CN108893461B - 一种利用高压脉冲电场促进酿酒酵母增殖及发酵的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用高压脉冲电场促进酿酒酵母增殖及发酵的方法。本发明将酿酒酵母划线至固体种子培养基培养，挑取单菌落接种于种子培养基中培养至对数生长期，获得所需种子液；种子液接入发酵培养体系中，发酵培养体系保持流动状态进行发酵培养，且同时将发酵培养体系置于高压脉冲电场处理室中进行高压脉冲电场处理；高压脉冲电场处理参数为：脉冲宽度为5μs，脉冲频率5～20Hz，脉冲电场强度为1～6kV·cm‑1；本发明采用的高压脉冲电场参数可提高酵母细胞内酶的活性，同时糖酵解通路中相关基因的表达量得到提高。在本发明提出的高压脉冲电场参数刺激下，酿酒酵母的增殖速度及发酵活动得到加强，发酵周期缩短，酒精产量提高。

Description

一种利用高压脉冲电场促进酿酒酵母增殖及发酵的方法
技术领域
本发明涉及促进酿酒酵母增殖及发酵，涉及生物工程领域，具体涉及一种利用高压脉冲电场提高酿酒酵母生长增殖及发酵的方法。
背景技术
酿酒酵母被广泛应用于发酵工业，可有效利用各种糖类物质，酒精是其发酵的主要产物。传统酒精发酵工业中普遍存在接种成本高、发酵周期长、生产效率低等问题。高压脉冲电场是近年来兴起的一种物理加工技术，通过对样品施加一定条件的电场而达到处理目的，具有效率高、能耗低、可连续处理等优点，通常被应用于细胞内容物的提取和食品灭菌等领域。在较高强度的高压脉冲电场处理下，细胞出现膜穿孔并最终导致细胞内容物溢漏而死亡。本发明经过长期研究发现，较低强度条件下的高压脉冲电场可以提高酵母细胞内酶的活性，同时糖酵解通路中相关基因的表达量也得到提高。但是由于高压脉冲电场对酿酒酵母的损伤随着时间的延长具有累积效应，因此本发明方法在高压脉冲电场处理的同时对酿酒酵母进行动态培养，可以有效规避因时间因素导致高压脉冲电场对酿酒酵母造成的损伤。通过高压脉冲电场对酿酒酵母进行刺激，提高酿酒酵母的增殖与发酵，可以缩短生产周期、降低生产成本，具有良好的经济效益和应用价值。
发明内容
本发明提供了一种利用高压脉冲电场提高酿酒酵母增殖与发酵的方法。该方法操作简便，效率高，无污染，可促进酿酒酵母的增殖与发酵活动。
本发明的技术方案：一种利用高压脉冲电场提高酿酒酵母增殖与发酵的方法，通过以下步骤实现：
(1)菌种的活化、种子培养：将酿酒酵母划线至固体种子培养基，28～32℃培养24～36小时，挑取单菌落接种于种子培养基中，28～32℃培养至对数生长期，获得所需种子液；
(2)高压脉冲电场刺激及发酵培养
将步骤(1)获得种子液按体积分数2％～10％的接种量接入发酵培养体系中，发酵培养体系保持流动状态进行发酵培养，且同时将发酵培养体系置于高压脉冲电场处理室中进行高压脉冲电场处理。
所述种子培养基的成分为：按照质量分数，2％葡萄糖，2％蛋白胨，1％酵母提取物。
所述的固体种子培养基的成分为在种子培养基中另加2％琼脂(质量分数)。
所述发酵培养基的成分为：按照质量分数，5％葡萄糖，0.5％酵母提取物，0.1％硫酸铵，0.1％硫酸镁，0.1％磷酸二氢钾。
所述高压脉冲电场处理参数为：脉冲宽度为5μs，脉冲频率5～20Hz，脉冲电场强度为1～6kV·cm-1。
所述发酵培养条件为：培养温度28～32℃，流速为30～300mL·min-1。
本方法至少具有以下优点和效果：
(1)本发明方法具有效率高、无污染、操作简便等优点；
(2)高压脉冲电场首次应用于促进酿酒酵母的增殖和发酵活动，并通过流动培养，有效规避因时间因素导致高压脉冲电场对酿酒酵母造成的累积损伤。
(3)本发明采用的高压脉冲电场参数可以提高酵母细胞内酶的活性，同时糖酵解通路中相关基因的表达量也得到提高。在本发明提出的高压脉冲电场(脉冲宽度为5μs，脉冲频率5～20Hz，脉冲电场强度为1～6kV·cm-1)刺激下，酿酒酵母的繁殖速度及发酵活动得到加强，发酵周期缩短，酒精产量提高；
(4)本发明方法提高酿酒酵母的增殖及发酵能力，可被广泛应用于酒精发酵工业，在酒精饮品、乙醇生物质能源等的生产过程中降低生产周期和成本，提高经济效益具有重要意义。
附图说明
图1为高压脉冲电场及发酵装置示意图。
具体实施方式
以下结合具体实例对本发明方法作进一步说明，但本发明不受这些内容所限制。图1为高压脉冲电场及发酵装置示意图。
实施例1
(1)配制种子培养基和发酵培养基；
(2)菌种的活化、种子培养：将酿酒酵母划线至固体种子培养基，30℃培养24小时，挑取单菌落接种于种子培养基中，28℃培养至对数生长期，获得所需种子液；
(3)高压脉冲电场刺激及发酵培养
将(2)中的种子液按体积分数5％的接种量接入发酵培养基中，发酵罐连接流动泵，将发酵罐置于高压脉冲电场处理室中进行高压脉冲电场处理，同时进行发酵培养。高压脉冲电场处理参数为：脉冲频率为5Hz，脉冲宽度为5μs，脉冲电场强度为1kV·cm-1。发酵培养条件为：培养温度28℃，流动泵流速为30mL·min-1。经检测，培养发酵3h后，采用本实施例高压脉冲电场条件处理的酿酒酵母，在同等培养条件下与无高压脉冲电场处理相比，酵母菌生长量提高37.2％，发酵底物中酒精浓度提高30.4％。
实施例2
(1)配制种子培养基和发酵培养基；
(2)菌种的活化、种子培养：将酿酒酵母划线至固体种子培养基，30℃培养36小时，挑取单菌落接种于种子培养基中，32℃培养至对数生长期，获得所需种子液；
(3)高压脉冲电场刺激及发酵培养
将(2)中的种子液按体积分数5％的接种量接入发酵培养体系中，发酵体系保持流动泵，将发酵罐置于高压脉冲电场处理室中进行高压脉冲电场处理，同时进行发酵培养。高压脉冲电场处理参数为：脉冲宽度为5μs，脉冲频率为10Hz，脉冲电场强度为3kV·cm-1。发酵培养条件为：培养温度32℃，流动泵流速为60mL·min-1。经检测，培养发酵3h后，采用本实施例高压脉冲电场条件处理的酿酒酵母，在同等培养条件下与无高压脉冲电场处理相比，酵母菌生长量提高27.8％，发酵底物中酒精浓度提高20.5％。
实施例3
(1)配制种子培养基和发酵培养基；
(2)菌种的活化、种子培养：将酿酒酵母划线至固体种子培养基，30℃培养3小时，挑取单菌落接种于种子培养基中，30℃培养至对数生长期，获得所需种子液；
(3)高压脉冲电场刺激及发酵培养
将(2)中的种子液按体积分数5％的接种量接入发酵培养基中，发酵罐连接流动泵，将发酵罐置于高压脉冲电场处理室中进行高压脉冲电场处理，同时进行发酵培养。高压脉冲电场处理参数为：脉冲宽度为5μs，脉冲频率为20Hz，脉冲电场强度为6kV·cm-1。发酵培养条件为：培养温度30℃，流动泵流速为300mL·min-1。经检测，培养发酵3h后，采用本实施例高压脉冲电场条件处理的酿酒酵母，在同等培养条件下与无高压脉冲电场处理相比，酵母菌生长量提高16.3％，发酵底物中酒精浓度提高10.8％。
对比例
(1)配制种子培养基和发酵培养基；
(2)菌种的活化、种子培养：将酿酒酵母划线至固体种子培养基，30℃培养3小时，挑取单菌落接种于种子培养基中，30℃培养至对数生长期，获得所需种子液；
(3)高压脉冲电场刺激及发酵培养
将(2)中的种子液按体积分数5％的接种量接入发酵培养基中，发酵罐连接流动泵，将发酵罐置于高压脉冲电场处理室中进行高压脉冲电场处理，同时进行发酵培养。高压脉冲电场处理参数为：脉冲宽度为5μs，脉冲频率为100Hz，脉冲电场强度为20kV·cm-1。发酵培养条件为：培养温度30℃，流动泵流速为150mL·min-1。经检测，培养发酵3h后，采用本实施例高压脉冲电场条件处理的酿酒酵母，在同等培养条件下与无高压脉冲电场处理相比，酵母菌生长量减少46.1％，发酵底物中酒精浓度减少67.3％。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用高压脉冲电场促进酿酒酵母增殖及发酵的方法，其特征在于具体是：
（1）菌种的活化、种子培养：
将酿酒酵母划线至固体种子培养基，28～32℃培养24～36小时，挑取单菌落接种于种子培养基中，28～32℃培养至对数生长期，获得所需种子液；
（2）高压脉冲电场刺激及发酵培养：
将步骤（1）获得种子液按体积分数2%～10%的接种量接入发酵培养体系中，发酵培养体系中发酵罐连接流动泵，保持流动状态进行发酵培养，且同时将发酵培养体系置于高压脉冲电场处理室中进行高压脉冲电场处理；
所述高压脉冲电场处理参数为：脉冲宽度为5μs，脉冲频率5～20Hz，脉冲电场强度为1～6kV·cm-1；
所述发酵培养条件为：培养温度28～32℃，流速为30～300mL·min-1。
2.如权利要求1所述的一种利用高压脉冲电场促进酿酒酵母增殖及发酵的方法，其特征在于所述种子培养基的成分为：按照质量分数，2%葡萄糖，2%蛋白胨，1%酵母提取物。
3.如权利要求2所述的一种利用高压脉冲电场促进酿酒酵母增殖及发酵的方法，其特征在于所述固体种子培养基的成分为在种子培养基中另加质量分数为2%琼脂。
4.如权利要求1所述的一种利用高压脉冲电场促进酿酒酵母增殖及发酵的方法，其特征在于所述发酵培养体系的发酵培养基成分为：按照质量分数，5%葡萄糖，0.5%酵母提取物，0.1%硫酸铵，0.1%硫酸镁，0.1%磷酸二氢钾。
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The Effect of the Electric Field on Lag Phase,β-Galactosidase Production and Plasmid Stability of a Recombinant Saccharomyces cerevisiaeStrain Growing on Lactose;Inês Castro et al.;《Food Bioprocess Technol》;20110526;摘要，第3015页右栏第2-4段，图2 *
高压脉冲电场对酵母活性变花与致死双重效应研究;张涛等;《核能学报》;20180619;第1557页1.1-1.2，第1558页2.3 *

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