乳酸菌高密度培养及浓缩型发酵剂研究_阮雁春

理肠道，控制肠道内腐败菌类的生长，提高人体抵抗力等作用。生产高活性的乳酸菌发酵剂，最重要的是掌握有
关乳酸菌高密度培养的相关技术，包括培养时的温度、培养基的 pH 值、代谢产物、浓缩型培养方法及培养基种
类等。
关键词： 乳酸菌培养; 发酵剂研究; 培育方法
中图分类号： TS252
文献标识码： A
文章编号： 1008 － 5432（ 2013） 02 － 0032 － 03
发酵剂有体积小、方便运输、操作简单、适应 能力强等优点，不需要通过扩大培养这一传统手 段就能对发酵制品进行直接生产，在简化生产工 艺的同时，还保证了产品质量的稳定性，能够控制 菌种发生变质。研制出浓缩发酵剂的重要方式就 是通过对乳酸菌采用高活性、高密度培养。高密 度培养技术（ High Cell Density Culture，HCDC） 又 称高密度发酵技术，通常是指为了提高菌体发酵 密度而使液体培养中的细胞密度超过常规培养 10 倍以上的生长状态的技术。这样既降低了培 养规模，又 减 少 了 生 产 时 间，不 但 降 低 了 投 资 成 本，还增强了产品的竞争力。然而菌种不同，其高 密度水平有很大差别。［1］
实验得出，最适合乳酸菌生长繁殖的 pH 环 境为 6. 5 ～ 7. 0，乳酸菌在培养液中生长时会生成 许多有机酸，当其产生到一定数量时能够阻碍细 胞的生长。因此通过控制培养基 pH 值的变化幅 度及提高培养基的缓冲能力会对细胞数目的增加 有显著的调节作用。pH 值发生变化是由于乳酸 菌代谢产物的不同造成的，因此查看 pH 值的变 化也可以作为依据，将其结合，完善高密度培养的 发酵过程。在进行自助添加新的培养液的培养方 式中，调节 pH 值的主要方法是连续添加新的培
对实验数据进行处理，我们绘制了 pH 值对 乳酸菌培养的影响曲线，如图 2 所示，可见不同 pH 值下乳酸菌的生长速度是不同的，适时调节培 养基的 pH 值可以高效维持乳酸菌健康生长，使 pH 值保持在 6. 0 － 6. 5 之间效果较为明显。［3］
图 2 pH 值对乳酸菌培养的影响曲线
2 高密度浓缩乳酸菌的培育方法
将乳酸菌进行冷冻和干燥发现，若要使菌体 细胞膜中的不饱和脂肪酸含量提高，可增加乳酸 菌在冻干过程中的存活率，增强乳酸菌中细胞活 性。将培养温度调节至低于最适温度 10℃ ，可使 乳酸菌细胞内不饱和脂肪酸和不溶性多糖含量增 加，同样可以提高菌体的冻干存活率； 为了使乳酸 菌细胞在冻干过程中大量存活，一般可通过使用 诸如 NH3 ·H2 O 以及 Ca（ OH） 2 等碱类物质来进 行培养过程中 pH 值的调节，以此来保证培养基 中的酸度不会太高； 而为了使乳酸菌菌体在冻干 过程中大量存活，一般都会在细胞生长到对数生 长末期或者是生长到稳定生长初期进行收获。 1. 4 pH 值
1 影响乳酸菌高密度培养的因素
为了使菌体最终的种群密度最大化，需要对 高密度培养过程的各道工序进行合理安排。本实 验培养乳酸菌过程中选择的培养基直接影响了乳 酸菌的培养方式及生长过程，限制所培养乳酸菌 的密度，其影响因素主要是培养基的组成成分、培 养基的 pH 值、培养时所需温度和可能积累的各 种代谢产物及副产物等。［2］
乳酸菌在生长过程中会产生大量乳酸，为了 使乳酸菌大量繁殖，需要使培养液的 pH 值达到 稳定值，通常做法是向培养液中添加一些碱类物 质中和。［5］ 2. 3 膜渗析法
为了使乳酸菌较快繁殖，可以不断地在乳酸 菌培养液中添加一些营养物质，此过程产生的各
·33·
2013 年第 2 期（ 总第 105 期）
不同的乳酸菌最佳生长温度不同，我们在实 验过程中提取制备出乳酸菌，在培养基上进行了 温度范围在 25℃ ～ 42℃ 之间乳酸菌最适温度的 实验，其结果如图 1 所示。从图 1 中可以看出，乳 酸菌适宜在 37℃ 的温度中培养，此温度下可使发 酵液中的菌种达到最佳生长速率，增加活菌种群
作者简介： 阮雁春( 1972—) ，女，江苏扬州人，工程硕士，江苏省扬州商务高等职业学校讲师，主要从事食品生产与加工研 究以及高等职业教育研究。
作为细菌的一种，乳酸菌能够在乳糖或葡萄 糖的发酵过程中生成乳酸，它对促进肠道蠕动、帮 助消化具有十分显著的功效。此外，乳酸菌还具 有发酵功能，此功能对生产泡菜、乳制品、干酪、发 酵香肠等食品十分有帮助。对于这些专用于传统 食品的发酵剂研制和生产而言，使用乳酸菌可以 实现大规模生产，减少农产品的发酵时间。
第三，新型的发酵剂制备工艺的研究，对乳酸 菌的制备工艺具有深远意义。由于现代生物技术 的广大前景，浓缩型发酵剂的制备和乳酸菌的高 密度培养等技术在国际上具有非常广阔的市场。 只有更加系统全面地学习和研究乳酸菌的遗传学 和生理学等方面的知识，才能够生产出优良的乳 酸菌制 品，走 向 新 时 代 乳 酸 菌 发 酵 工 业 的 光 明 前景。
养料，保证其最适的 pH 值环境，从而达到高密度 繁殖的目的。
在对培养基中的 pH 值进行测定的过程中， 首先应将基础培养基的 pH 值设置到 5. 5 ～ 7. 0 之间，16h 后分别测量起始 pH 值不同的培养基中 活菌的数目。通过实验很容易看出，起始的 pH 值不能过高或过低，否则会阻碍乳酸菌生长，并且 可以知道培养基的最适 pH 值为 6. 5，因此可以在 试验中适当设置起始 pH 值，使其处于略高水平， 可以有效避免 pH 值的快速降低。
2013 年第 2 期（ 总第 105 期）
四川烹饪高等专科学校学报
乳酸菌高密度培养及浓缩型发酵剂研究
阮雁春
（ 江苏省扬州商务高等职业学校，江苏 扬州 225127）
摘 要：Байду номын сангаас乳酸菌是益生菌群中的一种，无论是对人类还是对其他生物都有重要影响。研究指出，生物生长过程中乳酸菌
能抑制腐败菌类的繁殖、保持微生态平衡; 提高消化吸收能力; 使血压血脂以及血清胆固醇的含量降低; 起到清
浓缩培养的基本原理是： 通常采用调节 pH 值、清除代谢产物以及添加营养物质对乳酸菌进 行培养，通过排出代谢产物解决乳酸对细胞生长 产生的抑制作用。目前，有以下几种浓缩培养乳 酸菌的方法可供选择［4］： 2. 1 缓冲盐法
为了最大程度地加快乳酸菌的繁殖和生长， 需要找到最适合的生长繁殖酸度，这就要加入缓 冲盐制剂，来调节乳酸菌培养液的酸度，使其在一 定的范围内发生变化。 2. 2 中和法
1. 1 乳酸菌代谢产物 乳酸菌高密度培养过程中需要对代谢产物进
行调控。通过分析生长曲线，可以很容易得出反 馈抑制作用和代谢产物的积累是阻碍微生物生长 的重要原因。三羧酸循环代谢和电子传递链会在 高密度培养乳酸菌的过程中生成一些有害的代谢 产物。在进行分批培养过程中，也有可能由于细 胞密度过高而降低菌体的适应能力。乳酸菌发酵 过程中产生的盐类能阻碍细菌的生长，使其生长 变慢，阻碍合成代谢副产物中蛋白质的产生。代 谢产物的积累抑制了其生长繁殖，对此应该选择 有效方法缓解这种抑制作用，以便进行高效生产。 1. 2 温度
On Cultivation of High-density Lactic Acid Bacteria and Thickened Fermentation Agents
RUAN Yan-chun
（ Jiangsu Yangzhou Vocational College of Commerce，Yangzhou 225127，Jiangsu，China）
按乳酸菌生长温度的差异将其分为中温型及 高温 型 两 种，其 所 需 最 适 温 度 分 别 为 30℃ 和 37℃ 。条件改变，其生长温度也发生改变。对于 乳酸菌来说，不同类型乳酸菌的最适温度范围也 存在差异。
大量实验表明，低于 37℃ 乳酸菌是最佳培养 温度，这样 可 以 减 少 营 养 物 的 摄 入，减 缓 生 长 速 率。研究人员发现，在 25℃ ～ 42℃ 内，42℃ 最适 合培养异体蛋白，但也有其他少数蛋白质最佳适 应温度是 37℃ 或 34℃ ，甚至更低。
·32·
2013 年第 2 期
乳酸菌高密度培养及浓缩型发酵剂研究
的密度。
图 1 温度对乳酸菌培养的影响
1. 3 培养基 碳源的差异可以影响乳酸菌的成长。选择由
麦芽糖、蔗糖、葡萄糖等构成的复合糖培养 16h， 培养后测量活菌数和滴定酸度。试验结论反映， 无论何种碳源都会对活菌数及滴定酸度造成显著 影响。通过对活菌数量进行对比分析，在培养液 中添加含低量葡萄糖的复合碳源，将麦芽糖和乳 糖的比例设置为 1 ∶ 1，此时乳酸的含量最高。添 加麦芽糖所生成的乳酸含量较少，会阻碍乳酸菌 的生长，所以将乳糖和麦芽糖按比例添加才能够 保证正常的 pH 值环境。
参考文献：
［1］孟祥晨，等． 乳酸菌与乳品发酵剂［M］． 北京： 科学出版社，2009． ［2］张刚． 乳酸细菌： 基础、技术和应用［M］． 北京： 化学工业出版社，2007． ［3］涂展． 浓缩型乳酸菌发酵剂的制备［J］． 中国乳品工业，2007（ 5） ： 79 － 82． ［4］张帅震． 发酵乳及新型发酵剂的研究概述［J］． 中国奶牛，2009（ 1） ： 8 － 10． ［5］强亮生，等． 食品添加剂与功能性食品： 配方·制备·应用［M］． 北京： 化学工业出社，2010． ［6］霍贵成． 乳酸菌的研究与应用［M］． 北京： 科学出版社，2009． ［7］郭兴华． 益生乳酸细菌： 分子生物学及生物技术［M］． 北京： 科学出版社，2008．
3 培养高密度的乳酸菌广阔发展前景及 展望
当前，高密度乳酸菌的研发在国内还是一个 新兴的领域，特别是在这种直接使用型发酵剂相
对缺少的时候。而作为拥有巨大市场潜力的发酵 剂，包括大豆制品、蔬菜肉类及酒类在内的优良直 投型发酵剂，更重要的是使用优良发酵剂可使发 酵食品的生产成本降低，提高了发酵食品的安全 性。［7］乳 酸 的 开 发 潜 力 非 常 巨 大，对 乳 酸 菌 进 行 研究时，应该注意以下方面：
Abstract： As a type of probiotic，lactic acid bateria have an impact on humans and other organism． Research has shown that they help to，in the growth of animals，restrict the reproduction of spoilage bacteria，maintain micro-biotic balance，promote digestion and absorption，reduce blood pressure，blood fat and serum cholesterol， clean enteric tract，and improve immunity． The key to the cultivation of fermentation agent for high-activity lactic acid bacteria is the teachnology of high-density cultivation of lactic acid bateria，including temperature，ph values，metabolites，thickening methods and culture media． Key words： cultivation of lactic acid bacteria； research on fermentation agents； cultivation methods