳酸产量达到(120.82±1.60)g/kg(湿重),比优化前提高了56.16%;菌体最大比生长速率为(0.0951±0.001)h-1、L-乳酸最大比合成速率为(1.02±0.01)h-1、底物还原糖最大比消耗速率为(0.0855±0.009)h-1。利用鼠李糖乳杆菌半固态发酵法生产L-乳酸产量较高,可作为饲料酸化剂与灭活乳酸菌益生素相结合开发新型饲料添加剂。     

N+注入诱变选育混合糖发酵L-乳酸高产菌株

采用低能N+ 注入技术对米根霉As3.819 进行诱变选育,以提高该菌株利用混合糖(葡萄糖、木糖)发酵生产L- 乳酸的能力。实验结果表明,菌株的存活率曲线呈典型的“马鞍型”,在注入剂量为50 × 2.5 × 1013ions/cm2时具有较高的正突变率。选育获得突变株N50-7,其L- 乳酸产量为79.42g/L,比出发菌株提高了17.75%,且遗传稳定性较好。对突变株N50-7 的发酵培养基进行了初筛,在混合糖150g/L(葡萄糖100g/L、木糖50g/L)、(NH4)2SO43.0g/L、KH2PO4 0.3g/L、MgSO4·7H2O 0.3g/L、ZnSO4·7H2O 0.4g/L 的条件下发酵72h,L- 乳酸产量最高达到103.81g/L,较初筛前提高了30.71%。     

动态顶空取样-大气压化学电离质谱原位实时监测发酵乳挥发性代谢产物

采用大气压化学电离质谱法,利用动态顶空取样技术对发酵乳生产过程中产生的挥发性代谢产物进行原位实时监测。从发酵开始后3.0～4.7h连续用质谱仪记录发酵乳挥发物的离子流信号,结果表明：2,3-丁二酮(m/z 104,M+H2O+·)在前4h信号较弱,4h后开始逐渐增大,4.2h后呈快速增大的趋势;乙酸乙酯(m/z 106,M+H2O+·)信号从发酵3h后开始呈逐渐增大趋势;苯甲醛(m/z 124,M+H2O+·)信号较平稳。发酵进行到6h的质谱图中质谱信号主要有乳酸(m/z 91,MH+和m/z 108,M+H2O+·),2,3-丁二酮(m/z 104,M+H2O+·),苯甲醛(m/z 107,MH+和m/z 124,M+H2O+·),乙酸乙酯(m/z 89,MH+和m/z 106,M+H2O+·),正已醛(m/z 101,MH+和m/z 118, M+H2O+·),2-丙烯醛(m/z 74·M+H2O+·)等。未发酵的纯牛奶质谱图中有正己醛(m/z 101,MH+),苯甲醛(m/z 107,MH+和m/z 124,M+H2O+·),葵醛(m/z 174,M+H2O+·)等信号。动态顶空取样-大气压化学电离质谱技术具有快速、非破坏性等优点,在发酵食品的生产质量控制方面有一定的理论和实际应用价值。     

基因组改组鼠李糖乳杆菌生产L-乳酸发酵培养基的优化

通过单因素试验确定了耐酸性强、高产L- 乳酸的改组菌株Lc-F34 的发酵最适碳源为葡萄糖、初始葡萄糖浓度为90～110g/L,淀粉葡萄糖水解物可以作为乳酸发酵的碳源;最适氮源为酵母抽提物,玉米浆次之,玉米浆可以部分或全部代替酵母抽提物作为乳酸发酵的氮源;适量的MgSO4 和MnSO4 对该菌株的发酵有刺激作用,MgSO4 最适浓度为0.3%,MnSO4 最适浓度为0.05%。     

1 株高产L-乳酸菌株的分离鉴定及其发酵培养基优化

从辣白菜样品中筛选出1 株高产乳酸的菌株LB-103,经L-/D-乳酸试剂盒检测该菌株发酵产L-乳酸的光学纯度为100%。通过形态学观察、VITEK 2生理生化鉴定和16S rDNA序列分析,确定该菌株为鼠李糖乳酸杆菌（Lactobacillus rhamnosus）,将其命名为鼠李糖乳酸杆菌DLF-15038。对其发酵培养基进行初步优化,发现廉价的棉籽饼粉可以部分替代酵母粉,采用15?g/L棉籽饼粉和10?g/L的酵母粉为复合氮源,L-乳酸的产量得以维持且明显降低成本,最适无机盐质量浓度分别为CH3COONa?3?g/L、KH2PO4?2?g/L、MnSO4?0.3?g/L、MgSO4?0.2?g/L。在该优化条件下,进行了5?L发酵罐中的批式流加发酵实验,发酵72?h,L-乳酸产量为165.15?g/L,生产强度为2.29?g/（L·h）,糖酸转化率为93.34%。     

米根霉发酵木薯淀粉产L-乳酸的工艺优化

以培养基配方（糖化液、蛋白胨、酵母膏、麦芽粉添加量）和培养条件（培养温度、pH、培养时间、接种量）的单因素试验结果为 依据,选取糖化液质量分数、培养时间、pH和培养温度4因素,以发酵液中L-乳酸含量为评价指标,基于Box-Behnken试验设计响应面 法优化了米根霉发酵木薯淀粉产L-乳酸的发酵工艺参数。 结果表明,最优发酵工艺参数为糖化液26%、蛋白胨6 g/L、酵母浸膏4 g/L、 麦芽粉10 g/L、KH2PO4 0.3 g/L、MgSO·4 7H2O 0.4 g/L、ZnSO4·7H2O 0.3 g/L、CaCO3 45 g/L、培养时间80 h、培养温度29 ℃、初始pH 5.5、接 种量6%。 该优化条件下,发酵液中L-乳酸的含量可达84.33 g/L,发酵液中葡萄糖对L-乳酸的转化率为71.34%,其光学纯度为75.62%, 比旋光度为+2.12。     

响应面法优化枯草芽孢杆菌产γ-聚谷氨酸发酵工艺

以1 株谷氨酸依赖型γ-聚谷氨酸（poly-γ-glutamic acid,γ-PGA）产生菌Bacillus subtilis GXA-28为研究对象,利用响应面法系统优化其γ-聚谷氨酸发酵培养基成分。通过单因素试验、Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验以及Box-Behnken试验构建响应方程,利用该方程预测得到最优培养基：蔗糖33.65 g/L、酵母膏0.4 g/L、NH4Cl 1.6 g/L、谷氨酸钠15 g/L、 KH2PO4 0.4 g/L、K2HPO4·3H2O 1.68 g/L、MgSO4·7 H2O 0.1 g/L、MnSO4·H2O 0.04 g/L。利用优化培养基,在40.2 ℃、160 r/min条件下摇瓶发酵22 h,γ-PGA产量达到16.63 g/L,底物谷氨酸钠转化率比优化前提高了20%,达到100%。     

耐酒精高产L-乳酸菌株的筛选及发酵培养基优化

为提高L-乳酸产量,降低L-乳酸的生产成本,该研究经过筛选、驯化获得一株耐酒精且高产L-乳酸的菌株鼠李糖乳杆菌AK-0779。使用玉米酒糟代替部分酵母粉作为菌株AK-0779发酵培养基的氮源。在单因素实验基础上,对葡萄糖添加量、酵母粉添加量和玉米酒糟添加量进行三因素三水平响应面优化试验。结果表明,最适发酵培养基为：葡萄糖添加量9.80%,玉米酒糟添加量0.98%,酵母粉添加量1.72%,L-乳酸产量为78.91 g/L,糖酸转换率为80.52%。与酵母粉完全充当氮源产L-乳酸82.36 g/L相比,产量无显著差异,说明玉米酒糟能有效代替部分酵母粉作为发酵培养基的氮源,降低L-乳酸生产成本。     

微生物多糖韦兰胶生产工艺优化

探讨韦兰胶的生产条件,主要包括生产菌株、发酵培养基及发酵工艺条件三方面。通过绘制菌体生长曲线,了解此菌种的生长情况,初步确定二级种子的培养时间。通过单因素试验及正交试验,得出韦兰胶的最佳发酵培养基配方为：蔗糖40g/L、酵母膏3g/L、K2HPO4·7H2O 5g/L、MgSO4·7H2O 2g/L、FeSO4·7H2O1mg/L、CaCl2 0.5g/L;此条件下,韦兰胶产率由7.31g/L 上升到17.23g/L。最佳发酵工艺条件为：接种龄18h、接种量0.5%、装液量40mL(250mL 摇瓶)、初始pH7.0、摇床转速220r/min、培养温度30℃、培养时间72h,在此条件下,韦兰胶产率达20.64g/L。     

利用玉米浸泡水发酵生产L(+)-乳酸

对以玉米浸泡水浓缩液(CCSL)为基础的简化培养基进行了优化。结果表明,由80g/L葡萄糖、40g/L玉米浸泡水浓缩液和0.2g/LMnSO4.H2O组成的发酵培养基获得了68.5g/L的乳酸产量,与完全培养基产量基本相同。使用数学模型对发酵过程中乳酸的生成和葡萄糖的消耗进行了模拟和预测分析。     

耐氨米根霉的分批补料发酵及发酵动力学初探

以氨水为中和剂,替代CaCO3,对耐氨米根霉R.oryzaeJS-N0-2-02进行15L自动发酵罐的分批和分批补料发酵及其发酵动力学的初步研究,结果表明,降低起始糖浓度,产酸期补糖可明显提高菌体L-乳酸比生产速率和耗糖产酸能力,提高L-乳酸产量和纯度,降低残糖。在发酵起始时添加1 g/L CaCO3能进一步提高补糖发酵的L-乳酸比生产速率,增强发酵后期菌体耗糖产酸能力,从而进一步提高L-乳酸产量和纯度,降低残糖。发酵结果:起始糖浓度为120 g/L,25h时补糖使最终发酵总糖浓度达137 g/L,发酵培养60 h,L-乳酸产量可达101.8 g/L,纯度97.3%,菌体耗糖转化率76%,比生产速率0.27 g/g.h,残糖降至3 g/L。