[发明专利]一种基于离子交换的乳酸菌高密度培养方法

说明书

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

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H⁺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1.0×10¹⁰～1.0×10¹¹cfu/mL，而无法突破1.0×10¹¹cfu/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OH-，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。本发明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。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于离子交换的乳酸菌高密度培养方法，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，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。