2009No18
10 SerialNo1209
ChinaBrewing
ForumandSummary
保加利亚乳杆菌的特性及其应用
白卫东,赵文红,梁桂凤,罗百然,汪 薇
(仲恺农业工程学院轻工食品学院,广东广州510225)
摘 要:保加利亚乳杆菌是乳酸菌中应用较广的一种,与人类的生活关系密切。文中介绍了保加利亚乳杆菌的生长特性、产酸特性、产香特性、产胞外多糖特性以及其在食品发酵、工业乳酸发酵、医疗保健和饲料行业等领域的应用。关 键 词:保加利亚乳杆菌;特性;应用
中图分类号:TS20113 文献标识码:A 文章编号:0254-5071(2009)08-0010-04
CharacteristicsofLactobacillusbulgaricusanditsapplication
BAIWeidong,ZHAOWenhong,LIANG(CollegeofLightIndustryandFood,ZhongkaiUniversityofChina)
Abstract:Lactobacillusbulgaricusisoneofthewidelyrelatedtopeople’slife1Thegrowthcharacter2isticsandthecharacteristicsofacidprrproductionofLactobacillusbulgaricuswereintroducedinthispaper1InofLbufoodfermentation,lacticacidfermentation,medicalcare,feedindustryandotherfieldswereKeywords:Lricus;;applications
保加利亚乳杆菌(Lactobacillusbulgaricus)是一种被冠以国名的细菌,属于乳杆菌属热乳酸杆菌亚属,是典型的来自乳的乳酸菌。保加利亚乳杆菌的发现已有100多年历史了。1905年,保加利亚科学家斯塔门・戈里戈罗夫第一次发现并从酸奶中分离了“保加利亚乳酸杆菌”,同时向世界宣传保加利亚酸奶。俄国科学家诺贝尔奖获得者伊力亚・梅契尼科夫发现长寿人群有着经常饮用含有益生菌的发酵牛奶的传统,并于1908年正式提出了“酸奶长寿”理论。保加利亚乳杆菌繁衍至今已经遍布全世界。其效能优异,助人健康长寿,作为发酵剂在食品工业中被广泛应用在酸奶的生产中。由于保加利亚乳杆菌具有调节胃肠道健康、促进消化吸收、增加免疫功能、抗癌抗肿瘤等重要的生理功能,因此被规定为可用于保健食品的益生菌菌种之一
[1]
培养基最好子
[4]
[3]
,生长繁殖过程中需要多种维生素等生长因
,尤其是B族维生素,如吡哆酸(VB6)、钴胺酸
(VB12)、叶酸等。最适生长温度一般为37℃～45℃,温度
高于50℃或低于20℃则不能生长。
在培养中,保加利亚乳杆菌对碳源、氮源也是有要求的,酵母膏是实验室常用的一种化学试剂,其中尼克酸、叶酸、钴胺酸含量较高,在中性及微酸性环境中对热稳定
[5]
,故酵母膏作为碳源、氮源对保加利亚乳杆菌有较显
著的促进作用。另外,培养中缓冲盐也很重要,如CaCO3可以中和保加利亚乳杆菌代谢过程中产生的大量乳酸,解除代谢产物乳酸对菌体生长的抑制作用。
一般来说,保加利亚乳杆菌耐受乳酸的最大量为
2%
[6]
,理论上乳酸菌经同型发酵途径每消耗1mol葡萄糖
,在食品发酵、工业乳酸发酵、饲料行业
会转化生成2mol乳酸和2molATP,若产生2%乳酸需要消耗约2%葡萄糖,而总糖消耗量应为3%～4%或略高才能满足保加利亚乳杆菌的营养要求。
该菌是乳酸菌中产酸能力最强的菌种,最高产酸量
2%,能利用葡萄糖、果糖、乳糖进行同型乳酸发酵产生D
和医疗保健领域均有比较广泛的应用。
1保加利亚乳杆菌的特性111保加利亚乳杆菌的生长特性
保加利亚乳杆菌属于革兰氏阳性,厌氧性菌。菌体长μm～9μm,宽015μm～018μm,单个体呈长杆状或成链,2
两端钝圆,不具运动性,也不会产生孢子
1mm～3mm。
[2]
型乳酸(有酸涩味,适口性差),发酵可产生香味物质。对热的耐受性差,但个别菌株在75℃条件下能耐受20min。在乳中,该菌显示温和的蛋白分解性和较弱地脂肪松懈性,对碳酸盐比较敏感。能产生称做保加利亚菌素(bul2
garican)的抗生素。
112保加利亚乳杆菌产胞外多糖特性
。在牛奶上培
养,菌落为无色到淡白色,通常呈不光滑棉花状,直径
保加利亚乳杆菌属于化能异养型微生物,营养要求苛刻。一般来说,脱脂乳和乳清是乳酸菌的最佳培养基,实验表明,单从菌落总数来说,以乳清加6%脱脂奶粉作为 收稿日期:2009-03-24
按伯杰氏系统细菌学手册中的生化及形态分类法,乳
作者简介:白卫东(1967-),男,河南郑州人,教授,主要从事食品化学、香精香料的研究与开发。
专论与综述
中 国 酿 造
114保加利亚乳杆菌的产酸特性
2009年第8期
总第209期
11
酸菌可分为18个属,其中乳杆菌、链球菌、明串珠菌和乳酸乳球菌等属的菌株产胞外多糖的报道比较多。这些乳酸菌能分泌多糖于细胞外,形成荚膜多糖粘附于细胞表面或以粘质多糖形式存在于细胞周边培养基中,其形成有利于改善产品的黏度和质地
[7]
保加利亚乳杆菌经同型乳酸发酵将乳糖转化为乳酸,首先乳糖被β-半乳糖苷酶分解为葡萄糖和半乳糖,接着葡萄糖通过糖酵解途径被转换成2分子丙酮酸,再经乳酸脱氢酶催化,还原生成乳酸。半乳糖经转化依次生成半乳糖-1-磷酸、葡萄糖-1-磷酸、葡萄糖-6-磷酸,最后进入糖酵解途径,也被转换成2分子丙酮酸,然后被还原为乳酸。大量的实验已证实,菌体发酵乳糖,生成的乳酸使乳的pH值下降,当pH值下降至415时,,乳凝固,,在产品贮食用前这一过程中,菌体仍要生长繁殖。发生后酸化,即酸奶的pH值继续下降,这不仅严重影响了消费者对酸奶制品的接受性,而且抑制了酸奶制品的普及与发展
[17]
。目前报道的产胞外多糖的
主要的乳杆菌菌株有德氏保加利亚乳杆菌、瑞士乳杆菌、干酪乳杆菌干酪亚种、开菲尔乳杆菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和清酒乳杆菌等。一般来说,乳杆菌胞外多糖的产量不高,德氏保加利亚乳杆菌NCFFB2772约为
25mg/L
[8]
。
产生胞外多糖的条件不一定是菌株的最佳生长条件等
[9]
。一些研究表明,在低于乳杆菌最适生长温度的条件认为,下接种,可以促进胞外多糖产量增加GM[10]
成。RR30℃(低于最适生长温度)的条件下能够形成较高产量的胞外多糖聚合物。
胞外多糖的重要作用之一在于其是一种天然的增稠剂,可以改善发酵乳制品的流变学特性。鲜牛乳的黏度为
7171mPa・s,发酵后黏度明显增高,黏度增高有2个原因:
。研究表明,保加利亚乳杆菌是酸奶及发酵
乳饮料在贮藏期间发生后酸化的主要发酵剂菌株。保加利亚乳杆菌具有非常强的产酸能力和耐酸性,当外界环境中pH值降低时,其质膜H
+
-ATPase(F1F0-ATPase)能
一是酪蛋白沉淀增加了发酵乳的黏稠度;二是保加利亚乳杆菌产生的胞外多糖增加了发酵乳的黏度缩
[12]
[11]
通过水解ATP提供的能量将细胞内的质子泵出胞外,形成的膜pH值梯度差,使细胞内pH值维持在中性附近,代谢酶的活力不受影响。直至环境中pH值为315时,跨膜
pH值梯度差才不存在,细胞内呈酸性,新陈代谢活动开始
。同时胞外
多糖也是一种物理稳定剂,能够结合水并限制物料脱水收
,赋予产品吸引人的外观和令人满意的口感。113保加利亚乳杆菌的产香特性
受到抑制
[19]
。
保加利亚乳杆菌能产生特殊的香气,使酸奶等独具风味。据研究,这种特有的风味是其在发酵过程中产生的乙
[13]
醛、双乙酰(丁二酮)、丙酮、3-羟基丁酮和挥发性酸形
2保加利亚乳杆菌的应用211在食品发酵方面的应用
随着我国人民生活水平的提高和人们健康意识的逐步增强,乳制品特别是发酵乳制品在人们膳食结构中所占比例越来越大,这对于提高全民健康素质十分重要。牛乳是一种营养全面的食品,乳酸菌发酵不仅为乳制品提供了特殊的质地、风味和营养特征,而且赋予了乳制品特殊的食疗功效。保加利亚乳杆菌因其特殊的生理功能和营养功效,与其他乳酸菌一起被广泛应用在传统的发酵的乳制品中,提高了食品的功能性特点和附加值。发酵乳制品包括酸奶、干酪、奶油。
21111酸奶的生产
成的。其中,双乙酰、乙醛这2种风味物质在4℃冷藏后含量有较大变化,一般在12h和2h达到最高
[14]
。实验发
现组合菌的产香能力普遍高于单菌株的平均水平,虽然个别风味物质含量可能小于单菌株的水平,但总体的感官性能还是高于单菌株。
对发酵乳风味物质含量与感官评定的相关性分析可以初步分析到,丁二酮、乙醛含量不是越高越好,当和其他几种风味物质的含量及比例在一定范围时,才会得到比较好的感官评价。但关于风味物质含量和酸乳感官评定相关性研究还是存在争议的,据华朝丽等
[15]
报道,当丁二酮
酸奶是以鲜牛奶或奶粉为主要原料,经乳酸菌发酵而制得的产品。原料乳经加热杀菌和均质后,降低到适宜的温度,添加糖和稳定剂搅拌均匀,接种乳酸菌发酵剂在适宜的温度发酵。发酵完毕后,置于4℃左右的冷库内冷却成熟,即得成品酸乳。市面上一些大品牌的酸奶(如燕塘、光明、蒙牛、伊利等)都是以保加利亚乳杆菌加其他乳酸菌发酵而成的。
的含量与乙醛的含量比值为310～415,即乙醛含量与丁二酮含量比值为0122～0133时,酸奶才呈现出协调诱人的芳香味。余华
[16]
认为得到最佳风味酸乳中乙醛和丙酮
的比例为218∶1;王琴等认为乙醛与丁二酮的比值为
0130～0135,乙醛含量≤25rag/kg时,酸乳的感官风味和
乙醛、丁二酮含量正相关。
2009No18
12 SerialNo1209
ChinaBrewing
213在医疗保健领域的应用
ForumandSummary
21112奶油的生产
奶油又称黄油,是以乳经离心分离后所得的稀奶油为主要原料,经杀菌、冷却、成熟、乳酸菌发酵、搅拌、压炼而制成的乳制品。奶油按发酵方法不同,分为天然发酵奶油和人工发酵奶油2类。天然发酵奶油以乳中原有的微生物为发酵剂,让其自然发酵而成。人工发酵奶油是将稀奶油杀菌后,再添加纯培养的发酵剂,使其发酵而制成。
21113干酪的生产
近年来乳酸菌的生理活性正日益引起人们的重视。大量研究表明,乳酸菌对人体具有多方面的保健作用,如调节机体胃肠道正常菌群、保持体内微生态平衡、提高食物消化率和生物价、改善便秘、降低胆固醇水平、改善肝功能、缓解乳糖不耐症、控制内毒素、抑制肠道内腐败菌生长繁殖和腐败产物的产生、制造营养物质、刺激组织发育等。保加利亚乳杆菌作为乳杆菌属乳酸菌的典型代表,具有乳酸菌普遍生理功能,主要包括以下几个方面:
21311干酪是指原料乳经杀菌、冷却后,加入适量的乳酸菌发酵剂发酵,使蛋白质(主要是酪蛋白)凝固后,排除乳清,将凝块压成块状而制成的产品。
212在饲料行业的应用21211作为饲用微生物制剂
,其,其数量约10在正常生理状况下,肠道含有400～500种不同类型的细菌,其重量约为1kg～2kg。其中包括有害菌和有益菌,有害菌能通过代谢产生酚、吲哚、亚硝酸、亚硝胺和偶氮化合物等有毒物质,加速人体衰老和诱发癌症发生。
乳酸菌是肠道清道夫,能在肠内定居,使肠道菌相的构成发生有益变化,促进体内消化酶的分泌和肠道蠕动,清除肠道垃圾,抑制腐败菌的繁殖和作用。乳酸菌发酵产生的乳酸、醋酸等有机酸刺激胃分泌,抑制有害菌生长,清理肠道可以防便秘,乳酸又能促进肠道蠕动,避免体内毒素堆积,防止细胞老化,使肌肤更加白皙健美。对小儿下痢、成人渍疡性肠炎、细菌性下痢有显著治疗效果,并可有效缓解老年人和孕产妇便秘等症状
[21][20]
21要研究方向,径。,调整生态失调、保持微生态平衡、提高宿主(人、动植物)健康水平或增进健康状态的生理活性制品及其代谢产物以及促进这些生理菌群生长繁殖的生物制品。
国内外均有大量饲养和临床实验证明,乳酸菌作为饲料添加剂具有增质量、提高饲料转化率、预防疾病及降低病死率等效果。BAIRD用乳杆菌饲喂断奶仔猪和生长育肥猪,实验证明均能增加日增重和提高饲料转化率;LID2
BECK等证实乳酸杆菌能预防放疗引起的腹泻。蔡辉益
。
等对益生素使用效果进行统计,其中乳酸菌类益生素饲喂猪的报道,7例证明能提高日增重,平均提高7167%,6例证明提高饲料转化率,平均提高514%;饲喂肉鸡的报道中,5例证明提高日增重,平均达7132%,5例证明提高饲料利用率,平均达915%;乳酸杆菌在饲喂育肥牛(舍饲)时使用,平均日增重提高1312%,饲料转化率提高613%,发病率下降2717%。由此可见,乳酸菌在饲料行业的应用是极其广泛的,而且非常有发展前景。
21212发酵生产饲料奶油香精
21312产生特殊酶系,促进机体健康
乳酸菌可利用本身所特有的某些酶类补充宿主在消化酶上的不足,帮助分解上消化道未被充分水解吸收的营养物质,有利于宿主进一步吸收利用,包括增加人体必需的维生素、氨基酸、无机盐类(如钙、磷、铁、钴等)的吸收和利用。同时,通过产生某些酶修饰毒素受体,减少毒素与肠粘膜受体的结合,促进机体健康
[22]
。
[23]
21313抗肿瘤,增加免疫功能
乳酸菌对使人致癌的肠中亚硝胺有98%的高吸收率,可减少肠癌的发生。乳酸菌菌体抗原及代谢物还通过刺激肠粘膜淋巴结,激发免疫活性细胞,产生特异性抗体和致敏淋巴细胞,调节机体的免疫应答,防止病原菌侵入和繁殖,为致病细菌的侵入和繁殖设置一道屏障。
21314提高营养利用率、促进营养吸收
[24]
随着饲料工业的发展,配合饲料中化学添加剂(矿物质、微量元素、维生素、抗生素等)的使用量不断增加,农副产品、轻工业、食品行业的下脚料大量使用,对原有饲料的天然风味产生了很大影响。由此产生的不良气味,大大影响了配合饲料的适口性,降低了饲料的采食量。乳猪、仔猪喜欢牛奶、奶酪、巧克力等近似母乳香味的饲料,有几种化合物(特别是双乙酰)是乳中重要的香味成分,而乳酸菌可经一系列生化反应合成此类化合物。由于奶类香精成分极其复杂,即便是优秀的调香师也难调制出仿真度高的奶香型饲料香味剂,而通过生物发酵,加以适当修饰、调整便可制成奶类香精
[19]
乳酸菌的菌体蛋白可增加蛋白质含量。它能将食物中的大分子蛋白质部分降解为小分子肽和游离氨基酸,利于胃肠消化吸化。
乳酸菌可分解乳糖成为葡萄糖和半乳糖,进而进一步分解为小分子化合物,有助于儿童脑及神经系统的发育。
乳酸菌在代谢过程中消耗部分维生素,有利于增加肠
。
专论与综述
中 国 酿 造
2009年第8期
总第209期
13
内维生素的稳定性。乳酸菌产生有机酸使钙、磷、铁等元素处于易吸收的离子状态,提高利用率。
21315降低胆固醇
随着生物技术的进一步发展,保加利亚乳杆菌的性能会被进一步开发,所生产出产品的质量更优,味道更美,功能更全,更符合人们对食品的营养、风味和口感的追求。可见,保加利亚乳杆菌的应用广泛,市场前景诱人,但同时也面临很大的挑战。参考文献:
[1]张和平,张列兵.现代乳品工业手册[M]1北京:中国轻工业出版
乳酸菌菌体成分或菌体外代谢物有抗胆固醇因子。其代谢能显著减少肠管对胆固醇的吸收,同时,乳酸菌吸收部分胆固醇并将其转变为胆酸盐排出体外。
214基因工程方面应用
尽管保加利亚乳杆菌对酸性环境有一定的耐受性,但是在经过胃酸和胆汁酸的消化后,能进入小肠定植的保加利亚乳杆菌的数量是有限,因此提高其耐受性是很重要的。张莉滟等作了保加利亚乳杆菌原生质体的制备和回复,为以后乳杆菌基因工程方面的研究提供了技术支持和实验基础。韩立强等生物体对氧与所含超氧化物歧化酶
(SOD)浓度呈正相关,增加细菌SOD表达可增强其对氧
[25]
社,2005.
[2]SHARPEME1Aserologicalclassificationoflactobacilli[J]1GenMi2
crobiol,12:10721221
[3,,.[J].广州食品工业
17(3):4[][M].北京:高等教育出版社,1999.
[],于守洋.营养与食品卫生学[M].北京:人民卫生出版
备的适宜条件,社,1987.
[6]张兰威.乳酸菌优良菌株选育及直投式酸奶发酵剂的研制[D]1哈
尔滨:东北农业大学博士论文,2002.
[7]张天琪,杨贞耐,孔保华.乳杆菌胞外多糖及其在酸乳中的应用[J]1
的耐受性。保加利亚乳杆菌不含SOD,在有氧条件下生长较厌氧及微氧条件差。而已有学者指出,乳杆菌中SOD活性越高越有利于该菌在有氧条件下的存活。黄勇等
[29]
食品科学,2008(9):6372641.
[8]DJCvandenBerg,ROBUNGW,JANSSENAC,etal1Productionofa
novelextracellularpolysaccharidebyLactobacillussake021andcharac2terizationofthepolysaccharide[J]1ApplEnvironMicrobiol,1995,61:2840228441
[9]CERNINGJ,BOUILLANEC,LANDONM,etal1Isolationandcharacter2
izationofexopolysaccharidesfromslime2formingmesophiliclacticacidbacteria[J]1JDairySci,1992,75:692-6991
[10]GASSEMMA,SCHMIDTKA,FRANKJF1Exopolysaccharideproduc2
tionfromwheylactosebyfermentationwithLactobacillusdelbrueckiissp.
Bulgaricu[J]1JFoodSci,1997,62:17121731
克隆大肠杆菌锰超氧化物歧化酶基,并在保加利亚乳杆菌
(L6032)中成功表达,也为下一步SOD发酵奶的研制奠定
了实验室基础。许多研究已证实SOD具有抗肿瘤、抗衰老以及对抗细胞调亡等功能。如果将SOD与益生菌相结合制备发酵奶,会出现功能更强大的保健食品。
215微量元素的富集
用微生物作为载体富集人及动物所必需的微量元素,制备有机形态、成本低廉的微量元素添加剂,在国内外已形成研究热点。用可食用的、对人体有益的微生物吸收转化无机微量元素是一条极有价值的途径。国外自1970年代以来相继研制出硒酵母、铬酵母等。在美国、法国、芬兰、德国等国均有硒酵母作为食品添加剂及补充药物出售。刘文群等
[27]
[11]BOUZARF,CERNINJ,DESMAZEAUDM1Exopolysaccharideproduc2
tionandtexturepromotingabilitiesofmixed-starterculuresinyogurstproduction[J]1JDairySci,1997,80(10):2310223171
[12]DUBOCP,MOLLETB1Applicationsofexopolysaccharidesindairyin2
dustry[J]1IntDairyJ,2001,11:75927681
[13]杨具田1发酵乳风味的生产与控制(下)[J]1草与畜杂志,1996
(1):37239.
[14]王 琴,朱小红,任远庆,等1不同乳酸菌及其组合发酵乳的产香
研究了利用保加利亚乳杆菌将无机态微
量元素铬富集转化为细胞内的有机态微量元素铬,使有机态微量元素吸收迅速且安全,吸收率高。保加利亚乳杆菌的生物转化作用将无机态微量元素铬富集转化为有机态微量元素铬,可以集微量元素、乳酸菌、乳酸菌素的功能于一身,对人体的营养和保健功能将大大提高。
3展望
特性分析[J]1食品工业科技,2008(6):75276.
[15]华朝丽,赵 征.瑞士乳杆茵、丁二酮乳链球茵混合培养制作酮香
型酸奶的研究[J].中国乳品工业,2004,32(2):17220.
[16]余 华.酸奶风味的形成及控制[J].成都大学学报:自然科学报,1999,18
(4):19221.
[17]郭清泉,张兰威,夏秀芳.酸奶制品发生后酸化主要发酵剂菌确定
保加利亚乳杆菌被广泛应用在食品发酵领域,通过发酵产生的有机酸、特殊酶系及细菌表面成分等物质在体内发挥许多生理功能。目前,已有乳酸菌发酵产奶味香精的报道,那么具有优秀的产香特性的保加利亚乳杆菌在这方面将有广阔的应用前景。
及性质研究[J]食品与发酵工业,2002,28(4):24226.
[18]ROBERTWH,NANCYLN1pHHomeostasisinLacticAcidBacteria
[J]1JDairySci,1993,76(8):235422365.
[19]何 杰1乳酸菌发酵生产饲料奶油香精的研究[J]1畜禽业,2003
(8):52253.
2009No18
14 SerialNo1209
ChinaBrewing
ForumandSummary
发酵生产细菌纤维素的动力学模型研究进展
殷智超,孙东平,刘长生,周 浩
(南京理工大学化工学院,江苏南京210094)
3
摘 要:综述了细菌纤维素发酵过程中菌体生长,基质消耗和产物生成的动力学模型的建立,有助于有效地控制发酵过程、工艺优化和计算机模拟,从而提高发酵产率、降低发酵成本。文中分析了发酵生产细菌纤维素的动力学模型,包括菌体生长模型、产物生成模型、底物消耗模型等,以期建立更加合适、适用范围更广泛、影响因素更全面的动力学模型,从而有效地提高发酵产率,降低发酵成本。
关 键 词:细菌纤维素;发酵;动力学模型
中图分类号:TQ92011 文献标识码:A 文章编号:0254-5071(200908-0014-03
ReviewinkineticmodelsoffertYINZhichao,SUNL(SchoolofandTechnology,Nanjing210094,China)
Abstract:Thecanpoltheprocessoffermentationeffectively1Recently,somekineticmodelsofbacterialcel2luloseproductionwere1Inpaper,thesemodelswerediscussedandthedevelopmentwasfurtherdiscussed1Keywords:bacterialose;fermentation;kineticmodel
细菌纤维素(BC)是由某些微生物合成得到的超纯纤维素,由D-葡萄糖以β-1,4糖苷键连接而成的链状多
[1]
糖高分子,具有(C6H10O5)n的组成。与植物纤维素相
过程放大及从分批发酵过渡到流加发酵,连续发酵的理论基础。数学模型的建立能够以简化的形式表征发酵过程行为,可用于进行工艺优化和计算机模拟,检测出可能重要但被忽视了的参数,并且有助于阐明反应机理和代谢过程。本文重点介绍了目前发酵生产细菌纤维素的动力学模型研究进展。
1发酵生产细菌纤维素的动力学模型111模型分类
比,BC具有纯度高、结晶度高、重合度高、吸水性强、抗张强度好、生物适应性强等独特的性质,广泛应用于食品、生物医学、造纸、声学器材、化妆品、三次采油、膜滤器、环保纸杯等领域
[2-3]
。
目前通过筛选优良菌种、优化培养基组成等方法,已获得较高产的优质细菌纤维素。而发酵动力学的研究是实现工业化规模生产的前提,因此有许多学者着手对细菌纤维素发酵过程的动力学进行了研究并建立了相关的数学模型。发酵动力学主要是研究发酵过程中诸如菌体浓度、底物浓度、产物浓度等状态变量随时间的变化规律及其控制变量(温度、pH值和溶氧等)之间的关系。发酵动力学是实现发酵过程最优控制的前提条件,也是研究发酵 收稿日期:2008-12-25
在微生物反应中,底物消耗和产物生成受微生物生长状态及代谢途径的影响很大。被摄入到微生物细胞内的底物中,一部分转化为代谢产物,还有一部分则转化为新生细胞的组成物质。因此,对微生物反应动力学的进行研究,至少要对底物、菌体和产物3个状态变量进行数学描述
[4]
。
目前微生物发酵动力学一般分成3个部分:①微生物
作者简介:殷智超(1987-),安徽人,在读硕士研究生,研究方向为反应动力学;孙东平3,副教授,通讯作者。
[20]沈 通1益生菌对肠微生物生态学影响的研究进展[J]1肠外与肠[24]孔令爽1乳酸菌及其在食品工业中的应用[J]1黑龙江纺织,2008
(3):37238.
[25]韩立强,李宏基,杨国宇,等1酸奶中保加利亚乳杆菌原生质体制
内营养,2004,11(4):2422246.
[21]张 红1乳酸菌的发酵性质和生物学功能[J]1生物学通报,1999
34(12):18219.
[22]赵玲艳,邓放明,杨抚林1乳酸菌的生理功能及其在发酵果蔬中的应用
[J]1中国食品添加剂,2004,(5):77281.
[23]刘屹峰1乳酸菌的生理特性和生物学功能[J]1丹东纺专学报,
2002,9(2):627.
备的初步研究[J]1中国农学通报12007,23(11):1132116.
[26]黄 勇,张德纯1锰超氧化物歧化酶基因的克隆和在保加利亚乳
杆菌中的表达[J]1食品科学,2005,26(5):92295.
[27]刘文群,邓泽元1保加利亚乳杆菌富集微量元素铬的影响因素研
究[J]1食品工业科技,2007,28(3):1012102.
2009No18
10 SerialNo1209
ChinaBrewing
ForumandSummary
保加利亚乳杆菌的特性及其应用
白卫东,赵文红,梁桂凤,罗百然,汪 薇
(仲恺农业工程学院轻工食品学院,广东广州510225)
摘 要:保加利亚乳杆菌是乳酸菌中应用较广的一种,与人类的生活关系密切。文中介绍了保加利亚乳杆菌的生长特性、产酸特性、产香特性、产胞外多糖特性以及其在食品发酵、工业乳酸发酵、医疗保健和饲料行业等领域的应用。关 键 词:保加利亚乳杆菌;特性;应用
中图分类号:TS20113 文献标识码:A 文章编号:0254-5071(2009)08-0010-04
CharacteristicsofLactobacillusbulgaricusanditsapplication
BAIWeidong,ZHAOWenhong,LIANG(CollegeofLightIndustryandFood,ZhongkaiUniversityofChina)
Abstract:Lactobacillusbulgaricusisoneofthewidelyrelatedtopeople’slife1Thegrowthcharacter2isticsandthecharacteristicsofacidprrproductionofLactobacillusbulgaricuswereintroducedinthispaper1InofLbufoodfermentation,lacticacidfermentation,medicalcare,feedindustryandotherfieldswereKeywords:Lricus;;applications
保加利亚乳杆菌(Lactobacillusbulgaricus)是一种被冠以国名的细菌,属于乳杆菌属热乳酸杆菌亚属,是典型的来自乳的乳酸菌。保加利亚乳杆菌的发现已有100多年历史了。1905年,保加利亚科学家斯塔门・戈里戈罗夫第一次发现并从酸奶中分离了“保加利亚乳酸杆菌”,同时向世界宣传保加利亚酸奶。俄国科学家诺贝尔奖获得者伊力亚・梅契尼科夫发现长寿人群有着经常饮用含有益生菌的发酵牛奶的传统,并于1908年正式提出了“酸奶长寿”理论。保加利亚乳杆菌繁衍至今已经遍布全世界。其效能优异,助人健康长寿,作为发酵剂在食品工业中被广泛应用在酸奶的生产中。由于保加利亚乳杆菌具有调节胃肠道健康、促进消化吸收、增加免疫功能、抗癌抗肿瘤等重要的生理功能,因此被规定为可用于保健食品的益生菌菌种之一
[1]
培养基最好子
[4]
[3]
,生长繁殖过程中需要多种维生素等生长因
,尤其是B族维生素,如吡哆酸(VB6)、钴胺酸
(VB12)、叶酸等。最适生长温度一般为37℃～45℃,温度
高于50℃或低于20℃则不能生长。
在培养中,保加利亚乳杆菌对碳源、氮源也是有要求的,酵母膏是实验室常用的一种化学试剂,其中尼克酸、叶酸、钴胺酸含量较高,在中性及微酸性环境中对热稳定
[5]
,故酵母膏作为碳源、氮源对保加利亚乳杆菌有较显
著的促进作用。另外,培养中缓冲盐也很重要,如CaCO3可以中和保加利亚乳杆菌代谢过程中产生的大量乳酸,解除代谢产物乳酸对菌体生长的抑制作用。
一般来说,保加利亚乳杆菌耐受乳酸的最大量为
2%
[6]
,理论上乳酸菌经同型发酵途径每消耗1mol葡萄糖
,在食品发酵、工业乳酸发酵、饲料行业
会转化生成2mol乳酸和2molATP,若产生2%乳酸需要消耗约2%葡萄糖,而总糖消耗量应为3%～4%或略高才能满足保加利亚乳杆菌的营养要求。
该菌是乳酸菌中产酸能力最强的菌种,最高产酸量
2%,能利用葡萄糖、果糖、乳糖进行同型乳酸发酵产生D
和医疗保健领域均有比较广泛的应用。
1保加利亚乳杆菌的特性111保加利亚乳杆菌的生长特性
保加利亚乳杆菌属于革兰氏阳性,厌氧性菌。菌体长μm～9μm,宽015μm～018μm,单个体呈长杆状或成链,2
两端钝圆,不具运动性,也不会产生孢子
1mm～3mm。
[2]
型乳酸(有酸涩味,适口性差),发酵可产生香味物质。对热的耐受性差,但个别菌株在75℃条件下能耐受20min。在乳中,该菌显示温和的蛋白分解性和较弱地脂肪松懈性,对碳酸盐比较敏感。能产生称做保加利亚菌素(bul2
garican)的抗生素。
112保加利亚乳杆菌产胞外多糖特性
。在牛奶上培
养,菌落为无色到淡白色,通常呈不光滑棉花状,直径
保加利亚乳杆菌属于化能异养型微生物,营养要求苛刻。一般来说,脱脂乳和乳清是乳酸菌的最佳培养基,实验表明,单从菌落总数来说,以乳清加6%脱脂奶粉作为 收稿日期:2009-03-24
按伯杰氏系统细菌学手册中的生化及形态分类法,乳
作者简介:白卫东(1967-),男,河南郑州人,教授,主要从事食品化学、香精香料的研究与开发。
专论与综述
中 国 酿 造
114保加利亚乳杆菌的产酸特性
2009年第8期
总第209期
11
酸菌可分为18个属,其中乳杆菌、链球菌、明串珠菌和乳酸乳球菌等属的菌株产胞外多糖的报道比较多。这些乳酸菌能分泌多糖于细胞外,形成荚膜多糖粘附于细胞表面或以粘质多糖形式存在于细胞周边培养基中,其形成有利于改善产品的黏度和质地
[7]
保加利亚乳杆菌经同型乳酸发酵将乳糖转化为乳酸,首先乳糖被β-半乳糖苷酶分解为葡萄糖和半乳糖,接着葡萄糖通过糖酵解途径被转换成2分子丙酮酸,再经乳酸脱氢酶催化,还原生成乳酸。半乳糖经转化依次生成半乳糖-1-磷酸、葡萄糖-1-磷酸、葡萄糖-6-磷酸,最后进入糖酵解途径,也被转换成2分子丙酮酸,然后被还原为乳酸。大量的实验已证实,菌体发酵乳糖,生成的乳酸使乳的pH值下降,当pH值下降至415时,,乳凝固,,在产品贮食用前这一过程中,菌体仍要生长繁殖。发生后酸化,即酸奶的pH值继续下降,这不仅严重影响了消费者对酸奶制品的接受性,而且抑制了酸奶制品的普及与发展
[17]
。目前报道的产胞外多糖的
主要的乳杆菌菌株有德氏保加利亚乳杆菌、瑞士乳杆菌、干酪乳杆菌干酪亚种、开菲尔乳杆菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和清酒乳杆菌等。一般来说,乳杆菌胞外多糖的产量不高,德氏保加利亚乳杆菌NCFFB2772约为
25mg/L
[8]
。
产生胞外多糖的条件不一定是菌株的最佳生长条件等
[9]
。一些研究表明,在低于乳杆菌最适生长温度的条件认为,下接种,可以促进胞外多糖产量增加GM[10]
成。RR30℃(低于最适生长温度)的条件下能够形成较高产量的胞外多糖聚合物。
胞外多糖的重要作用之一在于其是一种天然的增稠剂,可以改善发酵乳制品的流变学特性。鲜牛乳的黏度为
7171mPa・s,发酵后黏度明显增高,黏度增高有2个原因:
。研究表明,保加利亚乳杆菌是酸奶及发酵
乳饮料在贮藏期间发生后酸化的主要发酵剂菌株。保加利亚乳杆菌具有非常强的产酸能力和耐酸性,当外界环境中pH值降低时,其质膜H
+
-ATPase(F1F0-ATPase)能
一是酪蛋白沉淀增加了发酵乳的黏稠度;二是保加利亚乳杆菌产生的胞外多糖增加了发酵乳的黏度缩
[12]
[11]
通过水解ATP提供的能量将细胞内的质子泵出胞外,形成的膜pH值梯度差,使细胞内pH值维持在中性附近,代谢酶的活力不受影响。直至环境中pH值为315时,跨膜
pH值梯度差才不存在,细胞内呈酸性,新陈代谢活动开始
。同时胞外
多糖也是一种物理稳定剂,能够结合水并限制物料脱水收
,赋予产品吸引人的外观和令人满意的口感。113保加利亚乳杆菌的产香特性
受到抑制
[19]
。
保加利亚乳杆菌能产生特殊的香气,使酸奶等独具风味。据研究,这种特有的风味是其在发酵过程中产生的乙
[13]
醛、双乙酰(丁二酮)、丙酮、3-羟基丁酮和挥发性酸形
2保加利亚乳杆菌的应用211在食品发酵方面的应用
随着我国人民生活水平的提高和人们健康意识的逐步增强,乳制品特别是发酵乳制品在人们膳食结构中所占比例越来越大,这对于提高全民健康素质十分重要。牛乳是一种营养全面的食品,乳酸菌发酵不仅为乳制品提供了特殊的质地、风味和营养特征,而且赋予了乳制品特殊的食疗功效。保加利亚乳杆菌因其特殊的生理功能和营养功效,与其他乳酸菌一起被广泛应用在传统的发酵的乳制品中,提高了食品的功能性特点和附加值。发酵乳制品包括酸奶、干酪、奶油。
21111酸奶的生产
成的。其中,双乙酰、乙醛这2种风味物质在4℃冷藏后含量有较大变化,一般在12h和2h达到最高
[14]
。实验发
现组合菌的产香能力普遍高于单菌株的平均水平,虽然个别风味物质含量可能小于单菌株的水平,但总体的感官性能还是高于单菌株。
对发酵乳风味物质含量与感官评定的相关性分析可以初步分析到,丁二酮、乙醛含量不是越高越好,当和其他几种风味物质的含量及比例在一定范围时,才会得到比较好的感官评价。但关于风味物质含量和酸乳感官评定相关性研究还是存在争议的,据华朝丽等
[15]
报道,当丁二酮
酸奶是以鲜牛奶或奶粉为主要原料,经乳酸菌发酵而制得的产品。原料乳经加热杀菌和均质后,降低到适宜的温度,添加糖和稳定剂搅拌均匀,接种乳酸菌发酵剂在适宜的温度发酵。发酵完毕后,置于4℃左右的冷库内冷却成熟,即得成品酸乳。市面上一些大品牌的酸奶(如燕塘、光明、蒙牛、伊利等)都是以保加利亚乳杆菌加其他乳酸菌发酵而成的。
的含量与乙醛的含量比值为310～415,即乙醛含量与丁二酮含量比值为0122～0133时,酸奶才呈现出协调诱人的芳香味。余华
[16]
认为得到最佳风味酸乳中乙醛和丙酮
的比例为218∶1;王琴等认为乙醛与丁二酮的比值为
0130～0135,乙醛含量≤25rag/kg时,酸乳的感官风味和
乙醛、丁二酮含量正相关。
2009No18
12 SerialNo1209
ChinaBrewing
213在医疗保健领域的应用
ForumandSummary
21112奶油的生产
奶油又称黄油,是以乳经离心分离后所得的稀奶油为主要原料,经杀菌、冷却、成熟、乳酸菌发酵、搅拌、压炼而制成的乳制品。奶油按发酵方法不同,分为天然发酵奶油和人工发酵奶油2类。天然发酵奶油以乳中原有的微生物为发酵剂,让其自然发酵而成。人工发酵奶油是将稀奶油杀菌后,再添加纯培养的发酵剂,使其发酵而制成。
21113干酪的生产
近年来乳酸菌的生理活性正日益引起人们的重视。大量研究表明,乳酸菌对人体具有多方面的保健作用,如调节机体胃肠道正常菌群、保持体内微生态平衡、提高食物消化率和生物价、改善便秘、降低胆固醇水平、改善肝功能、缓解乳糖不耐症、控制内毒素、抑制肠道内腐败菌生长繁殖和腐败产物的产生、制造营养物质、刺激组织发育等。保加利亚乳杆菌作为乳杆菌属乳酸菌的典型代表,具有乳酸菌普遍生理功能,主要包括以下几个方面:
21311干酪是指原料乳经杀菌、冷却后,加入适量的乳酸菌发酵剂发酵,使蛋白质(主要是酪蛋白)凝固后,排除乳清,将凝块压成块状而制成的产品。
212在饲料行业的应用21211作为饲用微生物制剂
,其,其数量约10在正常生理状况下,肠道含有400～500种不同类型的细菌,其重量约为1kg～2kg。其中包括有害菌和有益菌,有害菌能通过代谢产生酚、吲哚、亚硝酸、亚硝胺和偶氮化合物等有毒物质,加速人体衰老和诱发癌症发生。
乳酸菌是肠道清道夫,能在肠内定居,使肠道菌相的构成发生有益变化,促进体内消化酶的分泌和肠道蠕动,清除肠道垃圾,抑制腐败菌的繁殖和作用。乳酸菌发酵产生的乳酸、醋酸等有机酸刺激胃分泌,抑制有害菌生长,清理肠道可以防便秘,乳酸又能促进肠道蠕动,避免体内毒素堆积,防止细胞老化,使肌肤更加白皙健美。对小儿下痢、成人渍疡性肠炎、细菌性下痢有显著治疗效果,并可有效缓解老年人和孕产妇便秘等症状
[21][20]
21要研究方向,径。,调整生态失调、保持微生态平衡、提高宿主(人、动植物)健康水平或增进健康状态的生理活性制品及其代谢产物以及促进这些生理菌群生长繁殖的生物制品。
国内外均有大量饲养和临床实验证明,乳酸菌作为饲料添加剂具有增质量、提高饲料转化率、预防疾病及降低病死率等效果。BAIRD用乳杆菌饲喂断奶仔猪和生长育肥猪,实验证明均能增加日增重和提高饲料转化率;LID2
BECK等证实乳酸杆菌能预防放疗引起的腹泻。蔡辉益
。
等对益生素使用效果进行统计,其中乳酸菌类益生素饲喂猪的报道,7例证明能提高日增重,平均提高7167%,6例证明提高饲料转化率,平均提高514%;饲喂肉鸡的报道中,5例证明提高日增重,平均达7132%,5例证明提高饲料利用率,平均达915%;乳酸杆菌在饲喂育肥牛(舍饲)时使用,平均日增重提高1312%,饲料转化率提高613%,发病率下降2717%。由此可见,乳酸菌在饲料行业的应用是极其广泛的,而且非常有发展前景。
21212发酵生产饲料奶油香精
21312产生特殊酶系,促进机体健康
乳酸菌可利用本身所特有的某些酶类补充宿主在消化酶上的不足,帮助分解上消化道未被充分水解吸收的营养物质,有利于宿主进一步吸收利用,包括增加人体必需的维生素、氨基酸、无机盐类(如钙、磷、铁、钴等)的吸收和利用。同时,通过产生某些酶修饰毒素受体,减少毒素与肠粘膜受体的结合,促进机体健康
[22]
。
[23]
21313抗肿瘤,增加免疫功能
乳酸菌对使人致癌的肠中亚硝胺有98%的高吸收率,可减少肠癌的发生。乳酸菌菌体抗原及代谢物还通过刺激肠粘膜淋巴结,激发免疫活性细胞,产生特异性抗体和致敏淋巴细胞,调节机体的免疫应答,防止病原菌侵入和繁殖,为致病细菌的侵入和繁殖设置一道屏障。
21314提高营养利用率、促进营养吸收
[24]
随着饲料工业的发展,配合饲料中化学添加剂(矿物质、微量元素、维生素、抗生素等)的使用量不断增加,农副产品、轻工业、食品行业的下脚料大量使用,对原有饲料的天然风味产生了很大影响。由此产生的不良气味,大大影响了配合饲料的适口性,降低了饲料的采食量。乳猪、仔猪喜欢牛奶、奶酪、巧克力等近似母乳香味的饲料,有几种化合物(特别是双乙酰)是乳中重要的香味成分,而乳酸菌可经一系列生化反应合成此类化合物。由于奶类香精成分极其复杂,即便是优秀的调香师也难调制出仿真度高的奶香型饲料香味剂,而通过生物发酵,加以适当修饰、调整便可制成奶类香精
[19]
乳酸菌的菌体蛋白可增加蛋白质含量。它能将食物中的大分子蛋白质部分降解为小分子肽和游离氨基酸,利于胃肠消化吸化。
乳酸菌可分解乳糖成为葡萄糖和半乳糖,进而进一步分解为小分子化合物,有助于儿童脑及神经系统的发育。
乳酸菌在代谢过程中消耗部分维生素,有利于增加肠
。
专论与综述
中 国 酿 造
2009年第8期
总第209期
13
内维生素的稳定性。乳酸菌产生有机酸使钙、磷、铁等元素处于易吸收的离子状态,提高利用率。
21315降低胆固醇
随着生物技术的进一步发展,保加利亚乳杆菌的性能会被进一步开发,所生产出产品的质量更优,味道更美,功能更全,更符合人们对食品的营养、风味和口感的追求。可见,保加利亚乳杆菌的应用广泛,市场前景诱人,但同时也面临很大的挑战。参考文献:
[1]张和平,张列兵.现代乳品工业手册[M]1北京:中国轻工业出版
乳酸菌菌体成分或菌体外代谢物有抗胆固醇因子。其代谢能显著减少肠管对胆固醇的吸收,同时,乳酸菌吸收部分胆固醇并将其转变为胆酸盐排出体外。
214基因工程方面应用
尽管保加利亚乳杆菌对酸性环境有一定的耐受性,但是在经过胃酸和胆汁酸的消化后,能进入小肠定植的保加利亚乳杆菌的数量是有限,因此提高其耐受性是很重要的。张莉滟等作了保加利亚乳杆菌原生质体的制备和回复,为以后乳杆菌基因工程方面的研究提供了技术支持和实验基础。韩立强等生物体对氧与所含超氧化物歧化酶
(SOD)浓度呈正相关,增加细菌SOD表达可增强其对氧
[25]
社,2005.
[2]SHARPEME1Aserologicalclassificationoflactobacilli[J]1GenMi2
crobiol,12:10721221
[3,,.[J].广州食品工业
17(3):4[][M].北京:高等教育出版社,1999.
[],于守洋.营养与食品卫生学[M].北京:人民卫生出版
备的适宜条件,社,1987.
[6]张兰威.乳酸菌优良菌株选育及直投式酸奶发酵剂的研制[D]1哈
尔滨:东北农业大学博士论文,2002.
[7]张天琪,杨贞耐,孔保华.乳杆菌胞外多糖及其在酸乳中的应用[J]1
的耐受性。保加利亚乳杆菌不含SOD,在有氧条件下生长较厌氧及微氧条件差。而已有学者指出,乳杆菌中SOD活性越高越有利于该菌在有氧条件下的存活。黄勇等
[29]
食品科学,2008(9):6372641.
[8]DJCvandenBerg,ROBUNGW,JANSSENAC,etal1Productionofa
novelextracellularpolysaccharidebyLactobacillussake021andcharac2terizationofthepolysaccharide[J]1ApplEnvironMicrobiol,1995,61:2840228441
[9]CERNINGJ,BOUILLANEC,LANDONM,etal1Isolationandcharacter2
izationofexopolysaccharidesfromslime2formingmesophiliclacticacidbacteria[J]1JDairySci,1992,75:692-6991
[10]GASSEMMA,SCHMIDTKA,FRANKJF1Exopolysaccharideproduc2
tionfromwheylactosebyfermentationwithLactobacillusdelbrueckiissp.
Bulgaricu[J]1JFoodSci,1997,62:17121731
克隆大肠杆菌锰超氧化物歧化酶基,并在保加利亚乳杆菌
(L6032)中成功表达,也为下一步SOD发酵奶的研制奠定
了实验室基础。许多研究已证实SOD具有抗肿瘤、抗衰老以及对抗细胞调亡等功能。如果将SOD与益生菌相结合制备发酵奶,会出现功能更强大的保健食品。
215微量元素的富集
用微生物作为载体富集人及动物所必需的微量元素,制备有机形态、成本低廉的微量元素添加剂,在国内外已形成研究热点。用可食用的、对人体有益的微生物吸收转化无机微量元素是一条极有价值的途径。国外自1970年代以来相继研制出硒酵母、铬酵母等。在美国、法国、芬兰、德国等国均有硒酵母作为食品添加剂及补充药物出售。刘文群等
[27]
[11]BOUZARF,CERNINJ,DESMAZEAUDM1Exopolysaccharideproduc2
tionandtexturepromotingabilitiesofmixed-starterculuresinyogurstproduction[J]1JDairySci,1997,80(10):2310223171
[12]DUBOCP,MOLLETB1Applicationsofexopolysaccharidesindairyin2
dustry[J]1IntDairyJ,2001,11:75927681
[13]杨具田1发酵乳风味的生产与控制(下)[J]1草与畜杂志,1996
(1):37239.
[14]王 琴,朱小红,任远庆,等1不同乳酸菌及其组合发酵乳的产香
研究了利用保加利亚乳杆菌将无机态微
量元素铬富集转化为细胞内的有机态微量元素铬,使有机态微量元素吸收迅速且安全,吸收率高。保加利亚乳杆菌的生物转化作用将无机态微量元素铬富集转化为有机态微量元素铬,可以集微量元素、乳酸菌、乳酸菌素的功能于一身,对人体的营养和保健功能将大大提高。
3展望
特性分析[J]1食品工业科技,2008(6):75276.
[15]华朝丽,赵 征.瑞士乳杆茵、丁二酮乳链球茵混合培养制作酮香
型酸奶的研究[J].中国乳品工业,2004,32(2):17220.
[16]余 华.酸奶风味的形成及控制[J].成都大学学报:自然科学报,1999,18
(4):19221.
[17]郭清泉,张兰威,夏秀芳.酸奶制品发生后酸化主要发酵剂菌确定
保加利亚乳杆菌被广泛应用在食品发酵领域,通过发酵产生的有机酸、特殊酶系及细菌表面成分等物质在体内发挥许多生理功能。目前,已有乳酸菌发酵产奶味香精的报道,那么具有优秀的产香特性的保加利亚乳杆菌在这方面将有广阔的应用前景。
及性质研究[J]食品与发酵工业,2002,28(4):24226.
[18]ROBERTWH,NANCYLN1pHHomeostasisinLacticAcidBacteria
[J]1JDairySci,1993,76(8):235422365.
[19]何 杰1乳酸菌发酵生产饲料奶油香精的研究[J]1畜禽业,2003
(8):52253.
2009No18
14 SerialNo1209
ChinaBrewing
ForumandSummary
发酵生产细菌纤维素的动力学模型研究进展
殷智超,孙东平,刘长生,周 浩
(南京理工大学化工学院,江苏南京210094)
3
摘 要:综述了细菌纤维素发酵过程中菌体生长,基质消耗和产物生成的动力学模型的建立,有助于有效地控制发酵过程、工艺优化和计算机模拟,从而提高发酵产率、降低发酵成本。文中分析了发酵生产细菌纤维素的动力学模型,包括菌体生长模型、产物生成模型、底物消耗模型等,以期建立更加合适、适用范围更广泛、影响因素更全面的动力学模型,从而有效地提高发酵产率,降低发酵成本。
关 键 词:细菌纤维素;发酵;动力学模型
中图分类号:TQ92011 文献标识码:A 文章编号:0254-5071(200908-0014-03
ReviewinkineticmodelsoffertYINZhichao,SUNL(SchoolofandTechnology,Nanjing210094,China)
Abstract:Thecanpoltheprocessoffermentationeffectively1Recently,somekineticmodelsofbacterialcel2luloseproductionwere1Inpaper,thesemodelswerediscussedandthedevelopmentwasfurtherdiscussed1Keywords:bacterialose;fermentation;kineticmodel
细菌纤维素(BC)是由某些微生物合成得到的超纯纤维素,由D-葡萄糖以β-1,4糖苷键连接而成的链状多
[1]
糖高分子,具有(C6H10O5)n的组成。与植物纤维素相
过程放大及从分批发酵过渡到流加发酵,连续发酵的理论基础。数学模型的建立能够以简化的形式表征发酵过程行为,可用于进行工艺优化和计算机模拟,检测出可能重要但被忽视了的参数,并且有助于阐明反应机理和代谢过程。本文重点介绍了目前发酵生产细菌纤维素的动力学模型研究进展。
1发酵生产细菌纤维素的动力学模型111模型分类
比,BC具有纯度高、结晶度高、重合度高、吸水性强、抗张强度好、生物适应性强等独特的性质,广泛应用于食品、生物医学、造纸、声学器材、化妆品、三次采油、膜滤器、环保纸杯等领域
[2-3]
。
目前通过筛选优良菌种、优化培养基组成等方法,已获得较高产的优质细菌纤维素。而发酵动力学的研究是实现工业化规模生产的前提,因此有许多学者着手对细菌纤维素发酵过程的动力学进行了研究并建立了相关的数学模型。发酵动力学主要是研究发酵过程中诸如菌体浓度、底物浓度、产物浓度等状态变量随时间的变化规律及其控制变量(温度、pH值和溶氧等)之间的关系。发酵动力学是实现发酵过程最优控制的前提条件,也是研究发酵 收稿日期:2008-12-25
在微生物反应中,底物消耗和产物生成受微生物生长状态及代谢途径的影响很大。被摄入到微生物细胞内的底物中,一部分转化为代谢产物,还有一部分则转化为新生细胞的组成物质。因此,对微生物反应动力学的进行研究,至少要对底物、菌体和产物3个状态变量进行数学描述
[4]
。
目前微生物发酵动力学一般分成3个部分:①微生物
作者简介:殷智超(1987-),安徽人,在读硕士研究生,研究方向为反应动力学;孙东平3,副教授,通讯作者。
[20]沈 通1益生菌对肠微生物生态学影响的研究进展[J]1肠外与肠[24]孔令爽1乳酸菌及其在食品工业中的应用[J]1黑龙江纺织,2008
(3):37238.
[25]韩立强,李宏基,杨国宇,等1酸奶中保加利亚乳杆菌原生质体制
内营养,2004,11(4):2422246.
[21]张 红1乳酸菌的发酵性质和生物学功能[J]1生物学通报,1999
34(12):18219.
[22]赵玲艳,邓放明,杨抚林1乳酸菌的生理功能及其在发酵果蔬中的应用
[J]1中国食品添加剂,2004,(5):77281.
[23]刘屹峰1乳酸菌的生理特性和生物学功能[J]1丹东纺专学报,
2002,9(2):627.
备的初步研究[J]1中国农学通报12007,23(11):1132116.
[26]黄 勇,张德纯1锰超氧化物歧化酶基因的克隆和在保加利亚乳
杆菌中的表达[J]1食品科学,2005,26(5):92295.
[27]刘文群,邓泽元1保加利亚乳杆菌富集微量元素铬的影响因素研
究[J]1食品工业科技,2007,28(3):1012102.