[发明专利]一种乳酸菌高密度发酵系统及发酵方法

说明书

一种乳酸菌高密度发酵系统及发酵方法，发酵系统包括发酵罐、补料罐、超滤装置、阴离子交换树脂装置、无菌阴离子交换柱以及三个泵，发酵罐通过管道连接于超滤装置上，超滤装置通过管道连接于阴离子交换树脂装置，阴离子交换树脂装置通过管道连接于发酵罐与无菌阴离子交换柱，无菌阴离子交换柱通过管道连接于发酵罐，补料罐通过管道连接于发酵罐，其中，第一个泵设于发酵罐与超滤装置的连接管道上，将超滤装置与离子交换偶联起来，使用超滤装置截留发酵液中的菌体及大分子物质，然后用离子交换法替换传统的采用碱中和调节pH的方式，改善了乳酸菌培养过程中所受的渗透压环境，提高了菌体的产量，增加了底物的利用率，减少了生产成本。

技术领域

本发明涉及微生物发酵相关技术领域，尤其涉及一种乳酸菌高密度发酵系统及发酵方法。

背景技术

乳酸菌是一种益生菌，在自然界中分布十分广泛，在人体的肠道中、口腔中有着重要的益生作用，如促进人体生长，调节胃肠道正常菌群、维持微生态平衡，从而改善胃肠道功能、提高食物消化率和生物效价、降低血清胆固醇、控制内毒素、抑制肠道内腐败菌生长、提高机体免疫力等。在食品工业方面，乳酸菌用途非常广泛，发酵乳制品、发酵蔬菜、发酵肉制品、调味品以及生产乳酸等。目前国内的益生菌生产方面与国外的差距仍然较大，在乳酸菌培养过程中，细胞会代谢产生大量的有机酸，如乳酸等，这些有机酸会反过来抑制乳酸菌的生长，工业上一般采用碱溶液来中和，使得乳酸菌在发酵过程维持在生长的最佳pH。但是由于乳酸菌生长过程中，用于中和的碱，如NaOH溶液中的Na⁺等会影响细胞的渗透压，导致最终目标产物的质量下降。其次现有的乳酸菌发酵多为批式发酵，一次性投入过量的底物，造成底物利用率低，离心后的上清液中仍然含有大量未被菌体吸收利用的营养物质，一般被当成污水处理，造成生产成本的升高和原料的浪费，因此想要达到乳酸菌的高密度培养，就必须解决这些的问题。

发明内容

本发明提供一种乳酸菌高密度发酵系统及发酵方法，以解决现有技术的不足，将超滤装置与离子交换偶联起来，使用超滤装置截留发酵液中的菌体及大分子物质，然后用离子交换法替换传统的采用碱中和调节pH的方式，改善了乳酸菌培养过程中所受的渗透压环境，提高了菌体的产量，增加了底物的利用率，减少了生产成本，具有较强的实用性。

为了实现本发明的目的，拟采用以下技术：

一种乳酸菌高密度发酵系统，包括发酵罐、补料罐、超滤装置、阴离子交换树脂装置、无菌阴离子交换柱以及三个泵，发酵罐通过管道连接于超滤装置上，超滤装置通过管道连接于阴离子交换树脂装置，阴离子交换树脂装置通过管道连接于发酵罐与无菌阴离子交换柱，无菌阴离子交换柱通过管道连接于发酵罐，补料罐通过管道连接于发酵罐，其中，第一个泵设于发酵罐与超滤装置的连接管道上；

第二个泵设于阴离子交换树脂装置与发酵罐的连接管道上；

以及第三个泵设于发酵罐与补料罐的连接管道上；

发酵罐用于乳酸菌的高密度发酵；

补料罐用于补加新鲜的培养基与补充因离子交换而损失的培养液；

超滤装置用于菌体及大分子有机物的过滤；

阴离子交换树脂装置用于交换吸附出发酵液中的乳酸；

无菌阴离子交换柱用于维持发酵罐中的pH值。

进一步地，发酵罐包括罐体，罐体上端设有搅拌机构，罐体内部设有进气构件；

罐体包括外壳，外壳的下端设有锥形罩，外壳下端连通有连通管头，外壳内设有内筒，内筒的下端设有漏斗体，漏斗体的下端连通有出料管，锥形罩罩设于漏斗体，内筒与漏斗体的外壁设有多个导热片，导热片由铜合金制成，内筒与外壳之间设有多个套环，套环上开设有多个通眼，套环均穿有多根双头螺杆，相邻两个双头螺杆之间均设有支撑丝套，内筒与外壳的上端之间设有内嵌环，内嵌环的上端设有上封环，位于顶层的双头螺杆均穿于上封环，且位于顶层的双头螺杆的上端均通过锁定螺母连接于上封环上，内筒的上端连通有多个进料连管；