不同厂家硫酸镁对乳酵素发酵的影响

鹿晓慧，谢全喜，周 红，侯楠楠，王 梅，王 倩，谷 巍

（山东宝来利来生物工程股份有限公司山东省动物微生态制剂重点实验室，山东泰安271000）

硫酸镁是重要的无机化工产品，可应用于饲料、医药、食品等领域。目前，国内生产硫酸镁的方法主要是硫酸合成法等。在临床中，硫酸镁多用于治疗妊娠期高血压，具有解痉、镇静、降压、利尿等功效[1-4]。硫酸镁作为一种无机盐添加在培养基中，镁离子是多种酶的催化剂，有助于碳水化合物在体内的合成与转化，参与脂肪代谢与蛋白质的合成，是赖氨酸产生的重要酶激活剂[5]。镁离子是生物机体细胞内第2大离子成分，参与并调节机体许多离子通道活性及酶反应，是生物体内造骨过程中和肌肉收缩时所必需的因子，可以抑制乙酰胆碱的释放，阻止神经肌肉连接处的传导，降低或解除肌肉收缩，对生物体内的物质代谢和神经功能起着重要作用。硫元素有利于含硫氨基酸的合成，影响机体对蛋白的利用，提高动物机体生产性能，促进蛋白质的合成。硫酸镁作为良好饲料添加剂，一方面可以保证畜禽机体的正常生长繁殖；另一方面可以预防多种疾病，降低死亡率，提高畜牧业生产的经济效益[6-8]。

乳酵素作为饲料添加剂，其作用机理是发酵后可以活化乳酸菌使其迅速在动物体内定植，改善动物肠道pH值，抑制副伤寒杆菌等有害菌的活性。乳酸菌内的过氧化氢能够刺激过氧化氢酶及胃蛋白酶的活化，有效抑制革兰氏阴性细菌如大肠杆菌等，同时提高饲料的消化吸收率[9-10]。乳酵素是一款水溶性产品，硫酸镁作为乳酵素的组成成分，其溶解度影响乳酵素的水溶性。经过调查，选取相同价位区间市售较好的8个厂家硫酸镁产品，研究其对乳酵素发酵的影响，选择适宜乳酵素产品的硫酸镁。

1 材料与方法

1.1 试验材料

硫酸镁采购自不同厂家；乳酸菌由山东宝来利来生物工程股份有限公司提供。

1.2 培养基

乳酵素：乳酸菌0.11 g（1.0×109CFU/g）、乳清粉51.5%、硫酸铵12.5%、氯化钠6.5%、轻钙3.5%、硫酸镁2.5%、葡萄糖23.5%。

MRS 培养基：硫酸镁0.2 g、硫酸锰0.5 g、吐温801 g、磷酸氢二钾2 g、柠檬酸铵2 g、无水乙酸钠5 g、酵母浸膏5 g、牛肉浸膏10 g、蛋白胨10 g、葡萄糖20 g、蒸馏水1000 mL。固体培养基需加入1.5%琼脂粉，pH值自然。

1.3 仪器与设备

DHP-9082 数显恒温培养箱（上海一恒科学仪器有限公司）、DHG-9140A 电热鼓风干燥箱（常州诺基仪器有限公司）、HH-4 恒温水浴锅（国华电器有限公司）、XW-80A旋涡混合器（上海弛唐电子有限公司）、PB-10Sartorius 精密pH 计[赛多利斯科学仪器（北京）有限公司]、YXQGD4B手提式压力蒸汽灭菌器（山东新华医疗器械股份有限公司）。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 硫酸镁溶解性

准确称取5 g硫酸镁溶解于100 mL蒸馏水中，观察记录硫酸镁的溶解速度、有无沉淀等。参照GB/T 9738—2018《化学试剂水不溶物测定通用方法》对硫酸镁进行水不溶物的测定。

1.4.2 液体发酵

按4%添加量添加乳酵素至水中进行液体发酵，初始乳酸菌活菌数≥1.0×105CFU/mL。37 ℃恒温培养箱中静置培养48 h。

1.4.3 pH值测定

准确量取5 mL 发酵液样品于10 mL 灭菌后的离心管中，直接使用玻璃电极pHS-3C型pH计测定pH值[11]。

1.4.4 乳酸菌活菌数测定

参照GB 4789.35—2016《食品微生物学检验乳酸菌检验》对发酵液中乳酸菌数量进行检测。

1.5 数据统计与分析

试验数据采用Excel软件进行初步处理后，采用SPSS 13.0 进行统计分析，采用One-way ANOVA 进行方差分析，最小显著差数（least significant difference，LSD）法进行组间多重比较，结果以“平均值±标准差”表示，P<0.05 表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 8个厂家硫酸镁物理性质比较（见表1）

表1 8个厂家硫酸镁物理性质Tab.1 Physical properties of magnesium sulfate from eight manufacturers

由表1 可知，8 个厂家硫酸镁水不溶物存在显著差异（P<0.05）。

2.2 8个厂家硫酸镁对乳酵素发酵的影响（见表2、表3）

由表2 可知，8 个厂家硫酸镁乳酵素发酵液pH 值在0～48 h 均呈下降趋势，且差异显著（P<0.01）。乳酵素发酵后，乳酸菌活菌数差异显著（P<0.05）。

由表3 可知，在本次发酵过程中，pH 值及乳酸菌活菌数无显著性差异（P>0.05）。

进行乳酸菌MRS 发酵，进一步验证硫酸镁对液体发酵的影响。

表2 8个厂家硫酸镁对乳酵素发酵的影响Tab.2 Influence of fermentation of magnesium sulfate lactase from eight manufacturers

表3 4个厂家硫酸镁对乳酵素发酵pH值及乳酸菌的影响Tab.3 Fermentation pH of magnesium sulfate lactase from four manufacturers and the influence of lactic acid bacteria

2.3 4个厂家硫酸镁对MRS液体发酵的影响（见表4、表5）

由表4可知，在MRS液体发酵过程中，pH值及乳酸菌活菌数无显著性差异（P>0.05），说明同一添加量的硫酸镁对植物乳杆菌0126进行MRS液体发酵影响不大。

表4 4个厂家硫酸镁对MRS液体发酵的影响Tab.4 The influence of 4 manufacturers of magnesium sulfate on MRS liquid fermentation

根据液体发酵结果选取D、G、H3 个厂家的硫酸镁进行不同添加量的MRS 液体发酵，1 号硫酸镁添加量为0.5‰，2号硫酸镁添加量为1‰，发酵结果见表5。

表5 硫酸镁添加量及厂家不同对MRS液体发酵的影响Tab.5 The influence of magnesium sulfate addition and different manufacturers on MRS liquid fermentation

由表5 可知，液体发酵前期的乳酸菌活菌数与硫酸镁溶解性呈正相关，硫酸镁添加量为0.5‰和1‰时，乳酸菌活菌数随硫酸镁溶解性的增加而升高；当硫酸镁添加量1‰时，发酵24 h 后的乳酸菌活菌数存在显著性差异（P<0.05)。

3 讨论

3.1 不同厂家硫酸镁物理性质比较

8 个厂家硫酸镁从外观及溶解性等方面存在明显差异，除F厂家外，水不溶物与沉淀多少呈正相关，推测可能是因为F厂家溶液颜色为淡黄色，导致未溶解的微粒肉眼无法观察。以H厂家水不溶物最低，说明该厂家硫酸镁溶解性最好，其次是A厂家和G厂家，3个厂家在水不溶物方面差异不显著（P<0.05)。

3.2 不同厂家硫酸镁对乳酵素发酵的影响

在发酵过程中，发酵液中pH 值的变化幅度可以反映同一菌株对不同发酵基质利用率的高低，在固态发酵过程中pH 值降低还能影响一些不耐酸微生物的生长繁殖[12]。发酵基质中活菌数的变化反映菌种利用发酵基质性能的强弱[13]。在本试验中，根据第一次发酵结果，所选植物乳杆菌对B、D、G、H 4个厂家的硫酸镁组成的乳酵素发酵基质利用率较高，因此选取这4个厂家的硫酸镁进行重复试验。乳酵素发酵24 h时，4个厂家硫酸镁pH值均呈下降趋势，B 厂家pH 值最低，下降率最高（分别是4.76%、28.42%）；48 h时pH值下降率8%左右，H厂家下降率最高（9.86%）。发酵24 h后，乳酸菌活菌数均在108CFU/mL以上，H 厂家乳酸菌活菌数最高（2.65×108CFU/mL）。由试验结果可知，发酵24 h时乳酸菌活菌数与硫酸镁溶解性呈正相关，48 h时却没有表现出此特性。推测是因为乳酸菌在发酵过程中先吸收利用溶解的硫酸镁，剩余的硫酸镁虽然没有溶解，但也可以被乳酸菌利用，所以在发酵后期（48 h）之间乳酸菌活菌数与硫酸镁溶解性并没有直接的线性关系。乳酸菌在发酵后期活菌数上升可能是因为乳酸菌在发酵过程中产生蛋白酶，蛋白酶可以水解蛋白质形成多肽，多肽被吸收后水解为氨基酸提供乳酸菌生长需要,进一步促进乳酸菌生长繁殖[14]。

3.3 不同厂家硫酸镁对MRS液体发酵的影响

在MRS 液体发酵过程中，硫酸镁溶解性对MRS 发酵影响与乳酵素发酵结果一致，在发酵前期24 h 后，乳酸菌活菌数与硫酸镁溶解性呈正相关，在发酵后期（48 h）乳酸菌活菌数与硫酸镁溶解性没有直接的线性关系。

发酵24 h后，各组pH值均下降39%左右，活菌数达到109CFU/mL，其中H 厂家乳酸菌活菌数最高达到2.16×109CFU/mL。与乳酵素液体发酵不同的是，在发酵48 h时，MRS发酵液乳酸菌活菌数均呈下降状态。这一方面可能由于发酵液中pH 值过低（均在4以下）不利于菌株存活，乳酸菌产生自溶现象；另一方面可能由于MRS发酵液中的营养物质有限，难以支持高浓度乳酸菌的存活需求；还可能由于乳酸菌利用发酵产生的蛋白酶水解蛋白质后形成了对细菌有害的产物[15-16]。MRS 发酵液和乳酵素发酵液在24 h 时活菌数差距较大，可能是由于MRS 培养基中营养成分比乳酵素高有关，MRS 培养基中蛋白胨、牛肉膏和酵母膏中的组成成分如蛋白质、多肽、氨基酸和维生素等可以更全面、有效地满足乳酸菌的生长。也有研究表明，不同营养水平的培养基对植物乳杆菌生长存在影响[17-18]。

4 结论

研究发现，不同厂家硫酸镁物理性质存在差异，其中水不溶物差异最为显著。以硫酸镁为原料进行乳酵素及MRS 发酵，短时间发酵效果与硫酸镁溶解度呈正相关，硫酸镁溶解性越高，发酵效果越好。