CN110804574A - 一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,包括如下步骤:1)将凝结芽孢杆菌接入选择培养基中培养得到单菌落,进行种子培养,并做保藏;2)将保藏的凝结芽孢杆菌接入斜面培养基中,37℃恒温培养箱培养2~3天,取出至于4℃冰箱保存备用;3)从斜面培养基培养的凝结芽孢杆菌中挑一环菌泥接入种子培养基中进行扩大培养;4)将扩大培养后的种子液接入发酵培养基中进行分批补料发酵培养,即得高浓度凝结芽孢杆菌发酵液。该发明通过对培养基优化以及发酵过程优化,得到了高浓度发酵菌液,同时发酵液中无不溶性物质,降低了离心难度,便于浓缩,可提供高菌数粉样制剂,降低了生产成本,有助于产品推广,对畜禽健康养殖有重大意义。
Description
技术领域
本发明属于微生物发酵工程技术领域,具体涉及一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法。
背景技术
微生态制剂,是利用正常微生物或促进微生物生长的物质制成的活的微生物制剂,具有天然无毒、促进宿主健康的作用。
凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans),革兰阳性,属于硬(或厚)壁菌门、芽孢杆菌纲、芽孢杆菌目、芽孢杆菌科、芽孢杆菌属,是经美国FDA批准的一种“普遍认为安全”的杆菌类乳酸菌,其特点在于:1、凝结芽孢杆菌作为一种兼性厌氧菌,在肠道环境下能够代谢产生乳酸,形成酸性环境,抑制病原微生物生长,有益于宿主健康;2、能以芽孢形态存在,耐高温、耐胃酸、耐胆盐、环境抗逆性强;3、提高饲料品质,促进饲料的消化吸收,降低料重比;4、有效改善断奶仔猪由于应激、过敏反应引起的菌群失调性腹泄;5、无任何毒副作用,使用安全,改善养殖环境。凝结芽孢杆菌兼具乳酸菌类和芽孢杆菌类微生态制剂的优点,由于良好的饲喂效果和加工性能,已列入饲料添加剂名录。
然而,目前市场上凝结芽孢杆菌产品普遍存在菌体含量低、发酵液中固形物含量高后处理成本大,究其原因,还是凝结芽孢杆菌产业发酵水平低、加工过程菌体损失高,影响凝结芽孢杆菌的普及应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有凝结芽孢杆菌产品存在菌体含量低、发酵液中固形物含量高后处理成本大的问题。
为此,本发明提供了一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,包括如下步骤:
1)将凝结芽孢杆菌接入选择培养基中培养得到单菌落,再挑取单菌落于种子培养基上进行种子培养,并做保藏;
2)将保藏的凝结芽孢杆菌接入斜面培养基中,37℃恒温培养箱培养2~3天,取出至于4℃冰箱保存备用;
3)从斜面培养基培养的凝结芽孢杆菌中挑一环菌泥接入种子培养基中进行扩大培养;
4)将扩大培养后的种子液接入装有发酵培养基的发酵罐中进行分批补料发酵培养,即得高浓度凝结芽孢杆菌发酵液。
进一步的,所述步骤1)中选择培养基由按质量百分比计的如下组分:葡萄糖0.2~1%、蛋白胨1~2%、酵母粉0.5~1%、牛肉膏0.2~0.5%、无水氯化钙0.01~0.1%、氯化钠0.1~0.5%、一水合硫酸锰0.01~0.05%、L-半胱胺盐酸盐0.01~0.05%,余量为水,使用盐酸调pH至5.0~5.5,再加入琼脂粉1.5~2%,115℃灭菌30min制备得到。
进一步的,所述步骤1)中选择培养基培养条件为40~45℃恒温培养箱培养24h。
进一步的,所述步骤1)和步骤3)中种子培养基由按质量百分比计的如下组分:葡萄糖2%、蛋白胨2%、酵母浸粉1%,余量为水,在115℃条件下灭菌30min制备得到。
进一步的,所述步骤1)中种子培养及步骤3)中扩大培养的条件如下:40℃~45℃、150rpm~200rpm摇床培养8~12h。
所述步骤1)中菌种保藏方法如下:种子培养液加入10%~30%甘油,混匀移入离心管中,1.5mL/支,至于-80℃冰箱保藏。
进一步的,所述步骤2)中斜面培养基由以下方法制备得到:称取1g~10g麸皮,加入90mL水小火煮沸30min~1h,用纱布滤得汁液,定容至100mL,加入1.5%~2%琼脂粉,115℃灭菌30min。
进一步的,所述步骤4)中发酵培养基由按质量百分比计的如下组分:葡萄糖0.5~2%、酵母浸膏1~3%、玉米浆0.1~1%、磷酸二氢钾0.1~0.5%、硫酸锰0.05~0.2%、硫酸镁0.01~0.15%、消泡剂0.005~0.01%,余量为水,使用氢氧化钠溶液调制pH6.8~7.5,115℃灭菌30min制备得到。
进一步的,所述步骤4)中分批补料的补料培养基由葡萄糖2~5%、酵母浸膏0.5~3%,余量为水,115℃灭菌30min制备得到。
进一步的,所述步骤4)中发酵培养条件如下:接种量1~10%,培养温度40~45℃,pH值5.0~7.5,发酵罐罐压0.03~0.05Mpa,风量0.5m3/h~1.5m3/h,搅拌速度100rpm~600rpm,溶氧维持10~50%,pH反弹至5.5~6.5开始补料,培养周期为35~45h。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
(1)本发明提供的这种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法通过对培养基优化以及发酵过程优化,得到了高浓度发酵菌液,同时发酵液中无不溶性物质,降低了离心难度,便于浓缩,可提供高菌数粉样制剂,降低了生产成本,有助于产品推广,对畜禽健康养殖有重大意义。
(2)本发明提供的这种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法中将凝结芽孢杆菌种子经过斜面接种,大大缩短种子液培养时间,同时通过对斜面培养基成分的设计,使得凝结芽孢杆菌在该培养基上形成芽孢,且形成的芽孢可于4℃储存,节约保藏成本。
(3)本发明提供的这种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法中发酵培养基采用可溶性物质,发酵液可经过离心浓缩,相较于传统凝结芽孢杆菌发酵培养基中多使用豆粕、麸皮、淀粉等不溶物作为营养物质,大大降低了后处理干燥成本。
(4)本发明提供的这种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法中发酵培养过程采用分批补料,维持pH在5.0~7.5,使凝结芽孢杆菌一直处于最适生长pH环境中,有利于凝结芽孢杆菌的生长,大大提高了芽孢率。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
本实施例提供了一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,包括如下步骤:
(1)将凝结芽孢杆菌接入选择培养基,40~45℃恒温培养箱培养24h得到单菌落,再挑取单菌落于种子培养基上进行种子培养,并做保藏。
具体的,选择培养基用于凝结芽孢杆菌分离及检测,其成分如下:葡萄糖0.5%、蛋白胨1%、酵母粉0.5%、牛肉膏0.5%、无水氯化钙0.015%、氯化钠0.25%、一水合硫酸锰0.01%、L-半胱胺盐酸盐0.05%,余量为水,使用盐酸调pH至5.0~5.5,再加入琼脂粉1.5%,115℃灭菌30min制备得到。
种子培养基的成分如下:葡萄糖2%、蛋白胨2%、酵母浸粉1%,余量为水,115℃灭菌30min。单菌落在此种子培养基上于40℃~45℃、150rpm~200rpm摇床培养8~12h。
经种子培养后的种子培养液加入10~30%甘油,混匀移入离心管中,1.5mL/支,至于-80℃冰箱保藏。
(2)将保藏的凝结芽孢杆菌接入斜面培养基中,37℃恒温培养箱培养2~3天至形成芽孢,取出至于4℃冰箱保存备用,有效期1~3个月。
具体的,斜面培养基的成分如下:称取5g麸皮,加入90mL水小火煮沸30min~1h,用纱布滤得汁液,定容至100mL,加入1.5%琼脂粉,115℃灭菌30min。
(3)从斜面培养基培养的凝结芽孢杆菌中挑一环菌泥接入种子培养基中,于45℃200rpm摇床培养8~10h。其中,种子培养基的成分如下:葡萄糖2%、蛋白胨2%、酵母浸粉1%,余量为水,115℃灭菌30min。
(4)将上述步骤(3)扩大培养后的种子液接入装有发酵培养基的发酵罐中进行分批补料发酵培养,其中,发酵培养基的成分如下:葡萄糖1%、酵母浸膏1.5%、玉米浆0.5%、磷酸二氢钾0.5%、硫酸锰0.12%、硫酸镁0.15%、消泡剂0.005%,余量为水,使用氢氧化钠溶液调制pH6.8~7.5,115℃灭菌30min制备得到。补料的补料培养基为葡萄糖3%、酵母浸膏2%,余量为水,115℃灭菌30min。
发酵培养具体过程如下:在30L发酵罐中装入18L发酵培养基,115℃灭菌30min,结束后注水降温至40~45℃,以1~10%的接种量接入种子液,初始搅拌速度100rpm~600rpm、初始通气量0.5m3/h~1.5m3/h,开始发酵,pH先下降后反弹,开始维持溶氧在10%以上,pH反弹至5.5~6.5时开始补料,每次补入0.35%补料培养基,补完为止,补料过程中凝结芽孢杆菌会通过自身的代谢途径的转换使发酵pH维持在5.0~7.5,而大量文献及研究表明,凝结芽孢杆菌在此pH环境下有利于其生长,24h左右补料完成,27h培养基中的葡萄糖完全耗尽,凝结芽孢杆菌营养体开始形成芽孢,35h~45h芽孢完全脱落。
使用上述选择培养基检测发酵液中营养体70×108cfu/mL,芽孢68×108cfu/mL,芽孢率达到97%。
将本实施例得到的发酵液经过碟式离心机,离心浓缩4~5倍,得到菌浆,添加20%淀粉,进风温度170℃,出风温度70℃,喷雾干燥,得到高菌数微生态粉样制剂,粉样中营养体2000×108cfu/mL,芽孢1900×108cfu/mL,粉样收率为95%。
实施例2:
本实施例提供的高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,其具体过程与实施例1基本一致,所不同之处在于:
选择培养基成分如下:葡萄糖0.2%、蛋白胨2%、酵母粉0.5%、牛肉膏0.5%、无水氯化钙0.1%、氯化钠0.1%、一水合硫酸锰0.03%、L-半胱胺盐酸盐0.05%,余量为水,使用盐酸调pH至5.0~5.5,再加入琼脂粉1.5%,115℃灭菌30min制备得到。
斜面培养基的成分如下:称取1g麸皮,加入90mL水小火煮沸30min~1h,用纱布滤得汁液,定容至100mL,加入1.5%琼脂粉,115℃灭菌30min。
发酵培养基的成分如下:葡萄糖0.5%、酵母浸膏3%、玉米浆1%、磷酸二氢钾0.1%、硫酸锰0.2%、硫酸镁0.06%、消泡剂0.005%,余量为水,使用氢氧化钠溶液调制pH6.8~7.5,115℃灭菌30min制备得到。补料的补料培养基为葡萄糖5%、酵母浸膏0.5%,余量为水,115℃灭菌30min。
本实施例检测发酵液中营养体为50×108cfu/mL,芽孢为45×108cfu/mL,芽孢率达到90%。
将本实施例得到的发酵液经过离心浓缩6倍后得到菌浆,添加20%淀粉,进风温度170℃,出风温度70℃,喷雾干燥,得到高菌数微生态粉样制剂,粉样中营养体1500×108cfu/mL,芽孢1350×108cfu/mL,粉样收率为75%。
实施例3:
本实施例提供的高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,其具体过程与实施例1基本一致,所不同之处在于:
选择培养基成分如下:葡萄糖1%、蛋白胨1.5%、酵母粉1%、牛肉膏0.2%、无水氯化钙0.01%、氯化钠0.5%、一水合硫酸锰0.05%、L-半胱胺盐酸盐0.01%,余量为水,使用盐酸调pH至5.0~5.5,再加入琼脂粉2%,115℃灭菌30min制备得到。
斜面培养基的成分如下:称取10g麸皮,加入90mL水小火煮沸30min~1h,用纱布滤得汁液,定容至100mL,加入1.5%琼脂粉,115℃灭菌30min。
发酵培养基的成分如下:葡萄糖2%、酵母浸膏1%、玉米浆0.1%、磷酸二氢钾0.3%、硫酸锰0.05%、硫酸镁0.01%、消泡剂0.01%,余量为水,使用氢氧化钠溶液调制pH6.8~7.5,115℃灭菌30min制备得到。补料的补料培养基为葡萄糖2%、酵母浸膏3%,余量为水,115℃灭菌30min。
本实施例检测发酵液中营养体为80×108cfu/mL,芽孢为75×108cfu/mL,芽孢率达到94%。
将本实施例得到的发酵液经过离心浓缩6倍后得到菌浆,添加20%淀粉,进风温度170℃,出风温度70℃,喷雾干燥,得到高菌数微生态粉样制剂,粉样中营养体1700×108cfu/mL,芽孢1620×108cfu/mL,粉样收率可以达到86%。
对比例1:
本对比例中凝结芽孢杆菌液体发酵方法与上述实施例1的过程基本一致,所不同之处在于:斜面培养基采用传统活化使用的YPD斜面培养基,且在该YPD斜面培养基中需培养3~5天形成芽孢,接入种子培养基中摇瓶需培养12h。经检测,采用本对比例的发酵方法得到的芽孢率为5~10%。
对比例2:
本对比例中凝结芽孢杆菌液体发酵方法与上述实施例1的过程基本一致,所不同之处在于:本对比例中的发酵培养过程中不采用添加补料培养基进行补料连续发酵。经检测,采用本对比例的发酵方法,其发酵液中营养体47×108cfu/mL,芽孢40×108cfu/mL,芽孢率为85%。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明,并不构成对本发明的保护范围的限制,凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)将凝结芽孢杆菌接入选择培养基中培养得到单菌落,再挑取单菌落于种子培养基上进行种子培养,并做保藏;
2)将保藏的凝结芽孢杆菌接入斜面培养基中,37℃恒温培养箱培养2~3天,取出至于4℃冰箱保存备用;
3)从斜面培养基培养的凝结芽孢杆菌中挑一环菌泥接入种子培养基中进行扩大培养;
4)将扩大培养后的种子液接入装有发酵培养基的发酵罐中进行分批补料发酵培养,即得高浓度凝结芽孢杆菌发酵液。
2.如权利要求1所述的一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,其特征在于,所述步骤1)中选择培养基由按质量百分比计的如下组分:葡萄糖0.2~1%、蛋白胨1~2%、酵母粉0.5~1%、牛肉膏0.2~0.5%、无水氯化钙0.01~0.1%、氯化钠0.1~0.5%、一水合硫酸锰0.01~0.05%、L-半胱胺盐酸盐0.01~0.05%,余量为水,使用盐酸调pH至5.0~5.5,再加入琼脂粉1.5~2%,115℃灭菌30min制备得到。
3.如权利要求2所述的一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,其特征在于,所述步骤1)中选择培养基培养条件为40~45℃恒温培养箱培养24h。
4.如权利要求1所述的一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,其特征在于,所述步骤1)和步骤3)中种子培养基由按质量百分比计的如下组分:葡萄糖2%、蛋白胨2%、酵母浸粉1%,余量为水,在115℃条件下灭菌30min制备得到。
5.如权利要求4所述的一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,其特征在于,所述步骤1)中种子培养及步骤3)中扩大培养的条件如下:40℃~45℃、150rpm~200rpm摇床培养8~12h。
6.如权利要求1所述的一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,其特征在于,所述步骤1)中菌种保藏方法如下:种子培养液加入10%~30%甘油,混匀移入离心管中,1.5mL/支,至于-80℃冰箱保藏。
7.如权利要求1所述的一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,其特征在于,所述步骤2)中斜面培养基由以下方法制备得到:称取1g~10g麸皮,加入90mL水小火煮沸30min~1h,用纱布滤得汁液,定容至100mL,加入1.5%~2%琼脂粉,115℃灭菌30min。
8.如权利要求1所述的一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,其特征在于,所述步骤4)中发酵培养基由按质量百分比计的如下组分:葡萄糖0.5~2%、酵母浸膏1~3%、玉米浆0.1~1%、磷酸二氢钾0.1~0.5%、硫酸锰0.05~0.2%、硫酸镁0.01~0.15%、消泡剂0.005~0.01%,余量为水,使用氢氧化钠溶液调制pH6.8~7.5,115℃灭菌30min制备得到。
9.如权利要求7所述的一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,其特征在于,所述步骤4)中分批补料的补料培养基由葡萄糖2~5%、酵母浸膏0.5~3%,余量为水,115℃灭菌30min制备得到。
10.如权利要求1所述的一种高浓度凝结芽孢杆菌液体发酵方法,其特征在于,所述步骤4)中发酵培养条件如下:接种量1~10%,培养温度40~45℃,pH值5.0~7.5,发酵罐罐压0.03~0.05Mpa,风量0.5m3/h~1.5m3/h,搅拌速度100rpm~600rpm,溶氧维持10~50%,pH反弹至5.5~6.5开始补料,培养周期为35~45h。
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