CN109321506A

CN109321506A - 一种植物乳杆菌高活性菌粉的制备方法

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Publication number: CN109321506A
Application number: CN201811395184.0A
Authority: CN
Inventors: 乔琳; 高长斌; 姚宏明; 赵军; 黄玉岚; 于海娜
Original assignee: Beijing Wik Biotechnology Ltd By Share Ltd
Current assignee: Beijing Wik Biotechnology Ltd By Share Ltd
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2019-02-12

Abstract

植物乳杆菌益生功效显著，非常适合用于畜禽养殖。然而在生产上，目前只有真空冷冻干燥工艺可以保持植物乳杆菌干燥产品具有较高的活性，可是这种工艺生产周期长，成本高，耐贮藏性差，使得畜禽养殖业无法大量使用植物乳杆菌。本发明公开了一种植物乳杆菌低温喷雾干燥菌粉的制备方法，使用该方法制备的菌粉活菌数高、含水量低、生产周期短、能耗低，设备投入小，更适应规模化生产的需求。

Description

一种植物乳杆菌高活性菌粉的制备方法

技术领域：

本发明属于微生物技术领域，涉及一种植物乳杆菌的低温喷雾干燥的制备工艺。

背景技术：

植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）是农业部《饲料添加剂品种目录》允许使用的饲用微生物之一，属于人及动物肠道中的正常菌群，进入肠道后可有效定殖。植物乳杆菌代谢碳水化合物产生乳酸，有利于降低肠道环境pH，抑制有害菌的生长。植物乳杆菌代谢过程中还会产生过氧化氢，细菌素等物质，对致病菌有一定的杀灭作用，而且不会有药物残留。鉴于植物乳杆菌的以上特性，越来越多的厂家试图选择其作为微生态制剂产品的生产菌种之一，但是，目前生产植物乳杆菌高活性菌粉的工艺主要采用真空冷冻干燥法，生产环境要求高，生产周期长，生产设备昂贵，而且无法适应常温贮藏，这些因素导致植物乳杆菌用于饲用微生态制剂的成本大大提高，从而大大制约了这种乳酸菌在畜禽养殖行业的应用。

低温喷雾干燥法常常用于热敏性的生物材料、药品和食品等物品的干燥，其特点是传热快，水分蒸发迅速，干燥时间瞬间的特点，且制品质量好，质地松脆，能改善某些制剂的溶出速率，但是很少有将该方法用于耐受高温能力较差的乳酸菌制剂的后处理干燥的研究报道。本发明所提供的植物乳杆菌低温喷雾干燥法，兼具高效率和高存活率，与传统的真空冷冻干燥法相比，既能保证产品的品质，又有利于控制生产成本，提升生产规模，加快植物乳杆菌在畜禽养殖行业的应用。

发明内容：

（一）发明目的：

本发明的目的是提供一种高活性、低成本、适用于规模化生产的植物乳杆菌高活性菌粉的制备方法。

（二）技术方案：

本发明的目的通过如下方案获得实现：

1. 本发明提供的植物乳杆菌低温喷雾干燥菌粉的制备方法如下：

高密度发酵后的植物乳杆菌，经高速管式离心机离心收集菌泥，与菌体保护剂混合均匀，将低温喷雾干燥机进料口浸入植物乳杆菌与菌体保护剂的混合液中，待设备运行稳定后，控制进料开关开始进料，运行结束后关闭进料开关和进风开关，物料从出料口进入储料盒中，收集菌粉。

所述高速管式离心机离心收集菌泥的转速为15000-20000 rpm。

所述保护剂配方为：每100 mL水中含有（g）：脱脂奶粉 10-15、水苏糖 1-3、甘油1-3，番茄泥10-15，胡萝卜泥5-10。

优选的菌体保护剂配方为：每100 mL水中含有（g）：脱脂奶粉 10，水苏糖 2，甘油1，番茄泥15，胡萝卜泥10。

所述菌泥与菌体保护剂的质量体积比为1：（1-5）。

优选的菌泥与菌体保护剂的质量体积比为1：2。

所述低温喷雾干燥机的进料口温度为65-75℃，出料口温度为45-55℃。

优选的低温喷雾干燥机的进料口温度为65℃，出料口温度为45℃。

所述控制进料开关的进料流速为5-15 mL/min。

优选的低温喷雾干燥机控制进料开关的进料流速为5 mL/min。

（三）意义：

本发明提供了一种植物乳杆菌高活性菌粉的制备方法。应用此技术获得的干燥菌粉存活率达到80%，活菌数达到3.0×10¹¹ CFU/g，并且生产周期短，生产成本比常规真空冷冻干燥的方法低，具有工业化应用潜力。

具体实施方式：

以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何限定。

实施例1、保护剂配方：

保护剂配方为：每100 mL水中含有：脱脂奶粉 10-15 g、水苏糖 1-3 g、甘油1-3 g，番茄泥10-15 g，胡萝卜泥5-10 g。

共设计如下配方：

配方一：脱脂奶粉10 g，水苏糖 1 g，甘油 1 g，番茄泥 13 g，胡萝卜泥 10 g

配方二：脱脂奶粉15 g，水苏糖 3 g，甘油 1 g，番茄泥 10 g，胡萝卜泥 5 g

配方三：脱脂奶粉10 g，水苏糖 1 g，甘油 2g，番茄泥 10 g，胡萝卜泥 5 g

配方四：脱脂奶粉15 g，水苏糖 3 g，甘油 1 g，番茄泥 15 g，胡萝卜泥 10 g

配方五：脱脂奶粉13 g，水苏糖 1 g，甘油 3 g，番茄泥 13 g，胡萝卜泥 10 g

配方六：脱脂奶粉10 g，水苏糖 3 g，甘油 1g，番茄泥 15 g，胡萝卜泥 8 g

配方七：脱脂奶粉10 g，水苏糖 2 g，甘油 1 g，番茄泥 15 g，胡萝卜泥 10 g

配方八：脱脂奶粉13 g，水苏糖 2 g，甘油 3 g，番茄泥 10 g，胡萝卜泥 10 g

配方九：脱脂奶粉10 g，水苏糖 1 g，甘油 2 g，番茄泥 15 g，胡萝卜泥 8 g

配方十：脱脂奶粉10 g，水苏糖 2 g，甘油 1 g，番茄泥 13 g，胡萝卜泥 10 g

配方十一：脱脂奶粉13 g，水苏糖 2 g，甘油 2 g，番茄泥 10 g，胡萝卜泥 8 g

应用上述保护剂配方，开展对比实验，高密度发酵后的植物乳杆菌，经高速管式离心机，在15000-20000 rpm的条件下离心收集菌泥100 g，按照1：3的比例分别与上述菌体保护剂混合均匀。将低温喷雾干燥机进料口浸入植物乳杆菌与保护剂的混合液中，设置参数进口温度在70℃左右，出口温度在50℃左右，流速为10 mL/min，待设备运行稳定后，控制进料开关开始进料，运行2 h后，关闭进料开关和进风开关，从储料盒中收集菌粉。

结果分析：

表1 保护剂配方的优化结果

配方一

配方二

配方三

配方四

配方五

配方六

活菌数（CFU/g）

2.96×1011

2.98×1011

2.94×1011

3.00×1011

2.97×1011

2.95×1011

存活率

80.4%

81.2%

80.6%

81%

80.8%

80.5%

配方七

配方八

配方九

配方十

配方十一

活菌数（CFU/g）

3.01×1011

2.99×1011

2.95×1011

3.01×1011

2.99×1011

存活率

83.8%

81.6%

80.2%

82.8%

80.9%

如表1，以配方一至配方十一做保护剂时制备的菌粉，活菌数均在3.0×10¹¹ CFU/g左右，存活率在80%以上，其中配方七与配方十活菌数与存活率略好于其他配方。

实施例2、保护剂添加比例的优化：

保护剂添加比例共设计三组方案：

方案一：菌泥与菌体保护剂的质量体积：1：1，

方案二：菌泥与菌体保护剂的质量体积：1：2，

方案三：菌泥与菌体保护剂的质量体积：1：3，

方案四：菌泥与菌体保护剂的质量体积：1：4，

方案五：菌泥与菌体保护剂的质量体积：1：5，

应用上述保护剂添加比例，开展单因素对比实验，高密度发酵后的植物乳杆菌，经高速管式离心机，在15000-20000 rpm的条件下离心收集菌泥100 g，与菌体保护剂分别按照上述比例混合均匀，保护剂配方为每100 mL水中含有：脱脂奶粉 10 g，水苏糖 2 g，甘油1 g，番茄泥15 g，胡萝卜泥10 g。

将低温喷雾干燥机进料口浸入植物乳杆菌与保护剂的混合液中，设置参数进口温度在70℃左右，出口温度在50℃左右，流速为10 mL/min，待设备运行稳定后，控制进料开关开始进料，运行2 h后，关闭进料开关和进风开关，从储料盒中收集菌粉。

结果分析：

表2 保护剂添加比例的优化结果

	方案一	方案二	方案三	方案四	方案五
						活菌数（CFU/g）	2.95×10<sup>11</sup>	3.03×10<sup>11</sup>	2.97×10<sup>11</sup>	2.96×10<sup>11</sup>	3.0×10<sup>11</sup>
存活率	80.2%	82.9%	81%	80.6%	81.7%

如表2，当菌泥与菌体保护剂的质量体积比为1：1至1：5时，收集到的菌粉活菌数均在3.0×10¹¹ CFU/g左右，存活率均保持在80%以上，其中方案二的存活率略高与其他方案。

实施例3进出料口温度的优化：

进出料口的温度，共设计九组方案：

方案一：进料口温度 65℃，出料口温度45℃

方案二：进料口温度 65℃，出料口温度50℃

方案三：进料口温度 65℃，出料口温度55℃

方案四：进料口温度 70℃，出料口温度45℃

方案五：进料口温度 70℃，出料口温度50℃

方案六：进料口温度 70℃，出料口温度55℃

方案七：进料口温度 75℃，出料口温度45℃

方案八：进料口温度 75℃，出料口温度50℃

方案九：进料口温度 75℃，出料口温度55℃

按上述实验方案，开展对比实验，高密度发酵后的植物乳杆菌，经高速管式离心机，在15000-20000 rpm的条件下离心收集菌泥100 g，与菌体保护剂按照1：3的比例混合均匀，保护剂配方为每100 mL水中含有：脱脂奶粉 10 g，水苏糖 2 g，甘油1 g，番茄泥15 g，胡萝卜泥10 g。

将低温喷雾干燥机进料口浸入植物乳杆菌与保护剂的混合液中，按上述方案设置温度参数，流速为10 mL/min，待设备运行稳定后，控制进料开关开始进料，运行2 h后，关闭进料开关和进风开关，从储料盒中收集菌粉。

结果分析：

表3进出料口温度的优化结果

	方案一	方案二	方案三	方案四	方案五
						活菌数（CFU/g）	3.03×10<sup>11</sup>	3.04×10<sup>11</sup>	3.01×10<sup>11</sup>	2.97×10<sup>11</sup>	2.95×10<sup>11</sup>
存活率	83.8%	81.4%	83.3%	82.2%	81.6%
							方案六	方案七	方案八	方案九
活菌数（CFU/g）	2.98×10<sup>11</sup>	2.99×10<sup>11</sup>	2.96×10<sup>11</sup>	2.95×10<sup>11</sup>
						存活率	82.4%	82.7%	81.9%	81.7%

如表3，按照方案一至方案九设定进料口温度与出料口温度制备菌粉时，菌粉的活菌数均保持在3.0×10¹¹ CFU/g左右，存活率均保持在80%以上，其中方案一与方案三的活菌数与存活率略好于其他方案。

实施例4进料流速的优化：

进料的流速，共设计三组方案：

方案一：5 mL/min

方案二：10 mL/min。

方案三：15 mL/min。

将低温喷雾干燥机进料口浸入植物乳杆菌与保护剂的混合液中，设置参数进口温度在65℃左右，出口温度在50℃左右，按上述方案设置流速，待设备运行稳定后，控制进料开关开始进料，运行2 h后，关闭进料开关和进风开关，从储料盒中收集菌粉。

结果分析：

表4 进料流速的优化结果

	方案一	方案二	方案三
				活菌数（CFU/g）	3.1×10<sup>11</sup>	3.08×10<sup>11</sup>	2.98×10<sup>11</sup>
存活率	82.8%	81.3%	80.9%

如表4，进料速度按照方案一到方案三制备菌粉时，收集到菌粉活菌数均在3.0×10¹¹CFU/g左右，存活率均为80%以上，并且含水量符合要求，其中方案一与方案二的活菌数与存活率略好。

实施例5最优条件下植物乳杆菌低温喷雾干燥菌粉的制备：

经以上案例，确定了植物乳杆菌低温喷雾干燥菌粉的最优参数，具体实施如下：

高密度发酵后的植物乳杆菌，经高速管式离心机，在15000-20000 rpm的条件下离心收集菌泥100 g，与菌体保护剂按照1：2的比例混合均匀，保护剂配方为每100 mL水中含有：脱脂奶粉 10 g，水苏糖 2 g，甘油1 g，番茄泥15 g，胡萝卜泥10 g。

将低温喷雾干燥机进料口浸入植物乳杆菌与保护剂的混合液中，设置参数进口温度在65℃左右，出口温度在45℃左右，流速为5 mL/min，待设备运行稳定后，控制进料开关开始进料，运行2 h后，关闭进料开关和进风开关，从储料盒中收集菌粉。

结果分析：植物乳杆菌发酵液的低温喷雾干燥处理，存活率可达82.7%，菌粉活菌数可达3.1×10¹¹ CFU/g，含水量在5%左右，活菌数高、含水量低、生产周期短、能耗低，更适应规模化生产的需求。

实施例6植物乳杆菌真空冷冻干燥菌粉的制备：

高密度发酵后的植物乳杆菌，经高速管式离心机，在15000-20000 rpm的条件下离心收集菌泥100 g，与菌体保护剂按照1：3的比例混合均匀，保护剂配方为每100 mL水中含有：脱脂奶粉 15 g、水苏糖 3 g、甘油3 g，番茄泥15 g，胡萝卜泥10 g，转入冻干盘中，先放入-80℃冰箱预冻5 h，然后放入真空冷冻干燥机中冻干44 h，冻干完成后经粉碎得到冻干菌粉。

结果分析：高密度发酵后的植物乳杆菌经真空冷冻干燥处理后，存活率为82%，菌粉活菌数可达2×10¹¹ CFU/g，含水量在5%左右。

真空冷冻干燥工艺同样可以获得高活菌数的菌粉，但相比低温喷雾干燥法，不仅菌粉活菌数要低1×10¹¹ CFU/g，而且该工艺周期长，使用真空冷冻干燥的方法生产菌粉每批生产菌粉400 g，生产周期为40-48个小时，使用低温喷雾干燥的方法，生产400 g菌粉只需要4个小时左右，而且使用真空冷冻干燥的方法生产菌粉能耗也非常高，平均每克菌粉需要耗电228千瓦时，使用低温喷雾干燥的方法，平均每克菌粉耗电仅75千瓦时。

实验案例七、植物乳杆菌低温干燥菌粉的制备：

高密度发酵后的植物乳杆菌，经高速管式离心机，在15000-20000 rpm的条件下离心收集菌泥100 g，与菌体保护剂按照1：3的比例混合均匀，保护剂配方为每100 mL水中含有：脱脂奶粉 15 g、水苏糖 3 g、甘油3 g，番茄泥15 g，胡萝卜泥10 g。加入到750 g淀粉中，用混合搅拌机混合均匀，再用80目的筛子压成粒状，50-60℃鼓风干燥4 h。

结果分析：植物乳杆菌发酵液的低温干燥菌粉，存活率为0.2%，菌粉活菌数可达7.5×10⁸ CFU/g，含水量在10%左右。该方法处理时间短，效率非常高，并且温度控制较低能耗小，但菌粉的活菌数非常低，存活率过低，仅为0.2%。

经本方法制备的植物乳杆菌低温喷雾干燥菌粉，存活率可达80%以上，菌粉活菌数最高可达3.1×10¹¹ CFU/g，含水量在5%左右，活菌数高、含水量低、生产周期短、能耗低，设备投入小，更适应规模化生产的需求。

Claims

1.一种植物乳杆菌高活性菌粉的制备方法，其特征在于，植物乳杆菌经液体高密度发酵得到的菌液，经高速管式离心机离心收集菌泥，与菌体保护剂混合均匀，将低温喷雾干燥机进料口浸入植物乳杆菌与保护剂的混合液中，待设备运行稳定后，控制进料开关开始进料，运行结束后关闭进料开关和进风开关，物料从出料口进入储料盒中，收集菌粉。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述菌体保护剂配方为：每100 mL水中含有：脱脂奶粉 10-15 g、水苏糖 1-3 g、甘油1-3 g，番茄泥10-15 g，胡萝卜泥5-10 g。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述菌体保护剂配方为：每100 mL水中含有：脱脂奶粉 10 g，水苏糖 2 g，甘油1 g，番茄泥15 g，胡萝卜泥10 g。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述菌泥与菌体保护剂的质量体积比为1：1-5。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述菌泥与菌体保护剂的质量体积比为1：2。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低温喷雾干燥机的进料口温度为65-75℃，出料口温度为45-55℃。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述低温喷雾干燥机的进料口温度为65℃，出料口温度为45℃。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低温喷雾干燥机控制进料开关的进料流速为5-10 mL/min。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述低温喷雾干燥机控制进料开关的进料流速为5 mL/min。