水產用乳酸菌高密度發(fā)酵的研究

鄭秀潔，張云澤，張 禮，劉洪巖，李炳乾，辛乃宏

(中鹽工程技術研究院有限公司，天津 300450)

乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB)是指一類能夠利用可發(fā)酵碳水化合物產生大量乳酸的革蘭氏陽性菌細菌的統(tǒng)稱[1]。

乳酸菌在水體中繁殖的過程中能夠產生胞外酶，它能夠將水體和底泥中的殘余餌料、排泄廢物和動植物殘體等有機物分解，這些有機物首先分解為小分子，如高級脂肪酸和多肽等，然后分解為更小的分子有機物，如單糖、氨基酸、低級脂肪酸和環(huán)烴等，最終分解為二氧化碳、硝酸鹽、硫酸鹽等，從而降低了水中的 BOD 、COD，使水中的氮、氨、硫化物和亞硝酸氮的濃度降低，具有清除底泥和減輕水體富營養(yǎng)化的作用，此外芽孢桿菌分泌的多種抗生素和酶類都能抑制其它病原菌的生長[2-5]。

乳酸菌作為水產養(yǎng)殖用添加劑，一些研究證明其能夠促進養(yǎng)殖品種加速生長，降低飼料系數(shù)，維持腸道微生態(tài)平衡，增強動物機體免疫力，提高抗病能力和減少污染等[6]。

文章對乳酸菌的高密度發(fā)酵條件進行了優(yōu)化。通過對乳酸菌培養(yǎng)基中的碳源、氮源進行單因素實驗及溫度、pH值優(yōu)化確定了其高密度發(fā)酵的最佳條件。

1 材料和方法

1.1 菌種

乳酸菌，來自天津市水產研究所。

1.2 基礎培養(yǎng)基及條件

培養(yǎng)基。葡萄糖10 g/L、玉米漿10 g/L、NaCl 0.5 g/L、K2HPO41.5 g/L、硫酸錳0.3 g/L，硫酸鎂0.5 g/L。培養(yǎng)溫度為30 ℃；pH值為7.0；培養(yǎng)時間為24 h。

1.3 實驗方法

1.3.1 碳源的優(yōu)化

選取葡萄糖分別為5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L、25 g/L、30 g/L、35 g/L,進行葡萄糖優(yōu)化實驗，每個梯度設置三個平行樣，其它培養(yǎng)條件如1.2所述，下同。

1.3.2 氮源的優(yōu)化

氮源的優(yōu)化首先選取酵母粉、蛋白胨、玉米漿、尿素，各為1%進行比較，每個梯度設置三個平行，確定氮源后按5 g/L,10 g/L,15 g/L,20 g/L,25 g/L,30 g/L共6個梯度進行發(fā)酵培養(yǎng)。

1.3.3 pH值優(yōu)化

設置pH值為5.5、5.7、6.0、6.2、6.5、7.0共6個梯度進行實驗，每個梯度設置三個平行樣。

1.3.4 溫度優(yōu)化

設置溫度為30 ℃、32 ℃、35 ℃、37 ℃、40 ℃共5個梯度進行實驗，每個梯度設置三個平行樣。

2 結果與分析

2.1 碳源的優(yōu)化

如圖1所示，在所設定的7個葡萄糖濃度梯度中，乳酸菌的干重隨著葡萄糖濃度的增大而增加，但當葡萄糖濃度達到25 g/L～30 g/L時，乳酸菌的干重達到最大，再繼續(xù)增大葡萄糖濃度，乳酸菌干重會隨之降低。綜合考慮性價比，最終選定葡萄糖濃度為25 g/L。

圖1 葡萄糖濃度對乳酸菌的影響Fig.1 The effect of glucose concentration on LAB

2.2 氮源的優(yōu)化

實驗結果如圖2所示，圖2(a)為不同氮源對乳酸菌的影響，從圖2(a)得知，在相同條件下，酵母粉作為氮源時乳酸菌的干重最大，故終選定酵母粉作為乳酸菌的最終氮源；圖2(b)為不同酵母粉濃度對乳酸菌發(fā)酵的影響，從圖2(b)中可知，當酵母粉濃度為25/L時乳酸菌干重為最大值，故乳酸菌培養(yǎng)基中氮源選定為25 g/L的酵母粉。

圖2 氮源對乳酸菌的影響(a：不同氮源對其的影響；b：酵母粉濃度對其的影響)Fig.2 The effect of nitrogen on LAB(a: the effect of different nitrogen; b: the effect of soybean cake powder)

2.3 pH值的優(yōu)化

實驗結果如圖3所示，當培養(yǎng)基的pH值為6.2時，乳酸菌的干重為最大值，而當pH值小于6.2時，乳酸菌的干重隨著pH值的增大而增大；當pH值大于6.2時，乳酸菌的干重隨著pH值的增大而減小。因此，在乳酸菌的發(fā)酵中pH值選定為6.2。

圖3 pH值對乳酸菌發(fā)酵的影響Fig.3 The effect of pH on LAB

2.4 溫度的優(yōu)化

實驗結果如圖4所示，當溫度小于37 ℃時，乳酸菌的干重隨著溫度的增大而增大，當溫度達到37 ℃，乳酸菌的干重達到最大值，之后繼續(xù)增大溫度，乳酸菌的干重隨之降低。結合實驗結果，最終選定最終培養(yǎng)溫度為37 ℃。

圖4 溫度對乳酸菌發(fā)酵的影響Fig.4 The effect of temperature on LAB

3 結論

文章對乳酸菌異養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)的碳源、氮源、溫度以及pH值進行了研究,得出以下結論:

1)通過對乳酸菌發(fā)酵碳源的優(yōu)化，從乳酸菌干重變化曲線中可知，當葡萄糖濃度達到25 g/L時，乳酸菌干重達到最大，綜合考慮，最終選定葡萄糖濃度為25 g/L。

2)通過對發(fā)酵液中氮源的優(yōu)化得知，乳酸菌培養(yǎng)基中氮源選定為25 g/L的酵母粉。

3)從對乳酸菌的pH值優(yōu)化可知，當培養(yǎng)基的pH值為6.2時，乳酸菌的干重為最大值，而當pH值小于6.2時，乳酸菌的干重隨著pH值的增大而增大；當pH值大于6.2時，乳酸菌的干重隨著pH值的增大而減小。因此，在乳酸菌的發(fā)酵中pH值選定為6.2。

4)從對乳酸菌培養(yǎng)溫度的優(yōu)化得知，當溫度達到37 ℃，乳酸菌的干重達到最大值，所以，選定最終培養(yǎng)溫度為37 ℃。