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        不同目數(shù)碳酸鈣對(duì)保加利亞乳桿菌發(fā)酵和凍干的影響

        2019-10-22 08:59:04李曉軍馬躍英郭躍東王海霞王春穎李康寧黃少磊劉彥民
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2019年20期
        關(guān)鍵詞:目數(shù)保加利亞凍干

        李曉軍,馬躍英,郭躍東,王海霞,馮 謙,王春穎,李康寧,黃少磊,劉彥民

        (內(nèi)蒙古雙奇藥業(yè)股份有限公司,內(nèi)蒙古呼和浩特 010010)

        乳酸菌是工業(yè)上公認(rèn)的發(fā)酵能力最強(qiáng)的微生物,主要用于益生菌和乳酸生產(chǎn)。盡管如此,乳酸菌發(fā)酵過(guò)程中通常受到產(chǎn)物乳酸的抑制,導(dǎo)致生長(zhǎng)速度減緩或停止,從而不能達(dá)到理想的細(xì)胞濃度或者乳酸濃度。目前,常用的濃縮培養(yǎng)方法主要有緩沖鹽法、化學(xué)中和法、透析培養(yǎng)法、膜過(guò)濾法和微膠囊培養(yǎng)法等。從成本和應(yīng)用規(guī)模上考慮,只有緩沖鹽法和化學(xué)中和法更適合大規(guī)模的生產(chǎn)。一般情況下,研究人員以緩沖鹽法配合化學(xué)中和法來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的菌體密度。常用的中和劑有碳酸鈣、氫氧化鈣、氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀[1]。我國(guó)工業(yè)上常用碳酸鈣作為乳酸發(fā)酵的中和劑。目前,針對(duì)不同類型的酸中和劑對(duì)乳酸菌的生長(zhǎng)和產(chǎn)酸影響的研究比較多[2]。但是,關(guān)于不同目數(shù)碳酸鈣對(duì)乳酸菌發(fā)酵和凍干的影響的研究非常鮮見(jiàn)。以保加利亞乳桿菌為研究對(duì)象,系統(tǒng)比較了不同目數(shù)碳酸鈣對(duì)保加利亞乳桿菌發(fā)酵和凍干的影響。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        1.1.1 供試材料

        保加利亞乳桿菌NQ2508。

        1.1.2 培養(yǎng)基

        改良MRS培養(yǎng)基:蛋白胨10 g,牛肉膏10 g,酵母粉5 g,葡萄糖20 g,K2HPO42 g,檸檬酸二銨2 g,乙酸鈉 5 g,吐溫 -80 1 mL,MgSO4·7H2O 0.58 g,MnSO4·4H2O 0.25 g,碳酸鈣2 g,蒸餾水 1 000 mL,pH值6.6。MRS檢測(cè)培養(yǎng)基:在以上改良MRS培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上加入15 g的瓊脂粉。凍干保護(hù)劑配方:脫脂乳200 g,乳糖120,谷氨酸鈉10 g,抗壞血酸10 g,蒸餾水1 000 mL。

        1.1.3 主要試劑

        乳酸為分析純,天津市富宇精細(xì)化工有限公司提供;100目,200目,325目,600目,800目和1 250目輕質(zhì)碳酸鈣,天津燕東礦產(chǎn)品有限公司提供。

        1.1.4 主要儀器及設(shè)備

        J2-21型離心機(jī)(BECKMAN)、超凈臺(tái)BCN-1360,哈爾濱東聯(lián)公司產(chǎn)品;1029型厭氧培養(yǎng)箱,F(xiàn)orma scientific公司產(chǎn)品;2014-025Bb型真空冷凍干燥機(jī),上海東富龍公司產(chǎn)品。

        1.2 方法

        1.2.1 不同目數(shù)碳酸鈣中和乳酸能力比較

        配制含不同目數(shù)碳酸鈣的MRS培養(yǎng)基各200 mL,于121℃下滅菌15 min。冷卻至室溫后,分別以50%的乳酸滴定,每次每組加入的量均為50μL,加入后搖瓶5 s,然后測(cè)定pH值,直到所有組的pH值均降到4.5以下,停止滴加。比較各培養(yǎng)基pH值降到4.5時(shí)滴加乳酸的量。根據(jù)乳酸的滴加量來(lái)初步比較各種碳酸鈣中和乳酸的能力。

        1.2.2 不同目數(shù)碳酸鈣對(duì)保加利亞乳桿菌生長(zhǎng)影響

        將保加利亞乳桿菌菌種在MRS液體培養(yǎng)基中活化2代后,按5%的接種量分別接種于含不同目數(shù)碳酸鈣的MRS培養(yǎng)基中,厭氧培養(yǎng)箱于37℃下培養(yǎng)。每隔1 h取樣測(cè)定發(fā)酵液活菌數(shù)和pH值,以活菌數(shù)和pH值為縱坐標(biāo)、時(shí)間為橫坐標(biāo),繪制生長(zhǎng)曲線。比較不同目數(shù)碳酸鈣對(duì)保加利亞乳桿菌生長(zhǎng)的影響。

        1.2.3 不同目數(shù)碳酸鈣對(duì)保加利亞乳桿菌凍干影響

        將保加利亞乳桿菌菌種在MRS液體培養(yǎng)基中活化2代后,按5%的接種量分別接種于含不同目數(shù)碳酸鈣的MRS培養(yǎng)基中,厭氧培養(yǎng)箱37℃下培養(yǎng)。培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)后期時(shí),于4℃下各發(fā)酵液以轉(zhuǎn)速8 000 r/min離心20 min,棄去上清,離心得到的菌體以2倍質(zhì)量的保護(hù)劑懸浮,然后進(jìn)行真空冷凍干燥(預(yù)凍:-40℃,2 h;升華干燥:-30~-8℃,8 h;解析干燥:8~25℃,4 h)。得到的凍干粉進(jìn)行活菌數(shù)檢測(cè),并計(jì)算凍干存活率。凍干存活率的計(jì)算方法為:

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同目數(shù)碳酸鈣中和乳酸能力比較

        含不同目數(shù)碳酸鈣的MRS培養(yǎng)基滅菌后的pH值基本一致,都在6.5左右。但每種培養(yǎng)基中和乳酸的能力卻有很大差別。同樣將培養(yǎng)基pH值降到4.5,325目的碳酸鈣所消耗的乳酸最多,為1 450μL。初步可以判斷325目碳酸鈣的中和能力較其他幾種要強(qiáng)。

        不同目數(shù)碳酸鈣中和乳酸的能力比較見(jiàn)圖1。

        圖1 不同目數(shù)碳酸鈣中和乳酸的能力比較

        2.2 不同目數(shù)碳酸鈣對(duì)保加利亞乳桿菌生長(zhǎng)的影響

        各試驗(yàn)組的生長(zhǎng)曲線見(jiàn)圖2。

        圖2 各試驗(yàn)組的生長(zhǎng)曲線

        由圖2可知,各試驗(yàn)組接種后經(jīng)過(guò)短的緩慢期(約2 h)后,進(jìn)入對(duì)數(shù)期,在發(fā)酵到6~8 h,時(shí),菌體從對(duì)數(shù)期進(jìn)入穩(wěn)定期??梢?jiàn),使用325目的碳酸鈣的試驗(yàn)組3在8 h后進(jìn)入穩(wěn)定期,比其余各組晚2 h,對(duì)數(shù)期時(shí)間的延長(zhǎng),也使得發(fā)酵液活菌數(shù)得到了很大的提升。其中,試驗(yàn)組3的發(fā)酵液活菌數(shù)最高,達(dá)到19×108CFU/mL,與其他組相比,有顯著性差異 (F=21.90,p<0.01)。

        2.3 不同目數(shù)碳酸鈣對(duì)保加利亞乳桿菌凍干的影響

        在對(duì)數(shù)末期和穩(wěn)定性前期收獲各組發(fā)酵液,加入凍干保護(hù)劑,進(jìn)行冷凍干燥,并計(jì)算凍干存活率。由表1和圖3的結(jié)果可以看出,試驗(yàn)組3的凍干存活率較高,與其他組相比,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.01)。

        3 結(jié)論

        碳酸鈣的目數(shù)越高,粒徑越小。粒徑的大小決定了碳酸鈣顆粒的比表面積及顆粒上孔的大小和數(shù)量。在碳酸鈣顆粒上的孔可以為乳酸菌提供一個(gè)相對(duì)有利的微環(huán)境[3]。首先,碳酸鈣外殼可以使孔內(nèi)細(xì)胞保持較高的活性水平,保護(hù)細(xì)胞不受研磨力和剪切力的影響。其次,乳酸菌產(chǎn)生的乳酸一旦被釋放到細(xì)胞外溶液中,這部分乳酸就會(huì)被其周圍的碳酸鈣快速消耗,從而導(dǎo)致細(xì)胞周圍溶液中游離乳酸濃度的降低。從而降低游離乳酸的反饋抑制作用,提高細(xì)胞微環(huán)境的pH值[4]。研究得到的結(jié)果顯示,使用325目碳酸鈣的試驗(yàn)組3的發(fā)酵液活菌數(shù)和凍干存活率最高,其次是使用800目碳酸鈣的試驗(yàn)組5。目數(shù)太大和太小的試驗(yàn)組發(fā)酵液活菌數(shù)和凍干存活率均不高??赡艿脑蚴?,小目數(shù)的碳酸鈣質(zhì)量大、易沉底,大目數(shù)的碳酸鈣質(zhì)量小易漂浮,只有325目的碳酸鈣處于懸浮狀態(tài),與乳酸菌的接觸面積最大,且其比表面積和孔的大小及數(shù)量也適宜。

        表1 各試驗(yàn)組的凍干存活率(±s)

        表1 各試驗(yàn)組的凍干存活率(±s)

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        圖3 各試驗(yàn)組的凍干存活率

        研究的不足之處在于,沒(méi)有從微觀角度證實(shí)不同目數(shù)碳酸鈣形貌之間的區(qū)別,及保加利亞乳桿菌與碳酸鈣顆粒之間的相互作用的機(jī)理。但是,研究的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值還是非常大的。首先,為乳酸菌發(fā)酵中和劑的篩選又創(chuàng)造了一條新途徑和一種新的思路。其次,研究結(jié)果可進(jìn)一步通過(guò)中試試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)的驗(yàn)證,應(yīng)用于生產(chǎn)中,提升產(chǎn)能。

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