CN114107066A - 高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范，包括以下内容：第一步：选择不同代表性的益生菌3—5株，建立发酵工艺，实现发酵液中益生菌活菌数达到100—300亿CFU/ml；第二步：开发适用于益生菌冷冻干燥过程的保护剂并建立相关工艺，实现冷冻干燥制品中活菌数达到5000‑8000亿CFU/克，常温(25度)储存12个月存活率不低于60％；本发明针对益生菌干燥过程中菌体的冷损伤和热损伤机制，开发出相应的保护技术和保护剂，提高益生菌产品的稳定性，解决当前益生菌生产过程中活菌数低，生产出的产品货架期稳定性差、难以规模化放大等主要技术问题；建立益生菌规模化制备示范生产线；完善益生菌制备以及加工过程品质控制技术体系。

Description

高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范

技术领域

本发明涉及益生菌规模化制备技术开发与示范，特别涉及高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范，属于益生菌规模化制备技术领域。

背景技术

益生菌是通过定殖在人体内，改变宿主某一部位菌群组成的一类对宿主有益的活性微生物，通过调节宿主黏膜与系统免疫功能或通过调节肠道内菌群平衡，促进营养吸收保持肠道健康的作用，从而产生有利于健康作用的单微生物或组成明确的混合微生物。

我国农业农村部第194号公告要求2020年7月1日起，饲料端全程无抗，抗生素全部退出饲料端。这是养殖业的巨大变革和挑战。禁抗后出现两大问题：①饲料转化效率和养殖动物生长速度下降，养殖业生产水平降低，养殖成本增加。②动物疾病发生率上升，养殖现场治疗用药大量增加，抗生素使用总量在“饲料禁抗”期间没有减少。

饲料“禁抗”、养殖“减抗”等国家政策实施后，如何保证畜禽产品生产质量、提升生产性能及稳定市场供应已成为现今畜牧业的巨大挑战。

目前，畜牧业已形成以肠道益生菌、抗菌肽(益生菌代谢产物)、酸化剂、精油(植物提取物)为主的“替抗产品”来解决饲料及养殖端的动物肠道健康问题。

研发新型抗生素替代产品，自然成了解决畜牧业发展“卡脖子”问题的必然选择。针对全国范围行业替抗产品应用效果来看，益生菌及其代谢产物显得更为突出；因此，高活性高稳定性的益生菌制备技术及产业化是促进畜牧业中饲料端与养殖端的高质量发展必然选择。

发明内容

本发明的目的在于提供高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范，包括以下内容：

第一步：选择不同代表性的益生菌3—5株，建立发酵工艺，实现发酵液中益生菌活菌数达到100—300亿CFU/ml；

第二步：开发适用于益生菌冷冻干燥过程的保护剂并建立相关工艺，实现冷冻干燥制品中活菌数达到5000-8000亿CFU/克，常温(25度)储存12个月存活率不低于60％；

第三步：开发适用于益生菌低热喷雾干燥技术的保护剂并建立相关工艺，实现低热喷雾干燥制品中活菌数达到4000-6000亿CFU/克，常温(25度)储存12个月存活率不低于50％；

第四步：建立益生菌规模化制备示范生产线；

第五步：建立益生菌制备以及加工过程品质控制技术体系。

作为本发明的一种优选技术方案，所述高活性高稳定性益生菌规模化制备技术包括以下内容：益生菌高密度发酵培养技术；发酵完成后的菌体冷冻干燥保护剂和保护技术；低热喷雾干燥保护剂和保护技术；微胶囊保护技术；品质控制技术。

作为本发明的一种优选技术方案，所述益生菌高密度发酵培养技术包括以下内容：

第一步：高活性、高稳定性的功能益生菌株的驯化选育；

通过室温常压等离子体诱变(ARTP)与原生质体融合技术对不同功能益生菌进行“杂交”，结合底物、产物、胆盐、酸碱度等的耐受驯化，选育抗逆能力强、代谢旺盛，而且可以耐受和利用高浓度底物和自身产物的优良菌株，从源头确保功能益生菌的强势；

第二步：种子强化工艺的建立；

发酵生产的结果受制于菌种的质量、菌种过老、传代级数过多，使得菌种的高效表达及终产物的积累受阻，主要表现在难以控制有效成份的生物合成，也会造成无效成份的积累增加，进而影响发酵全过程。强化种子工艺的关键技术在于提高菌种的活力，增强菌株同步性，使其整体“年轻化”，种子强化工艺，对益生菌或活性产物的的大量积累来说非常必要；

第三步：发酵培养基及工艺优化；

根据不同益生菌的生长及代谢特性，通过单因素和多因素的组合方式考察碳源(碳源种类和碳源浓度)、氮源(氮源种类巧氮源浓度)、无机盐等对益生菌生长和代谢的影响，特别考察氨基酸(蛋氨酸和精氨酸等)和B族维生素类作为促生长因子的可能性，工艺控制方面，实行多重网络代谢控制和工艺调控，以残糖、溶氧(DO)、pH控制为主要对象，通过流加补料(主要为葡萄糖和氨水)的方式，调节功能菌株生长与代谢的关系，并逐级放大，最终实现细胞的高密度发酵与活性产物相结合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范，针对益生菌生产及保存过程中菌体易失活或活力降低问题，依据益生菌菌株的基因组和发酵过程中的代谢特性，构建不同益生菌菌株发酵过程中的代谢网络，优化发酵工艺，提高发酵生产过程中益生菌的活菌数和活力；针对益生菌干燥过程中菌体的冷损伤和热损伤机制，开发出相应的保护技术和保护剂，提高益生菌产品的稳定性，解决当前益生菌生产过程中活菌数低，生产出的产品货架期稳定性差、难以规模化放大等主要技术问题；建立益生菌规模化制备示范生产线；完善益生菌制备以及加工过程品质控制技术体系。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范的技术方案：

高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范，包括以下内容：

第一步：选择不同代表性的益生菌3—5株，建立发酵工艺，实现发酵液中益生菌活菌数达到100—300亿CFU/ml；

第二步：开发适用于益生菌冷冻干燥过程的保护剂并建立相关工艺，实现冷冻干燥制品中活菌数达到5000-8000亿CFU/克，常温(25度)储存12个月存活率不低于60％；

第三步：开发适用于益生菌低热喷雾干燥技术的保护剂并建立相关工艺，实现低热喷雾干燥制品中活菌数达到4000-6000亿CFU/克，常温(25度)储存12个月存活率不低于50％；

第四步：建立益生菌规模化制备示范生产线；

第五步：建立益生菌制备以及加工过程品质控制技术体系。

高活性高稳定性益生菌规模化制备技术包括以下内容：益生菌高密度发酵培养技术；发酵完成后的菌体冷冻干燥保护剂和保护技术；低热喷雾干燥保护剂和保护技术；微胶囊保护技术；品质控制技术。

益生菌高密度发酵培养技术包括以下内容：

第一步：高活性、高稳定性的功能益生菌株的驯化选育；

通过室温常压等离子体诱变(ARTP)与原生质体融合技术对不同功能益生菌进行“杂交”，结合底物、产物、胆盐、酸碱度等的耐受驯化，选育抗逆能力强、代谢旺盛，而且可以耐受和利用高浓度底物和自身产物的优良菌株，从源头确保功能益生菌的强势；

第二步：种子强化工艺的建立；

发酵生产的结果受制于菌种的质量、菌种过老、传代级数过多，使得菌种的高效表达及终产物的积累受阻，主要表现在难以控制有效成份的生物合成，也会造成无效成份的积累增加，进而影响发酵全过程。强化种子工艺的关键技术在于提高菌种的活力，增强菌株同步性，使其整体“年轻化”，种子强化工艺，对益生菌或活性产物的的大量积累来说非常必要；

第三步：发酵培养基及工艺优化；

根据不同益生菌的生长及代谢特性，通过单因素和多因素的组合方式考察碳源(碳源种类和碳源浓度)、氮源(氮源种类巧氮源浓度)、无机盐等对益生菌生长和代谢的影响，特别考察氨基酸(蛋氨酸和精氨酸等)和B族维生素类作为促生长因子的可能性，工艺控制方面，实行多重网络代谢控制和工艺调控，以残糖、溶氧(DO)、pH控制为主要对象，通过流加补料(主要为葡萄糖和氨水)的方式，调节功能菌株生长与代谢的关系，并逐级放大，最终实现细胞的高密度发酵与活性产物相结合。

具体使用时，本发明高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范，选择不同代表性的益生菌3—5株，建立发酵工艺，实现发酵液中益生菌活菌数达到100—300亿CFU/ml；开发适用于益生菌冷冻干燥过程的保护剂并建立相关工艺，实现冷冻干燥制品中活菌数达到5000-8000亿CFU/克，常温(25度)储存12个月存活率不低于60％；开发适用于益生菌低热喷雾干燥技术的保护剂并建立相关工艺，实现低热喷雾干燥制品中活菌数达到4000-6000亿CFU/克，常温(25度)储存12个月存活率不低于50％；建立益生菌规模化制备示范生产线；建立益生菌制备以及加工过程品质控制技术体系；综上所述，本发明针对益生菌生产及保存过程中菌体易失活或活力降低问题，依据益生菌菌株的基因组和发酵过程中的代谢特性，构建不同益生菌菌株发酵过程中的代谢网络，优化发酵工艺，提高发酵生产过程中益生菌的活菌数和活力；针对益生菌干燥过程中菌体的冷损伤和热损伤机制，开发出相应的保护技术和保护剂，提高益生菌产品的稳定性，解决当前益生菌生产过程中活菌数低，生产出的产品货架期稳定性差、难以规模化放大等主要技术问题；建立益生菌规模化制备示范生产线；完善益生菌制备以及加工过程品质控制技术体系。

一、高活性高稳定性益生菌规模化制备的示范实施例

广式高盐稀态酱油生产过程微生物菌群结构及其丰度与动态变化规律不清晰，功能菌群代谢与酱油风味物质形成关系不明朗。

拟解决的关键问题是：目前包括广式高盐稀态酱油在内的各种酱油在生产(发酵)过程中微生物菌群结构及其丰度与动态变化规律不清不明、菌群多样性不稳定的科技关键问题，以及由此产生的难以精准调控发酵过程、经常导致酱油产量和质量不稳定的生产关键问题。

计划采用微生物宏基因组学和培养组学技术检测分析广式高盐稀态酱油生产过程中不同阶段不同发酵条件的微生物结构组成及其动态变化规律，采用代谢组学方法检测分析广式高盐稀态酱油不同发酵条件下的酱油风味成分，采用多组学联合分析方法分析揭示广式高盐稀态酱油生产过程中功能菌群动态变化与酱油产量和质量及风味成分的关系，通过精准调控广式高盐稀态酱油生产过程的各种环境因素和酿造技术，精准调控功能菌群的结构与组成，以解决关键问题，达到广式高盐稀态酱油产量和品质及风味稳定的目的。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于实施例所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范，其特征在于，包括以下内容：

第一步：选择不同代表性的益生菌3—5株，建立发酵工艺，实现发酵液中益生菌活菌数达到100—300亿CFU/ml；

第二步：开发适用于益生菌冷冻干燥过程的保护剂并建立相关工艺，实现冷冻干燥制品中活菌数达到5000-8000亿CFU/克，常温(25度)储存12个月存活率不低于60％；

第三步：开发适用于益生菌低热喷雾干燥技术的保护剂并建立相关工艺，实现低热喷雾干燥制品中活菌数达到4000-6000亿CFU/克，常温(25度)储存12个月存活率不低于50％；

第四步：建立益生菌规模化制备示范生产线；

第五步：建立益生菌制备以及加工过程品质控制技术体系。

2.根据权利要求1所述的高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范，其特征在于：所述高活性高稳定性益生菌规模化制备技术包括以下内容：益生菌高密度发酵培养技术；发酵完成后的菌体冷冻干燥保护剂和保护技术；低热喷雾干燥保护剂和保护技术；微胶囊保护技术；品质控制技术。

3.根据权利要求1所述的高活性高稳定性益生菌规模化制备技术开发与示范，其特征在于：所述益生菌高密度发酵培养技术包括以下内容：

第一步：高活性、高稳定性的功能益生菌株的驯化选育；

通过室温常压等离子体诱变(ARTP)与原生质体融合技术对不同功能益生菌进行“杂交”，结合底物、产物、胆盐、酸碱度等的耐受驯化，选育抗逆能力强、代谢旺盛，而且可以耐受和利用高浓度底物和自身产物的优良菌株，从源头确保功能益生菌的强势；

第二步：种子强化工艺的建立；

发酵生产的结果受制于菌种的质量、菌种过老、传代级数过多，使得菌种的高效表达及终产物的积累受阻，主要表现在难以控制有效成份的生物合成，也会造成无效成份的积累增加，进而影响发酵全过程。强化种子工艺的关键技术在于提高菌种的活力，增强菌株同步性，使其整体“年轻化”，种子强化工艺，对益生菌或活性产物的的大量积累来说非常必要；

第三步：发酵培养基及工艺优化；

根据不同益生菌的生长及代谢特性，通过单因素和多因素的组合方式考察碳源(碳源种类和碳源浓度)、氮源(氮源种类巧氮源浓度)、无机盐等对益生菌生长和代谢的影响，特别考察氨基酸(蛋氨酸和精氨酸等)和B族维生素类作为促生长因子的可能性，工艺控制方面，实行多重网络代谢控制和工艺调控，以残糖、溶氧(DO)、pH控制为主要对象，通过流加补料(主要为葡萄糖和氨水)的方式，调节功能菌株生长与代谢的关系，并逐级放大，最终实现细胞的高密度发酵与活性产物相结合。