水产用乳酸菌高密度发酵的研究

郑秀洁，张云泽，张 礼，刘洪岩，李炳乾，辛乃宏

(中盐工程技术研究院有限公司，天津 300450)

乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB)是指一类能够利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸的革兰氏阳性菌细菌的统称[1]。

乳酸菌在水体中繁殖的过程中能够产生胞外酶，它能够将水体和底泥中的残余饵料、排泄废物和动植物残体等有机物分解，这些有机物首先分解为小分子，如高级脂肪酸和多肽等，然后分解为更小的分子有机物，如单糖、氨基酸、低级脂肪酸和环烃等，最终分解为二氧化碳、硝酸盐、硫酸盐等，从而降低了水中的 BOD 、COD，使水中的氮、氨、硫化物和亚硝酸氮的浓度降低，具有清除底泥和减轻水体富营养化的作用，此外芽孢杆菌分泌的多种抗生素和酶类都能抑制其它病原菌的生长[2-5]。

乳酸菌作为水产养殖用添加剂，一些研究证明其能够促进养殖品种加速生长，降低饲料系数，维持肠道微生态平衡，增强动物机体免疫力，提高抗病能力和减少污染等[6]。

文章对乳酸菌的高密度发酵条件进行了优化。通过对乳酸菌培养基中的碳源、氮源进行单因素实验及温度、pH值优化确定了其高密度发酵的最佳条件。

1 材料和方法

1.1 菌种

乳酸菌，来自天津市水产研究所。

1.2 基础培养基及条件

培养基。葡萄糖10 g/L、玉米浆10 g/L、NaCl 0.5 g/L、K2HPO41.5 g/L、硫酸锰0.3 g/L，硫酸镁0.5 g/L。培养温度为30 ℃；pH值为7.0；培养时间为24 h。

1.3 实验方法

1.3.1 碳源的优化

选取葡萄糖分别为5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L、25 g/L、30 g/L、35 g/L,进行葡萄糖优化实验，每个梯度设置三个平行样，其它培养条件如1.2所述，下同。

1.3.2 氮源的优化

氮源的优化首先选取酵母粉、蛋白胨、玉米浆、尿素，各为1%进行比较，每个梯度设置三个平行，确定氮源后按5 g/L,10 g/L,15 g/L,20 g/L,25 g/L,30 g/L共6个梯度进行发酵培养。

1.3.3 pH值优化

设置pH值为5.5、5.7、6.0、6.2、6.5、7.0共6个梯度进行实验，每个梯度设置三个平行样。

1.3.4 温度优化

设置温度为30 ℃、32 ℃、35 ℃、37 ℃、40 ℃共5个梯度进行实验，每个梯度设置三个平行样。

2 结果与分析

2.1 碳源的优化

如图1所示，在所设定的7个葡萄糖浓度梯度中，乳酸菌的干重随着葡萄糖浓度的增大而增加，但当葡萄糖浓度达到25 g/L～30 g/L时，乳酸菌的干重达到最大，再继续增大葡萄糖浓度，乳酸菌干重会随之降低。综合考虑性价比，最终选定葡萄糖浓度为25 g/L。

图1 葡萄糖浓度对乳酸菌的影响Fig.1 The effect of glucose concentration on LAB

2.2 氮源的优化

实验结果如图2所示，图2(a)为不同氮源对乳酸菌的影响，从图2(a)得知，在相同条件下，酵母粉作为氮源时乳酸菌的干重最大，故终选定酵母粉作为乳酸菌的最终氮源；图2(b)为不同酵母粉浓度对乳酸菌发酵的影响，从图2(b)中可知，当酵母粉浓度为25/L时乳酸菌干重为最大值，故乳酸菌培养基中氮源选定为25 g/L的酵母粉。

图2 氮源对乳酸菌的影响(a：不同氮源对其的影响；b：酵母粉浓度对其的影响)Fig.2 The effect of nitrogen on LAB(a: the effect of different nitrogen; b: the effect of soybean cake powder)

2.3 pH值的优化

实验结果如图3所示，当培养基的pH值为6.2时，乳酸菌的干重为最大值，而当pH值小于6.2时，乳酸菌的干重随着pH值的增大而增大；当pH值大于6.2时，乳酸菌的干重随着pH值的增大而减小。因此，在乳酸菌的发酵中pH值选定为6.2。

图3 pH值对乳酸菌发酵的影响Fig.3 The effect of pH on LAB

2.4 温度的优化

实验结果如图4所示，当温度小于37 ℃时，乳酸菌的干重随着温度的增大而增大，当温度达到37 ℃，乳酸菌的干重达到最大值，之后继续增大温度，乳酸菌的干重随之降低。结合实验结果，最终选定最终培养温度为37 ℃。

图4 温度对乳酸菌发酵的影响Fig.4 The effect of temperature on LAB

3 结论

文章对乳酸菌异养发酵培养的碳源、氮源、温度以及pH值进行了研究,得出以下结论:

1)通过对乳酸菌发酵碳源的优化，从乳酸菌干重变化曲线中可知，当葡萄糖浓度达到25 g/L时，乳酸菌干重达到最大，综合考虑，最终选定葡萄糖浓度为25 g/L。

2)通过对发酵液中氮源的优化得知，乳酸菌培养基中氮源选定为25 g/L的酵母粉。

3)从对乳酸菌的pH值优化可知，当培养基的pH值为6.2时，乳酸菌的干重为最大值，而当pH值小于6.2时，乳酸菌的干重随着pH值的增大而增大；当pH值大于6.2时，乳酸菌的干重随着pH值的增大而减小。因此，在乳酸菌的发酵中pH值选定为6.2。

4)从对乳酸菌培养温度的优化得知，当温度达到37 ℃，乳酸菌的干重达到最大值，所以，选定最终培养温度为37 ℃。