第5期 吕乐等：乳酸菌USTB08的高效培养和生产乳酸 ·605· 高，乳酸菌USTB-08在接种量为1%时培养获得的 2.5恒定控制pH同步流加蔗糖对乳酸菌生长和 菌体浓度最高 产乳酸的效应 14 图7是在50L全自控发酵罐中，以10%的氢氧 12 化钠和25%蔗糖作为流加液，恒定控制pH值为 1.0 6.00、6.50和7.00下乳酸菌生长和产乳酸的效果 0.8 与pH6.00和7.00相比，在pH6.50下乳酸菌的生 04 长非常迅速，20h后0D6om达到了13.2，远超同期 02 pH6.00和7.00下0D6s0m为4.6和7.4的水平，乳 0.1 0.5 1.0 酸菌生物量提高了187.0%和78.4%（图7(a)). 5.0 接种量/% 在pH7.00时，乳酸产量则最高，24h后达28.0g· 图5不同接种量对乳酸菌USTB-O8生长的效应 L-1,明显高于同期pH6.00和6.50下16.5gL-1 Fig.5 Effects of different inoculum amounts on the growth of Lacto- 和7.3gL-的水平（图7(b)).恒定控制pH值为 bacillus sp.USTB-08 6.50,0~20h内，发酵液中蔗糖的残余量在，从 环境的pH值对微生物的生命活动影响也很 13.5gL1下降到1.2g·L-1,蔗糖加入量则从 大.这主要是因为一方面pH值会引起细胞膜电荷 0gL-1上升到24.1gL-1;20h后，菌体进入稳定 变化，以及影响营养物离子化程度，从而影响微生物 期，蔗糖残余量和加入量均保持稳定（图7（©）).在 对营养物质的吸收；另一方面pH值的改变对酶的 pH6.00和7.00时，整个发酵期内乳酸菌生物量持 活性有影响.一般来说，乳酸菌生长的pH值为 续增加，蔗糖的残余量分别从15.1gL1下降到 5.00~7.00,pH值为6.50~7.00时最适宜乳酸菌 2.2gL-1和从16.5gL1下降到7.9gL-1,蔗糖加 的生长.图6表明，采用单因素实验方法，在初始 入量则分别从0g·L1上升到22.0g·L-1和 pH值为6.00、6.50、7.00、7.50和8.00下，初始pH 42.4gL-1(图7(c)).乳酸发酵属于生长耦联型发 值为6.50是支持乳酸菌快速生长的最优初始pH 酵，在发酵过程中边长菌边产酸，把菌体的生长控制 值，培养5d后0Domm可达1.4.Ohkouchi等a研 在合适的范围(OD值)内，有利于维持高产酸速率 究发现适宜乳酸菌（Lactobacillus manihotivorans 时间.乳酸菌USTB-O8在pH6.50时生长速度最 LMG18011)生长的最适初始pH值为5.0~5.5，当 快，生物量最大，但此时发酵液中蔗糖残余量较低， pH值高于6.0或者低于4.5时，乳酸菌转化淀粉生 不利于乳酸的积累，因此在pH6.50时乳酸产量最 成乳酸的能力降低.谷长维和熊涛等)研究发 低。在一定范围内，乳酸菌发酵液中残糖浓度增加 现乳酸菌适宜生长的环境pH值为弱酸性，分别为 可以提高乳酸的产量m,与pH6.50相比，pH6.00 6.50和6.30~5.80.本文研究发现乳酸菌USTB08 和7.00时，乳酸菌生长速度减慢，生物量降低. 生长的最适初始pH值则为6.50，弱酸性，pH值升 pH6.00时发酵液中蔗糖残余量在2.2g·L-1以上， 高或降低都会影响其生长 乳酸产量略有上升：pH7.00时蔗糖加入量为 42.4gL-1,蔗糖残余量为7.9gL-1,此时乳酸含量 16 14 最高为28.0gL-1 1.2 乳酸菌发酵属于生长耦联型发酵，发酵过程中 1.0 产生乳酸，大量的乳酸积累一方面使发酵液的pH 0.8 值降低，当pH值降到4.0以下时，就会对乳酸菌的 06 生长产生严重的抑制作用：另一方面乳酸的积累还 0 会发生产物抑制作用，影响乳酸菌生长.因此，在乳 酸菌发酵过程中，必须通过流加营养物质、调节pH 6.00 6.50 7.00 7.50 8.00 pH 值和排除代谢产物等方法以获得高密度培养.Mu 图6不同初始pH值对乳酸菌USTB-08生长的效应 等研究发现在补料分批发酵过程中通过流加 Fig.6 Effects of different initial pH values on the growth of Lactoba- NaOH恒定控制pH6.0,12h后每隔2h流加 cillus sp.USTB-08 100gL-1的苯丙酮酸120mL和500g·L-1的葡萄糖第 5 期 吕 乐等: 乳酸菌 USTB--08 的高效培养和生产乳酸 高，乳酸菌 USTB--08 在接种量为 1% 时培养获得的 菌体浓度最高． 图 5 不同接种量对乳酸菌 USTB--08 生长的效应 Fig． 5 Effects of different inoculum amounts on the growth of Lacto￾bacillus sp． USTB-08 环境的 pH 值对微生物的生命活动影响也很 大． 这主要是因为一方面 pH 值会引起细胞膜电荷 变化，以及影响营养物离子化程度，从而影响微生物 对营养物质的吸收; 另一方面 pH 值的改变对酶的 活性 有 影 响． 一 般 来 说，乳 酸 菌 生 长 的 pH 值 为 5. 00 ～ 7. 00，pH 值为 6. 50 ～ 7. 00 时最适宜乳酸菌 的生长． 图 6 表明，采用单因素实验方法，在初始 pH 值为 6. 00、6. 50、7. 00、7. 50 和 8. 00 下，初始 pH 值为 6. 50 是支持乳酸菌快速生长的最优初始 pH 值，培养 5 d 后 OD680 nm可达 1. 4． Ohkouchi 等［16］研 究发 现 适 宜 乳 酸 菌 ( Lactobacillus manihotivorans LMG18011) 生长的最适初始 pH 值为 5. 0 ～ 5. 5，当 pH 值高于 6. 0 或者低于 4. 5 时，乳酸菌转化淀粉生 成乳酸的能力降低． 谷长维［11］和熊涛等［13］研究发 现乳酸菌适宜生长的环境 pH 值为弱酸性，分别为 6. 50 和 6. 30 ～ 5. 80． 本文研究发现乳酸菌USTB--08 生长的最适初始 pH 值则为 6. 50，弱酸性，pH 值升 高或降低都会影响其生长． 图 6 不同初始 pH 值对乳酸菌 USTB--08 生长的效应 Fig． 6 Effects of different initial pH values on the growth of Lactoba￾cillus sp． USTB-08 2. 5 恒定控制 pH 同步流加蔗糖对乳酸菌生长和 产乳酸的效应 图 7 是在 50 L 全自控发酵罐中，以 10% 的氢氧 化钠和 25% 蔗糖作为流加液，恒定控制 pH 值为 6. 00、6. 50 和 7. 00 下乳酸菌生长和产乳酸的效果． 与 pH 6. 00 和 7. 00 相比，在 pH 6. 50 下乳酸菌的生 长非常迅速，20 h 后 OD680 nm达到了 13. 2，远超同期 pH 6. 00 和 7. 00 下 OD680 nm为 4. 6 和 7. 4 的水平，乳 酸菌生物量提高了 187. 0% 和 78. 4% ( 图 7 ( a) ) ． 在 pH 7. 00 时，乳酸产量则最高，24 h 后达 28. 0 g· L － 1 ，明显高于同期 pH 6. 00 和 6. 50 下 16. 5 g·L － 1 和 7. 3 g·L － 1 的水平( 图 7( b) ) ． 恒定控制 pH 值为 6. 50，0 ～ 20 h 内，发酵液中蔗糖的残余量在，从 13. 5 g·L － 1 下 降 到 1. 2 g·L － 1 ，蔗糖加入量则从 0 g·L － 1 上升到 24. 1 g·L － 1 ; 20 h 后，菌体进入稳定 期，蔗糖残余量和加入量均保持稳定( 图 7( c) ) ． 在 pH 6. 00 和 7. 00 时，整个发酵期内乳酸菌生物量持 续增加，蔗糖的残余量分别从 15. 1 g·L － 1 下降到 2. 2 g·L － 1 和从 16. 5 g·L － 1 下降到 7. 9 g·L － 1 ，蔗糖加 入量 则 分 别 从 0 g·L － 1 上 升 到 22. 0 g·L － 1 和 42. 4 g·L － 1 ( 图 7( c) ) ． 乳酸发酵属于生长耦联型发 酵，在发酵过程中边长菌边产酸，把菌体的生长控制 在合适的范围( OD 值) 内，有利于维持高产酸速率 时间． 乳酸菌 USTB--08 在 pH 6. 50 时生长速度最 快，生物量最大，但此时发酵液中蔗糖残余量较低， 不利于乳酸的积累，因此在 pH 6. 50 时乳酸产量最 低． 在一定范围内，乳酸菌发酵液中残糖浓度增加 可以提高乳酸的产量［17］，与 pH 6. 50 相比，pH 6. 00 和 7. 00 时，乳酸菌生长速度减慢，生 物 量 降 低． pH 6. 00时发酵液中蔗糖残余量在 2. 2 g·L － 1 以上， 乳酸 产 量 略 有 上 升; pH 7. 00 时蔗糖加入量为 42. 4 g·L － 1 ，蔗糖残余量为 7. 9 g·L － 1 ，此时乳酸含量 最高为 28. 0 g·L － 1 ． 乳酸菌发酵属于生长耦联型发酵，发酵过程中 产生乳酸，大量的乳酸积累一方面使发酵液的 pH 值降低，当 pH 值降到 4. 0 以下时，就会对乳酸菌的 生长产生严重的抑制作用; 另一方面乳酸的积累还 会发生产物抑制作用，影响乳酸菌生长． 因此，在乳 酸菌发酵过程中，必须通过流加营养物质、调节 pH 值和排除代谢产物等方法以获得高密度培养． Mu 等［18］研究发现在补料分批发酵过程中通过流加 NaOH 恒 定 控 制 pH 6. 0，12 h 后 每 隔 2 h 流 加 100 g·L － 1 的苯丙酮酸 120 mL 和 500 g·L － 1 的葡萄糖 ·605·