CN102311912A - 乳酸菌发酵剂的制备工艺及其专用设备 - Google Patents

乳酸菌发酵剂的制备工艺及其专用设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种乳酸菌发酵剂的制备工艺及其专用设备。该专用设备包括一发酵系统和一过滤系统；该发酵系统包括一补料罐和一发酵罐；该补料罐与该发酵罐的入口连接，该发酵罐的出口分流为两路，一路为出料口，另一路经过一过滤器、一第一泵与该过滤系统的入口连接，该补料罐的出口管道、该发酵罐的出口管道上均设有阀门，该发酵罐的入口管道上设有一第二泵；该过滤系统包括一个或多个陶瓷微滤膜，各陶瓷微滤膜并联，各陶瓷微滤膜的第一出口与该发酵罐的入口连接，各陶瓷微滤膜的第二出口为滤出液出料口，各陶瓷微滤膜的入口管道、第一出口管道上均设有阀门。该工艺能够实现乳酸菌的连续培养，并且菌体分离过程菌体存活率高，浓缩倍率大。

Description

乳酸菌发酵剂的制备工艺及其专用设备
技术领域
本发明涉及一种乳酸菌发酵剂制备工艺及其专用设备。
背景技术
最近二十年，我国在乳制品产业方面取得了巨大进步，人均乳制品年消费量由6kg快速增加到28.1kg。其中，酸奶及发酵乳饮料产量每年以25％递增，已成为乳制品行业重要的增长极，也为乳制品结构由单一向多元化、差异化方向转变发挥了巨大的促进作用。直投式发酵剂以其高浓度、高活力以及稳定的生产性能(产香性、产粘性及产酸性等)而备受发酵乳制品生厂商的青睐。然而，我国发酵乳制品领域所使用的直投式发酵剂市场长期被国外知名企业垄断，每吨酸奶所需发酵剂市场售价高达150～200元，400万吨生产规模需增加6～8亿元的成本。这对面临原料乳、包装材料、物流成本和营销成本等不断上涨，已陷入产品同质化、行业性毛利率集体下滑困境的中国乳品企业而言，无疑是一个严重的发展瓶颈。
我国发酵剂产业发展制约的因素除了具有自主知识产权菌株选育方面外，发酵剂产业化制备的核心技术和设备也是一个重要的方面。菌体浓缩是将菌体与培养液分离的过程，处理过程要求在保持菌体活性的前提下，获得较高的浓缩倍数和菌体收得率，因此，菌体浓缩技术是制备浓缩型乳酸菌发酵剂和直投式冻干发酵剂重要的中间工艺环节。目前，用于浓缩菌体的方法主要是离心分离法。离心分离法借助于离心力，使比重不同的物质进行分离的方法。离心分离操作简便、设备便于清洗、不易污染，但是，离心分离法的问题是离心力的剪切作用和间隙操作的氧损伤造成菌体的死亡率较高，离心损失率一般在10％以上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有乳酸菌发酵剂的制备工艺只能采用间歇式培养方式无法连续生产，并且采用离心分离乳酸菌发酵剂的方法存在菌体的死亡率高的缺陷，提供了一种乳酸菌发酵剂的制备工艺及其专用设备。该工艺能够实现乳酸菌的连续培养，并且菌体分离过程菌体存活率高，浓缩倍率大。
本发明的乳酸菌发酵剂制备工艺专用设备，其包括一发酵系统和一与该发酵系统连接的过滤系统；
该发酵系统包括一补料罐和一发酵罐；该补料罐与该发酵罐的入口连接，该发酵罐的出口分流为两路，一路为出料口，另一路经过一过滤器、一第一泵与该过滤系统的入口连接，该补料罐的出口管道、该发酵罐的出口管道上均设有阀门，该发酵罐的入口管道上设有一第二泵，该发酵罐上还设有一包括一pH电极、和一温度探针的报警检测设备；
该过滤系统包括一个或多个陶瓷微滤膜，各陶瓷微滤膜并联，各陶瓷微滤膜的第一出口与该发酵罐的入口连接，各陶瓷微滤膜的第二出口为滤出液出料口，各陶瓷微滤膜的入口管道、第一出口管道上均设有阀门。
本发明中，该发酵罐较佳的还设有流通循环水的夹层。
本发明中，各陶瓷微滤膜较佳的还分别设有压力检测器。
本发明中，该pH电极与该温度探针的设备精度较佳的为±0.1个单位。
本发明中，该多个陶瓷微滤膜较佳的为两个。
本发明中，该陶瓷微滤膜的材质较佳的为Al2O3或Al2O3与ZrO2的复合材料。该陶瓷微滤膜的孔径大小较佳的为0.02μm～0.45μm，更佳的为0.02μm～0.20μm。该陶瓷微滤膜外壳的材质较佳的为ALSL304型或ALSL316型不锈钢，更佳的为ALSL316型不锈钢。
本发明中，该乳酸菌发酵剂制备工艺的专用设备较佳的还包括一就地清洗系统，该就地清洗系统与该过滤系统串联。该就地清洗系统为食品工业领域中常规的就地清洗系统(CIP系统)，该就地清洗系统较佳的包括相互并联的一酸罐、一碱罐和一去离子水罐，该酸罐、该碱罐和该去离子水罐的入口管道、出口管道均设有阀门，该酸罐、该碱罐和该去离子水罐的入口管道并联后还设有总的阀门，该酸罐、该碱罐和该去离子水罐的出口管道还设有泵。
本发明还涉及一种乳酸菌发酵剂的制备工艺，其包括如下步骤：使用如前所述的专用设备，将乳酸菌发酵培养至对数生长期期间，使用陶瓷微滤膜过滤除去代谢产物抑制剂和发酵液的体积百分比20％～60％并补充发酵培养液，之后重复前述操作1～3次，再将发酵液经陶瓷微滤膜过滤即得乳酸菌发酵剂。
本发明中，所述的乳酸菌为本领域常规所述的乳酸菌。所述的乳酸菌发酵培养之前较佳的由乳酸菌菌株经过两次扩培后接种培养。其中，所述发酵培养的接种量太小会延长发酵时间，减少菌株对杂菌的抵抗力，接种量过大则会使发酵液pH急剧下降，故所述发酵培养的接种量较佳的为2％～3％，百分比为体积百分比。
本发明中，所述的乳酸菌的发酵培养条件为本领域常规的乳酸菌发酵培养条件，具体按照培养的具体菌种进行调整发酵液及培养条件。
其中，所述的对数生长期的测定较佳的通过测定pH值间接获得，所述的pH值较佳的为4.2～4.5即为对数生长期。
本发明中，所述的代谢产物抑制剂是指乳酸菌发酵培养过程中产生的有机酸和其他的会抑制乳酸菌继续发酵培养的代谢产物。
本发明中，所述的发酵培养液为经过杀菌的培养液，较佳的为经巴氏灭菌。其中，所述的巴氏杀菌条件较佳的为115℃～121℃杀菌4s～8s。
本发明中，所述的陶瓷微滤膜过滤的流体处理方式较佳的为并流操作或错流操作，其处理方式可参见图3所示，更佳的为错流操作。其中，当所述的陶瓷微滤膜过滤的流体处理方式为错流操作时，所述的发酵液的切向速率较佳的为1m/s～10m/s，更佳的为4m/s～6m/s。
本发明中，所述的陶瓷微滤膜过滤的过膜压力较佳的为0.05MPa～0.50MPa，更佳的为0.10MPa～0.15MPa。
本发明中，为保持发酵液合适黏度，所述的陶瓷微滤膜过滤时发酵液温度较佳的为20℃～35℃，更佳的为25℃～30℃。
本发明中，所述的陶瓷微滤膜的面积大小以m2计较佳的为过滤发酵液体积以L计的数值0.005～0.050倍。本发明人经过大量实验研究，为确保在较短的时间内获得较高的浓缩倍率，减少过滤过程中因剪切力造成的细胞损伤，特别通过控制陶瓷微滤膜面积大小(以m2计)与发酵液体积(以L计)的比例来实现；具体操作中，一般陶瓷微滤膜型号选定，其膜面积已经固定，因此，较佳的通过固定陶瓷微滤膜面积调整发酵液体积的方式来实现陶瓷微滤膜面积与发酵液体积的比例。
本发明中，所制得的乳酸菌发酵剂中菌体浓度较佳的为1.0×1010cfu/mL～9.9×1011cfu/mL。
本发明中，所述的乳酸菌发酵剂制备之后，较佳的还对陶瓷微滤膜和发酵罐就地清洗。其中，所述的就地清洗较佳的为：
①去离子水预冲洗5～8min；
②75℃～85℃碱性清洗剂循环15～20min；
所述的碱性清洗剂较佳的为质量百分比为1.5％～2.0％的氢氧化钠溶液；
③去离子水冲洗5～8min；
④65℃～70℃酸性清洗剂循环15～20min；
所述的酸性清洗剂较佳的为质量百分比为1.0～1.5％的硝酸溶液；
⑤去离子水冲洗5min；
其中，所述的去离子水为本领域常规的去离子水，较佳的为去离子水的指标为有机物含量＜8mg/kg，污染物指数＜3，二氧化硅＜5mg/kg，铁＜0.5mg/kg，并且锰＜0.5mg/kg。
本发明中，所述的就地清洗较佳的还用于制备乳酸菌发酵剂前的杀菌消毒，所述的杀菌消毒条件为85℃～90℃去离子热水循环25min～30min。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
在符合本领域常识的基础上，本发明中上述的各技术特征可以任意组合得到较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供了一种乳酸菌发酵剂的制备工艺及其专用设备。该制备工艺及其专用设备的特别设置能够有效实现乳酸菌的连续高密度培养，菌体密度可增加2.52～4.61倍，并且菌体分离过程可以实现99％以上的菌体富集，浓缩倍率可达10.0～20.5倍，菌体存活率高。其中特别优选的包括两个陶瓷微滤膜的过滤系统能够达到微滤时的高通量及短时间操作。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的乳酸菌发酵剂制备工艺专用设备结构图。
图2为本发明另一较佳实施例的乳酸菌发酵剂制备工艺专用设备结构图。
图3为本发明一较佳实施例的乳酸菌发酵剂制备工艺专用设备用于制备乳酸菌发酵剂时的过滤系统处理流体的两种方式的示意图；(1)为并流操作；(2)为错流操作。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1乳酸菌发酵剂制备工艺专用设备
如图1和图2所示，本发明提供一种乳酸菌发酵剂制备工艺专用设备，其主要包括发酵系统1和与该发酵系统1连接的过滤系统2；
该发酵系统1包括补料罐11和发酵罐12；该补料罐11与该发酵罐12的入口连接，该发酵罐的出口分流为两路，一路为出料口15，另一路经过过滤器13、第一泵141与该过滤系统2的入口连接，该补料罐11的出口管道1上设有阀门161、该发酵罐12的出口管道上设有阀门162和阀门163，该发酵罐12的入口管道上设有第二泵142，该发酵罐12上还设有包括pH电极121和温度探针122的报警检测设备；其中，该发酵罐12较佳的还设有流通循环水的夹层；该pH电极121与该温度探针122的设备精度较佳的为±0.1个单位。
该过滤系统2包括一个或多个陶瓷微滤膜，陶瓷微滤膜个数较佳的包括两个，如并联的陶瓷微滤膜21与陶瓷微滤膜22，陶瓷微滤膜21与陶瓷微滤膜22的第一出口均与发酵罐12的入口连接，陶瓷微滤膜21与陶瓷微滤膜22的第二出口均为滤出液出料口23，陶瓷微滤膜21的第一出口管道上设有阀门261、陶瓷微滤膜21的入口管道上设有阀门263，陶瓷微滤膜22的第一出口管道上设有阀门262、陶瓷微滤膜22的入口管道上设有阀门264；其中，陶瓷微滤膜21与陶瓷微滤膜22较佳的还分别设有压力检测器211和压力检测器221。其中，该陶瓷微滤膜的材质较佳的为Al2O3或Al2O3与ZrO2的复合材料。该陶瓷微滤膜的孔径大小较佳的为0.02μm～0.45μm，更佳的为0.02μm～0.20μm。该陶瓷微滤膜外壳的材质较佳的为ALSL304型或ALSL316型不锈钢。
较佳地，如图2所示，该乳酸菌发酵剂制备工艺的专用设备较佳的还包括就地清洗系统3，就地清洗系统3与该过滤系统2串联。该就地清洗系统包括相互并联的酸罐31、碱罐32和去离子水罐33，该酸罐31的入口管道上设有阀门364、出口管道上设有阀门361，该碱罐32的入口管道上设有阀门365、出口管道上设有阀门362，该去离子水罐33的入口管道上设有阀门366、出口管道上设有阀门363，该酸罐31、该碱罐32和该去离子水罐33的入口管道并联后还设有总的阀门367，该酸罐31、该碱罐32和该去离子水罐33的出口管道还分别设有泵341、泵342和泵343。
下面以制备乳酸菌发酵剂为例，具体描述本发明乳酸菌发酵剂制备工艺专用设备工作过程如下：
发酵罐11中的乳酸菌菌株进行培养，经pH电极121和温度探针122的报警检测设备检测器检测乳酸菌培养至对数生长期时，开通阀门163、阀门263、阀门261(其他阀门均关闭)、以及第一泵141，使用陶瓷微滤膜21过滤除去代谢产物抑制剂(如乳酸、乙酸)和部分发酵液，当滤出液流速降至初始流速的1/3以下时，关闭阀门163、阀门263、阀门261、以及第一泵141，停止微滤操作；然后开启阀门161和第二泵142对发酵罐12进行补料，然后乳酸菌在发酵罐11中继续进行发酵培养，当发酵罐12内再降至报警检测设备设置的pH设定值(通常为4.2～4.5)和温度设定值时，再对发酵液进行微滤操作(即重复上述操作)，如此反复进行1～3次；将发酵罐中的发酵菌种细胞产量达到最大；然后采用发酵罐12设有流通循环水的夹层将发酵液冷却到20℃～35℃；此后开启阀门163、阀门264、阀门262、以及第一泵141(其他阀门均关闭)，对发酵罐12中的乳酸菌菌体发酵液进行微滤过滤，过滤结束后，关闭阀门163、阀门264、阀门262、以及第一泵141，并开启阀门162即可以从出料口15处收集乳酸菌发酵剂。其中，所述的陶瓷微滤膜过滤的流体处理方式较佳的为并流操作或错流操作，其处理方式可参见图3所示，更佳的为错流操作。
所述的乳酸菌发酵剂制备之后，较佳的还对陶瓷微滤膜和发酵罐就地清洗。其中，所述的就地清洗具体操作为：先开通阀门363、阀门163、阀门263、阀门264、阀门261和阀门262(其他阀门关闭)，采用去离子水预冲洗5～8min后关闭前述阀门；然后开通阀门362、阀门365、阀门367、阀门163、阀门263、阀门264、阀门261和阀门262(其他阀门关闭)，采用75℃～85℃碱性清洗剂(所述的碱性清洗剂较佳的为质量百分比为1.5％～2.0％的氢氧化钠溶液)循环15～20min后关闭前述阀门；开通阀门363、阀门163、阀门263、阀门264、阀门261和阀门262(其他阀门关闭)，再采用去离子水预冲洗5～8min后关闭前述阀门；然后开通阀门361、阀门364、阀门367、阀门163、阀门263、阀门264、阀门261和阀门262(其他阀门关闭)，采用65℃～70℃酸性清洗剂(所述的酸性清洗剂较佳的为质量百分比为1.0～1.5％的硝酸溶液)循环15～20min后关闭前述阀门；再开通阀门363、阀门163、阀门263、阀门264、阀门261和阀门262(其他阀门关闭)，再采用去离子水预冲洗5min，即可。
其中，所述的就地清洗具体条件为：
①去离子水预冲洗5～8min；
②75℃～85℃碱性清洗剂循环15～20min；
所述的碱性清洗剂较佳的为质量百分比为1.5％～2.0％的氢氧化钠溶液；
③去离子水冲洗5～8min；
④65℃～70℃酸性清洗剂循环15～20min；
所述的酸性清洗剂较佳的为质量百分比为1.0～1.5％的硝酸溶液；
⑤去离子水冲洗5min；
其中，所述的去离子水为本领域常规的去离子水，较佳的去离子水的指标为有机物含量＜8mg/kg，污染物指数＜3，二氧化硅＜5mg/kg，铁＜0.5mg/kg，并且锰＜0.5mg/kg。
所述的就地清洗较佳的还用于制备乳酸菌发酵剂前的杀菌消毒，所述的杀菌消毒条件为85℃～90℃去离子热水循环25min～30min。
下述实施例中，百分比均为质量百分比。
本发明中，所述的菌体计数方式采用平板浇注法，即将发酵液或菌体过滤液用无菌生理盐水(0.85wt％的NaCl溶液)进行1/10的梯度稀释，至合适稀释梯度，吸取1mL菌体稀释液并转移至无菌平板上，待无菌琼脂培养基(培养基的种类依据具体菌种而定)冷却至45℃～50℃时，倾倒15mL～25mL于含有菌体稀释液的平板上，混匀并静止冷却。每个样品进行3次平行试验。冷却、凝固的平板放置于恒水式培养箱进行培养(培养温度和时间依据菌种而定)，培养结束后进行计数。
本发明中，
浓缩倍率＝C1/C2×100％；
收集率＝C1V1/C2V2×100％；
致死率＝(C0V0-C1V1-C2V2)/C0V0×100％；
其中，C0为未过滤前发酵液中菌体浓度；
V0为未过滤前发酵液体积；
C1为过滤后发酵液中菌体浓度；
V1为过滤后发酵液体积；
C2为滤出液中菌体浓度；
V2为滤出液体积。
实施例2乳酸菌发酵剂(植物乳杆菌)
产品配方(以每吨最终产品计)：
  原料   原料要求   添加量
  植物乳杆菌发酵液   扩培两次   10kg
  MRS培养基   生化试剂   60kg
  水   食品级   930kg
乳酸菌发酵剂的制备方法包括如下：将经过两次扩培的植物乳杆菌发酵液以2％的比例添加至5000L经巴氏杀菌的6％的MRS液体培养基中，在37℃条件下发酵，至pH达到4.5开始进行陶瓷微滤膜过滤。期间，植物乳杆菌经一次陶瓷微滤膜补料操作除去代谢产物抑制剂和发酵液的体积百分比20％并补充发酵培养液，之后进行一次陶瓷微滤膜过滤操作，最终得到菌体浓度为7.9×1010cfu/mL植物乳杆菌乳酸菌发酵剂。
其中，所述的培养基巴氏杀菌条件为：温度121℃，时间4秒。
其中，该陶瓷微滤膜的材质为Al2O3；该陶瓷微滤膜的孔径大小为0.45μm；该陶瓷微滤膜外壳的材质为ALSL316型不锈钢。
其中，陶瓷微滤膜的有效面积为25m2，陶瓷微滤膜面积的大小(以m2计)为发酵液体积(以L计)的0.005倍。
其中，所述的陶瓷微滤膜过滤条件为：压力0.15MPa，切向速率为6m/s，过滤温度为25℃。
乳酸菌发酵剂的浓缩倍率和致死率的测定方法：对植物乳杆菌发酵液至pH4.5时，测定其未经补料培养前的菌体浓度C0’和体积V0’，一次补料培养后但未经陶瓷微滤膜过滤前的菌体浓度C0和体积V0，一次补料培养并经陶瓷微滤膜过滤后的菌体浓度C1和体积V1，一次补料培养并经陶瓷微滤膜过滤后陶瓷微滤膜滤出液的菌体浓度C2和体积V2。
实施例3乳酸菌发酵剂(植物乳杆菌)
产品配方(以每吨最终产品计)：
  原料   原料要求   添加量
  植物乳杆菌发酵液   扩培两次   15kg
  MRS培养基   生化试剂   60kg
  水   食品级   925kg
乳酸菌发酵剂的制备方法包括如下：将经过两次扩培的植物乳杆菌发酵液以3％的比例添加至500L经巴氏杀菌的6％的MRS液体培养基中，在37℃条件下发酵，至pH达到4.2开始进行陶瓷微滤膜过滤。期间，植物乳杆菌经两次陶瓷微滤膜补料操作除去代谢产物抑制剂和发酵液的体积百分比60％并补充发酵培养液，之后进行一次陶瓷微滤膜过滤操作，最终得到菌体浓度为1.6×1011cfu/mL植物乳杆菌乳酸菌发酵剂。
其中，所述的培养基巴氏杀菌条件为：温度121℃，时间4秒。
其中，该陶瓷微滤膜的材质为Al2O3与ZrO2的复合材料；该陶瓷微滤膜的孔径大小为0.20μm；该陶瓷微滤膜外壳的材质为ALSL304型不锈钢。
其中，陶瓷微滤膜的有效面积为25m2，陶瓷微滤膜面积的大小(以m2计)为发酵液体积(以L计)的0.050倍。
其中，所述的陶瓷微滤膜过滤条件为：压力0.10MPa，切向速率为4m/s，过滤温度为25℃。
乳酸菌发酵剂的浓缩倍率和致死率的测定方法：对植物乳杆菌发酵液至pH4.2时，测定其未经补料培养前的菌体浓度C0’和体积V0’，两次补料培养后但未经陶瓷微滤膜过滤前的菌体浓度C0和体积V0，两次补料培养并经陶瓷微滤膜过滤后的菌体浓度C1和体积V1，两次补料培养并经陶瓷微滤膜过滤后陶瓷微滤膜滤出液的菌体浓度C2和体积V2。
实施例4乳酸菌发酵剂(乳酸乳球菌)
产品配方(以每吨最终产品计)：
  原料   原料要求   添加量
  植物乳杆菌发酵液   扩培两次   15kg
  MRS培养基   生化试剂   60kg
  水   食品级   925kg
乳酸菌发酵剂的制备方法包括如下：将经过两次扩培的乳酸乳球菌发酵液以3％的比例添加至经巴氏杀菌的6％MRS液体培养基中，在37℃条件下发酵，至pH达到4.5开始进行陶瓷微滤膜过滤。期间，乳酸乳球菌经三次陶瓷微滤膜补料操作除去代谢产物抑制剂和发酵液的体积百分比40％并补充发酵培养液，之后进行一次陶瓷微滤膜过滤操作，最终得到菌体浓度为9.1×1010cfu/mL干酪乳杆菌乳酸菌发酵剂。
其中，所述的培养基巴氏杀菌条件为：温度115℃，时间8秒。
其中，该陶瓷微滤膜的材质为Al2O3与ZrO2的复合材料；该陶瓷微滤膜的孔径大小为0.02μm；该陶瓷微滤膜外壳的材质为ALSL304型不锈钢。
其中，陶瓷微滤膜的有效面积为25m2，陶瓷微滤膜面积的大小(以m2计)为发酵液体积(以L计)的0.050倍。
其中，所述的陶瓷微滤膜过滤条件为：压力0.15MPa，切向速率为5m/s，过滤温度为30℃。
乳酸菌发酵剂的浓缩倍率和致死率的测定方法：对乳酸乳球菌发酵液至pH4.5时，测定其未经补料培养前的菌体浓度C0’和体积V0’，三次补料培养后但未经陶瓷微滤膜过滤前的菌体浓度C0和体积V0，三次补料培养并经陶瓷微滤膜过滤后的菌体浓度C1和体积V1，三次补料培养并经陶瓷微滤膜过滤后陶瓷微滤膜滤出液的菌体浓度C2和体积V2。
效果实施例1验证实施例2乳酸菌发酵剂的浓缩倍率和致死率
陶瓷微滤膜耦合生物反应器制备乳酸菌发酵剂工艺中不同时间点菌体浓度和体积数据见表1。
表1陶瓷微滤膜过滤植物乳杆菌试验
  阶段   菌体浓度/(cfu/mL)   体积/L   浓缩倍率   致死率
  补料培养前   1.9×109   5000   ——   ——
  一次补料培养及过滤前   4.8×109   5000   2.52   ——
  滤出液   6.9×102   4505   ——   ——
  一次补料培养及过滤后   4.8×1010   495   10.0   4.66％
由上表实验数据可知，陶瓷微滤膜面积的大小(以m2计)为发酵液体积(以L计)的0.005倍时，一次补料可以使菌体浓度提高2.52倍，陶瓷微滤膜可对植物乳杆菌菌体拦截99％以上，浓缩倍率达10.0倍，菌体致死率为4.66％。
效果实施例2验证实施例3乳酸菌发酵剂的浓缩倍率和致死率
陶瓷微滤膜耦合生物反应器制备乳酸菌发酵剂工艺中不同时间点菌体浓度和体积数据见表2。
表2陶瓷微滤膜过滤植物乳杆菌试验
  阶段   菌体浓度/(cfu/mL)   体积/L   浓缩倍率   致死率
  补料培养前   2.1×109   500   ——   ——
  两次补料培养及过滤前   8.9×109   500   4.24   ——
  滤出液   7.5×102   472.5   ——   ——
  两次补料培养及过滤后   1.6×1011   27.5   18.0   1.12％
由上表实验数据可知，当陶瓷微滤膜面积的大小(以m2计)为发酵液体积(以L计)的0.050倍时，两补料可以使菌体浓度提高4.24倍，陶瓷微滤膜可对植物乳杆菌菌体拦截99％以上，浓缩倍率达18.0倍，菌体致死率为1.12％。这是由于当陶瓷微滤膜面积与处理发酵液体积比率较高时，单位时间内陶瓷微滤膜过滤能力更高，可以得到更高的浓缩倍率；得到相同倍率的浓缩液的时间更短，切向流速造成的剪切损伤更少，菌体的致死率更低。
效果实施例3验证实施例4乳酸菌发酵剂的浓缩倍率和致死率
陶瓷微滤膜耦合生物反应器制备乳酸菌发酵剂工艺中不同时间点菌体浓度和体积数据见表3。
表3陶瓷微滤膜过滤植物乳杆菌试验
  阶段   菌体浓度/(cfu/mL)   体积/L   浓缩倍率   致死率
  补料培养前   1.8×109   500   ——   ——
  三次补料培养及过滤前   8.3×109   500   4.61   ——
  滤出液   1.6×103   476   ——   ——
  三次补料培养及过滤后   1.6×1011   24   20.5   7.50％
由上表实验数据可知，当陶瓷微滤膜面积的大小(以m2计)为发酵液体积(以L计)的0.050倍时，三次补料可以使菌体浓度提高4.61倍，陶瓷微滤膜可对植物乳杆菌菌体拦截99％以上，浓缩倍率达20.5倍，菌体致死率为7.50％。

Claims (15)

1.一种乳酸菌发酵剂制备工艺专用设备，其包括一发酵系统和一与该发酵系统连接的过滤系统；
该发酵系统包括一补料罐和一发酵罐；该补料罐与该发酵罐的入口连接，该发酵罐的出口分流为两路，一路为出料口，另一路经过一过滤器、一第一泵与该过滤系统的入口连接，该补料罐的出口管道、该发酵罐的出口管道上均设有阀门，该发酵罐的入口管道上设有一第二泵，该发酵罐上还设有一包括一pH电极、和一温度探针的报警检测设备；
该过滤系统包括一个或多个陶瓷微滤膜，各陶瓷微滤膜并联，各陶瓷微滤膜的第一出口与该发酵罐的入口连接，各陶瓷微滤膜的第二出口为滤出液出料口，各陶瓷微滤膜的入口管道、第一出口管道上均设有阀门。
2.如权利要求1所述的专用设备，其特征在于：该发酵罐还设有流通循环水的夹层；该陶瓷微滤膜还设有压力检测器。
3.如权利要求1或2所述的专用设备，其特征在于：该pH电极与该温度探针的设备精度为±0.1个单位。
4.如权利要求1～3任一项所述的专用设备，其特征在于：该多个陶瓷微滤膜为两个陶瓷微滤膜。
5.如权利要求1～4任一项所述的专用设备，其特征在于：该陶瓷微滤膜的材质为Al2O3或Al2O3与ZrO2的复合材料；该陶瓷微滤膜的孔径大小为0.02μm～0.45μm，更佳的为0.02μm～0.20μm；该陶瓷微滤膜外壳的材质为ALSL304型或ALSL316型不锈钢。
6.如权利要求1～5任一项所述的专用设备，其特征在于：该乳酸菌发酵剂制备工艺的专用设备还包括一就地清洗系统，该就地清洗系统与该过滤系统串联；该就地清洗系统包括相互并联的一酸罐、一碱罐和一去离子水罐，该酸罐、该碱罐和该去离子水罐的入口管道、出口管道均设有阀门，该酸罐、该碱罐和该去离子水罐的入口管道并联后还设有总的阀门，该酸罐、该碱罐和该去离子水罐的出口管道还设有泵。
7.一种乳酸菌发酵剂的制备工艺，其包括如下步骤：使用如权利要求1～6任一项所述的专用设备，将乳酸菌发酵培养至对数生长期期间，使用陶瓷微滤膜过滤除去代谢产物抑制剂和发酵液的体积百分比20％～60％并补充发酵培养液，之后重复前述操作1～3次，再将发酵液经陶瓷微滤膜过滤即得乳酸菌发酵剂。
8.如权利要求7所述的制备工艺，其特征在于：所述的乳酸菌发酵培养之前由乳酸菌菌株经过两次扩培后接种培养；所述发酵培养的接种量为2％～3％，百分比为体积百分比；所述的对数生长期的测定通过测定pH值间接获得，所述的pH值为4.2～4.5时为对数生长期。
9.如权利要求7或8所述的制备工艺，其特征在于：所述的发酵培养液为经过杀菌的培养液；所述的杀菌为经巴氏灭菌；其中，所述的巴氏杀菌条件为115℃～121℃杀菌4s～8s。
10.如权利要求7～9任一项所述的制备工艺，其特征在于：所述的陶瓷微滤膜过滤的流体处理方式为并流操作或错流操作；当所述的陶瓷微滤膜过滤的流体处理方式为错流操作时，所述的发酵液的切向速率为1m/s～10m/s，更佳的为4m/s～6m/s。
11.如权利要求7～10任一项所述的制备工艺，其特征在于：所述的陶瓷微滤膜过滤的过膜压力为0.05MPa～0.50MPa，更佳的为0.10MPa～0.15MPa。
12.如权利要求7～11任一项所述的制备工艺，其特征在于：所述的陶瓷微滤膜过滤时发酵液温度为20℃～35℃，更佳的为25℃～30℃。
13.如权利要求7～12任一项所述的制备工艺，其特征在于：所述的陶瓷微滤膜的面积大小以m2计为过滤发酵液体积以L计的数值0.005～0.050倍。
14.如权利要求7～13任一项所述的制备工艺，其特征在于：所述的乳酸菌发酵剂制备之后还对陶瓷微滤膜和发酵罐就地清洗；其中，所述的就地清洗为：
①去离子水预冲洗5～8min；
②75℃～85℃碱性清洗剂循环15～20min；
所述的碱性清洗剂较佳的为质量百分比为1.5％～2.0％的氢氧化钠溶液；
③去离子水冲洗5～8min；
④65℃～70℃酸性清洗剂循环15～20min；
所述的酸性清洗剂较佳的为质量百分比为1.0～1.5％的硝酸溶液；
⑤去离子水冲洗5min；
其中，所述的去离子水为本领域常规的去离子水，较佳的去离子水的指标为有机物含量＜8mg/kg，污染物指数＜3，二氧化硅＜5mg/kg，铁＜0.5mg/kg，并且锰＜0.5mg/kg。
15.如权利要求7～14任一项所述的制备工艺，其特征在于：所述的乳酸菌发酵剂在制备前还使用就地清洗杀菌消毒，所述的杀菌消毒条件为85℃～90℃去离子热水循环25min～30min。
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