本发明专利技术公开了一种基于离子交换的乳酸菌高密度培养方法，属于微生物发酵工程领域。本发明专利技术利用弱碱阴离子交换树脂对有机酸根的选择性吸附的特点，将该种树脂耦合进乳酸菌的培养过程，彻底解除了乳酸菌培养过程中H+和酸根对其生长的抑制作用，使乳酸菌的生长达到理想的无抑制状态，且离子交换树脂经洗脱和处理后可重复利用。本发明专利技术方法适用于干酪乳杆菌、嗜热链球菌、植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、双歧杆菌的高密度培养，培养结束后，树脂经解吸剂浸泡洗脱可得到高浓度、高纯度的酸溶液，用于工业乳酸和乙酸的生产。
【技术实现步骤摘要】
—种基于罔子交换的乳酸菌局密度培养方法
本专利技术涉及，属于微生物发酵工程领域。
技术介绍
乳酸菌作为改善人体肠道菌群和人类身体健康的益生菌，越来越得到国际学术领域和大众消费者的认可。乳酸菌发酵乳制品、含活菌饮料、益生复合菌剂、直投发酵剂等乳酸菌制品在市场上随处可见，并深受广大消费者的喜爱。但是，乳酸菌生长过程会产生乳酸、乙酸等有机酸，H+和酸根的积累是限制乳酸菌培养达到高密度的主要因素。过去几十年来国内外众 多学者围绕提高乳酸菌的活菌量开发了多种高密度培养方法，包括:优化培养基组分及培养条件，中和培养，透析培养，补料分批培养，连续培养，膜过滤培养等。但是培养基无论进行何种优化，均解决不了乳酸菌培养过程中酸的积累，此法对提高乳酸菌的活菌量效果并不显著；中和培养虽然通过添加碱液，消除了 H+的抑制，但是酸根的积累和盐离子的引入，使培养液的渗透压逐渐升高，限制了乳酸菌进一步生长；补料分批培养在补充养分的同时稀释代谢产物浓度，降低其对乳酸菌的抑制作用，从而使乳酸菌进一步生长，但是伴随着乳酸菌的进一步生长，有机酸依然不断积累。连续培养虽然能够不断稀释有害代谢产物的浓度，但是在排出基质培养液的同时，乳酸菌亦被同时排出，活菌量始终无法达到理想的浓度，且造成原料和活菌的大量浪费。上述这些方法均不能通过彻底解决矿和有机酸根的积累而使乳酸菌培养达到理想的活菌浓度。目前公开的专利显示，现有乳酸菌高密度培养技术培养的乳酸菌活菌浓度基本在1.0X 101°~1.0X 10ncfu/mL，而无法突破1.0X 10ncfU/mL。近几年，膜滤培养对提高乳酸菌活菌量取得了较好的进展，但是微滤膜的造价成本高，膜滤过程中膜的堵塞、污染严重，膜的清洗耗时、耗力。并且在膜滤培养过程中，虽然通过循环过滤滤除了培养液中的代谢产物，但同时亦滤掉了培养基中大量未被利用的营养物质，造成资源的严重浪费，这些因素均限制了膜滤培养技术的工业化推广。如何简单、有效地去除乳酸菌培养过程中酸根的积累是乳酸菌高密度培养的关键，而离子交换技术可以很好地解决此问题。经过无菌处理并转型为氢氧型的弱碱性阴离子交换树脂，可以选择性吸附掉乳酸菌培养过程中代谢的酸根，同时置换出一个0H-，中和H+。20世纪，离子交换技术得到了飞速发展，已经由最初仅应用于水处理行业，发展到食品加工、环境科学和发酵工程等各行各业。本专利技术首次将树脂脱酸与菌体培养过程相耦合，成功提高了菌体密度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，是将弱碱性阴离子交换树脂耦合到乳酸菌的培养过程中，离子交换时酸根被吸附，置换出OH+与H+结合，以同时解除H+和酸根对乳酸菌生长的抑制作用，显著提高乳酸菌活菌量。所述乳酸菌包括:干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)、双歧杆菌(Bifidobacterium)。所述弱碱性阴离子交换树脂包括:D319大孔型丙烯酸系弱碱性阴离子交换树脂、D311大孔型丙烯酸系弱碱性阴离子交换树脂或331凝胶型环氧系弱碱性阴离子交换树脂，上述树脂对乳酸、乙酸的吸附容量均高于1.5mmoL/mL (湿)，且对葡萄糖和氨基酸吸附量少，选择性好，再生容易。将其耦合到乳酸菌的培养过程中，从根本上解除了乳酸菌生长过程中的抑制因素。所述树脂D319购自江苏苏青水处理工程集团有限公司，树脂D311、331购自安徽三星树脂科技有限公司。所述弱碱性阴离子交换树脂经预处理和转型，以确保树脂为无菌状态，且由出厂时的氯型转化为氢氧型，以实现离子交换时酸根被吸附，置换出OH+与H+结合，解除H+和酸根抑制，且无新的离子进入培养液。所述弱碱性阴离子交换树脂的预处理和转型步骤是:(1)自来水反洗阴离子交换树脂，去除杂物和细小的树脂颗粒，直到反洗出水澄清。 (2)通入2~4倍树脂体积的质量分数4%~6%的NaOH溶液，然后浸泡8~12小时，排去碱液，用纯净水冲洗至出水呈中性。(3)通入2~4倍树脂体积的质量分数4%~6%HC1的溶液，然后浸泡4~8小时，排去酸液，用纯净水冲洗至出水呈中性。(4)重复第(2)步,浸泡8~12小时后用10~20倍树脂体积的无菌水冲洗,洗至中性，无菌环境下保藏备用。所述弱碱性阴离子交换树脂通过发酵罐控制器的pH值自动控制系统自动添加，设定控制点为pH值6.2，使培养液pH值稳定在6.2~7.0。每3~5个小时开启蠕动泵让培养液以通过无菌的中压特制玻璃层析柱(5cmX40cm)，以滤除培养液中积累的树脂，含菌的培养液则回流到发酵罐中继续培养。所述高密度培养方法在菌种培养过程中还间歇补充碳源和氮源，保证乳酸菌生长得到充分的营养。所述碳源、氮源的补加:培养过程中每Ih取5~1mL培养液，测定其葡萄糖和氨基氮含量。当葡萄糖含量低于5g/L时，补加360~400g/L的葡萄糖，使葡萄糖含量保持在5~15g/L ;当氨基氮含量低于0.2g/L时,补加由牛肉膏、蛋白胨、酵母粉按质量比为2:2:1组成的总浓度为200~250g/L的氮源，使氨基氮含量保持在0.2~0.8g/L。所述高密度培养方法优选以下步骤:(I)弱碱性阴离子交换树脂的预处理和转型:确保树脂为无菌状态，且由出厂时的氯型转化为氢氧型，以实现离子交换时酸根被吸附，置换出OH+与H+结合，解除H+和酸根抑制，且无新的离子进入培养液。(2)乳酸菌的活化培养及高密度培养:乳酸菌经活化两代后以体积百分比5%~10%的接种量接入发酵罐，37°C恒温培养。厌氧菌须持续通入无菌氮气，同时开启排气口保持罐内常压。(3)树脂的添加控制:通过发酵罐控制器的pH值自动控制系统自动添加阴离子交换树脂。设定控制点为PH值6.2，当培养液pH值低于6.2时，pH值自动控制系统控制的输送泵启动，输送树脂进入培养液，树脂与酸根发生离子交换，培养液PH值升高，pH值高于6.2时，输送泵停止输送树脂。上述过程由发酵罐控制器的电脑系统自动控制，培养液pH值始终稳定在6.2~7.0。(4)吸附饱和树脂的去除:每3~5个小时开启蠕动泵让培养液以200~300mL/min的速度循环通过无菌的中压特制玻璃层析柱(5cmX40cm)，树脂被底部筛网截留，含菌的培养液回流到发酵罐中继续培养。树脂被完全滤除后停止过滤，开启层析柱底端，收集吸附饱和的树脂用于乳酸的洗脱，空层析柱用于下次树脂的滤除。(5)碳源、氮源的补加:培养过程中当葡萄糖含量低于5g/L时，补加碳源使葡萄糖含量保持在5~15g/L ；当氨基氮含量低于0.2g/L时，补加氮源使氨基氮含量保持在0.2~0.8g/L。(6)乳酸 的洗脱:吸附饱和的树脂经自来水反复清洗至洗出液澄清，然后用1.0~1.2倍树脂体积的硫酸溶液(浓度10%~15%)浸泡过夜，滤出液可用于工业乳酸的生产。经本专利技术高密度培养方法培养乳酸菌，可使干酪乳杆菌、嗜热链球菌、植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌的最终活菌浓度达到3.0X 111~2.0X 1012cfu/mL，双歧杆菌的最终活菌浓度达到 5.0XlO9 ~6.0X1010cfu/mLo本专利技术的优点:(1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种乳酸菌高密度培养的方法，是将弱碱性阴离子交换树脂耦合到乳酸菌的培养过程中，离子交换时酸根被吸附，置换出OH+与H+结合，以同时解除H+和酸根对乳酸菌生长的抑制作用。
【技术特征摘要】
1.一种乳酸菌高密度培养的方法，是将弱碱性阴离子交换树脂耦合到乳酸菌的培养过程中，离子交换时酸根被吸附，置换出OH+与H+结合，以同时解除H+和酸根对乳酸菌生长的抑制作用。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乳酸菌包括:干酪乳杆菌、嗜热链球菌、植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、双歧杆菌。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弱碱性阴离子交换树脂包括:D319、D311或331弱碱性阴尚子交换树脂。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弱碱性阴离子交换树脂经过预处理和转型，由出厂时的氯型转化为氢氧型。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弱碱性阴离子交换树脂通过发酵罐控制器的pH值自动控制系统自动添加，设定控制点为pH值6.2，使培养液pH值稳定在6.2 ~7.0。6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，在菌种培养过程中还间歇补充碳源和氮源，保证乳酸菌生长得到充分的营养。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高密度培养方法包括以下步骤: (1)弱碱性阴离子交换树脂的预处理和转型:确保树脂为无菌状态，且由出厂时的氯型转化为氢氧型； (2)乳酸菌的活化培养及高密度培养:乳酸菌经活化两代后以体积百分比5%~10%的接种量接入发酵罐，37°C恒温培养，厌氧菌须持续通入无菌氮气，同时开启排气口保持罐内常压； (3)树脂的添加控制:通过发酵罐控制器的pH值自动控制系统自动添加阴离子交换树月旨，设定控制点为ρΗ6.2，使培养液pH值稳定在6.2~7.0 ; (4)吸附饱和树脂的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫，崔树茂，张灏，赵建新，田丰伟，王刚，张秋香，范大明，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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