利用乳酸菌发酵法生产乳酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用乳酸菌发酵法生产乳酸的方法，该方法以大米为原料，经糊化、液化、糖化后，添加干酪素、酵母膏和戊聚糖源，在灭菌处理后，接种乳酸菌，高温下发酵；发酵初期，添加蔗糖和蛋白粉；发酵中前期，添加弱阴离子交换树脂；发酵中期添加CaO进行中和，以使pH控制在pH6～7；发酵中后期到发酵结束，定期进行pH检测和维持，以使pH控制在pH6～7。本发明专利技术添加以氨基为基团的弱碱性阴离子交换树脂构成的缓冲体系，不仅为菌体生长提供了相对稳定的环境，而且可使糖基转移酶的活性达到最佳，很好地保护了菌体的生长，促进了EPS的生物合成；添加CaO作为中和剂，可以提高EPS的浓度水平；高温发酵，又可减少树脂对钙的吸附效果，维持较好的缓冲能力，提高了发酵液中EPS的浓度水平。水平。水平。

【技术实现步骤摘要】
利用乳酸菌发酵法生产乳酸的方法


[0001]本专利技术涉及生物工程
，具体涉及一种利用乳酸菌发酵法生产乳酸的方法。

技术介绍

[0002]乳酸菌是一种益生菌，其能够将碳水化合物发酵成乳酸。在利用乳酸菌发酵生产乳酸的过程中，往往还会产生一种胞外多糖(Exopolysaccharides，EPS)，该糖其实是菌体细胞生物被膜的一部分，它是由细菌菌体及胞外分泌物如多糖、纤维蛋白、脂蛋白等相互作用而形成的具有复杂结构的膜样物质，是乳酸菌在生长代谢过程中分泌到细胞壁外的常渗于培养基中的一类糖类化合物，分子量在1
×
104～6
×
106Da之间，这些次生代谢产物，有的依附于微生物细胞壁形成荚膜，称为荚膜多糖，少量的进入培养基形成粘液，称为粘液多糖。根据不同的分类标准，乳酸菌的EPS有同多糖(Homopolysaccharides，HoPS)和杂多糖(Heteropolysaccharides，HePS)，中性和酸性EPS之分，这些EPS中存在的单体数量约为50～5000。最常见的单糖是葡萄糖、木糖、半乳糖、果糖、甘露糖、鼠李糖、阿拉伯糖等。
[0003]EPS作为乳酸菌的重要次级代谢产物，被公认为安全无毒的，且由于其具有一致性和流变学的特性，在乳品工业生产中占有重要地位，是现代医学和食品功能化学共同关注的焦点。遗憾的是，现在乳酸菌发酵体系中一些EPS的浓度水平不高，一般不超过17g/L，而且不稳定，自然生长则更是在3g/L以下。
[0004]为提高EPS的浓度水平，Boels等(Applied and Environmental M
‑
crobiology，2003b，69(8):5029－5031)报道将EPS基因簇克隆到高拷贝的质粒中，提高质粒的拷贝数，增强基因簇相关基因的表达水平，促进EPS的产出，只是该技术因适用的宿主菌范围窄等缺陷而受到限制。刘超楠等(食品科技，2020，(45)11:1
‑
7)通过筛选菌种以期提高EPS的浓度水平，但因菌种稳定性的困扰而无法大规模应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种利用乳酸菌发酵法生产乳酸的方法，利用该方法生产乳酸，其次级代谢产物EPS的含量将显著增加。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所设计的技术方案为：
[0007]一种利用乳酸菌发酵法生产乳酸的方法，该方法包括如下步骤：
[0008]1)以发酵体积为基准，以80～120(g/L)的大米为原料，经糊化、液化、糖化后，添加0.1～2(g/L)干酪素、3～5g/L酵母膏和10～30(g/L)戊聚糖源，并进行灭菌处理；
[0009]2)按5％(v/v)接种量接种乳酸菌，52℃进行发酵；
[0010]3)发酵12～20h后，添加50～110(g/L)蔗糖和30～80(g/L)蛋白粉；
[0011]4)发酵36～40h后，添加弱阴离子交换树脂，48～60h后用CaO进行中和，其中，CaO用量按树脂总离子交换容量的10～30％(mol/mol)进行，以使pH控制在pH6～7；
[0012]5)每隔4～12h进行pH检测，当pH低于6时，则继续添加CaO以使pH控制在pH6～7，直
至发酵结束。
[0013]优选的，所述发酵结束，是指从接种开始计时，发酵7天。
[0014]优选的，所述戊聚糖源为含戊聚糖的原料，包括但不限于苹果渣、玉米穗、阔叶粉等天然材料。
[0015]优选的，所述弱阴离子交换树脂为D301、D900等带氨基活性基团的离子交换树脂。
[0016]优选的，所述弱阴离子交换树脂的添加量为0.3～0.8mol/L。更优选的，所述弱阴离子交换树脂的添加量为0.6～0.8mol/L。
[0017]本专利技术的专利技术人经过长期研究发现，EPS浓度水平(g/L)与发酵液中总的离子交换容量(mol/L)为线性的函数关系，在添加以氨基为基团的弱碱性阴离子交换树脂构成的缓冲体系中，随着总离子交换容量的增大，氨基基团与菌体荚膜的糖链之间形成氢键的几率就越大，氢键的形成以及发酵液中pH的微小变化，导致菌体荚膜多糖与细胞表层蛋白之间产生移位，信号因子AI
‑
2更容易进入菌体内部启动相关基因簇，最后体现在发酵液中EPS的浓度水平上，利用该函数可以确定发酵过程中所需的总交换容量，方便进行相关树脂的筛选和添加。而由于CaO的添加量的控制直接影响到EPS与细胞表层蛋白之间的衔接模式和EPS的产能水平，通过Ca
2+
在弱阴离子交换树脂上进行吸附的热力学、动力学实验，可以呈现出Ca
2+
在树脂上的吸附模式及其变化规则，利用该吸附模式及其变化规则，可以优化条件，从而降低Ca
2+
在弱阴离子交换树脂上的吸附。
[0018]基于以上研究和实验，本专利技术在发酵过程中，添加以氨基为基团的弱碱性阴离子交换树脂构成的缓冲体系，不仅为菌体的生长提供一个相对稳定的环境，而且可使糖基转移酶的活性达到最佳，从而很好地保护了菌体的生长，促进了EPS的生物合成；而添加CaO作为中和剂，可以提高EPS的浓度水平；特定选择52℃的高温发酵，又可以减少所用弱碱性阴离子交换树脂对钙的吸附效果，维持较好的缓冲能力，提高了发酵液中EPS的浓度水平。
附图说明
[0019]图1为EPS浓度水平与D301阴离子交换树脂总离子交换容量关系图。
[0020]图2为Ca
2+
在D301阴离子交换树脂上吸附容量比(w/w)与温度的关系(平衡时间5h)
[0021]实验中Ca
2+
原始浓度C0(mol/L)分别为：系列1，0.80；系列2，0.72；系列3，0.66。
[0022]图3为Ca
2+
原始浓度C0(mol/L 50℃)与D301阴离子交换树脂吸附容量比(％w/w)的关系(平衡时间5h)。
[0023]图4为实施例1平行样1发酵液的检测色谱流出曲线。
[0024]图5为实施例1平行样2发酵液的检测色谱流出曲线。
[0025]图6为实施例1平行样3发酵液的检测色谱流出曲线。
[0026]图7为实施例1平行样4发酵液的检测色谱流出曲线。
[0027]图8为实施例1平行样5发酵液的检测色谱流出曲线。
具体实施方式
[0028]以下结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明。
[0029]图1为EPS浓度水平与弱阴离子交换树脂总离子交换容量关系的数学模型图。本专利技术具体实施例中，选用的弱阴离子交换树脂为D301阴离子交换树脂。EPS浓度水平与阴离子
交换树脂(具体实施例中，指D301)的总离子交换容量关系，是利用GPC
‑
激光光散射进行样液分析，采用总峰面积，外标定量的方法来确定的。
[0030]如图2、3所述，中和剂CaO形成的Ca2在
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用乳酸菌发酵法生产乳酸的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：1)以发酵体积为基准，以80～120g/L的大米为原料，经糊化、液化、糖化后，添加0.1～2g/L干酪素、3～5g/L酵母膏和10～30g/L戊聚糖源，并进行灭菌处理；2)按5％接种量接种乳酸菌，52℃进行发酵；3)发酵12～20h后，添加50～110g/L蔗糖和30～80g/L蛋白粉；4)发酵36～40h后，添加弱阴离子交换树脂，48～60h后用CaO进行中和，其中，CaO用量按树脂总离子交换容量的10～30％进行，以使pH控制在pH6～7；5)每隔4～12h进行pH检测，当pH低于6时，则继续添加CaO以使pH控制在pH6～7，直至发酵结束。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴波，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：