纳豆杆菌液体发酵条件及干菌粉制备工艺研究

论文摘要

纳豆杆菌具有很强的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性,能降解植物性饲料中某些复杂蛋白质、脂肪和碳水化合物,可以作为微生态制剂用于饲料行业。但由于液体培养的纳豆杆菌不易保存等原因,限制了其在饲料行业的应用。如果能把液体培养的纳豆杆菌通过干燥工艺制备成有活性的干菌粉,可实现纳豆杆菌作为微生态制剂的理想菌种的使用价值,可提高廉价饲料资源的利用率,并为畜牧业带来经济效益。本研究以纳豆杆菌作为菌种,通过紫外诱变筛选出高生物量的优良菌株。通过对纳豆杆菌生长特性的研究,利用单因素试验和正交试验确定纳豆杆菌液态发酵的最佳培养条件和培养基组成,使最终得到的发酵液中具有高浓度、高活性的活菌和芽孢。在对纳豆杆菌进行干燥处理时主要研究了离心条件、真空冷冻干燥条件和常压干燥条件对菌泥中活菌存活率的影响。本研究以纳豆杆菌作为出发菌株,经15W紫外灯于30cm处照射120s,采用菌落直经初筛和摇瓶培养复筛,获得了一株短时间培养后有较高生物量的变异菌株N-6-20和N-6-32。实验结果表明,培养18h后,经紫外线诱变处理的突变株的生物量较出发菌株提高了10.35%和9.58%。通过单因素试验对纳豆杆菌的液体培养条件进行研究,并确定了最佳培养条件为种龄16h,培养基初始pH值7.5,装液量50mL/250mL,接种量5%,培养温度37℃,转速为200r/min时,在此条件下培养24h后,纳豆杆菌活菌数和芽孢数分别达4.27×1010个/mL和3.93×1010个/mL,产芽孢率约为92%。通过单因素试验和正交实验对纳豆杆菌的液体发酵培养基组成进行优化,确定了最佳培养基配方为:葡萄糖1.5%、豆饼粉1.0%、CaCl20.5%、MnSO4 0.1%、NaCl 0.5%,此时所获得的活菌数约为1.14×1012个/mL,芽孢数约为1.08×1012个/mL。对纳豆杆菌制备干菌粉的干燥工艺进行了研究,采用真空冷冻干燥和常压干燥两种干燥工艺。干燥前对发酵液进行离心以获得菌泥,因此要对发酵液的离心条件进行研究,以使菌泥中有较高的活菌数,经过选择得出最佳的离心条件为4000r/min下离心15min,在此条件下离心所得菌泥中的活菌残留率为为83.82%,每克菌泥中的活菌数约为1.08×1013个/g。真空冷冻干燥时选用浓度10%的脱脂奶粉作为保护剂,在此条件下冻干后的干菌粉中的纳豆杆菌的存活率约为63.20%。常压干燥时确定了以60℃作为最适干燥温度,此时干燥效果最好,干菌粉中的活菌存活率约为61.41%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 微生态制剂概述
• 1.1.1 微生态制剂的定义
• 1.1.2 微生态制剂的分类
• 1.1.3 微生态制剂的作用机制
• 1.1.4 微生态制剂的生产工艺
• 1.1.5 微生态制剂发展及应用
• 1.1.6 微生态制剂的研究展望
• 1.2 纳豆杆菌及其主要代谢产物
• 1.2.1 纳豆杆菌
• 1.2.2 纳豆杆菌的主要代谢产物
• 1.3 纳豆杆菌及其微生态制剂
• 1.3.1 纳豆杆菌研制成微生态制剂的优点
• 1.3.2 纳豆杆菌的微生态制剂作用机理
• 1.3.3 纳豆杆菌及其微生态制剂的研究现状
• 1.4 本课题的立题依据
• 1.5 本课题研究的主要目的和内容
• 2 高生物量纳豆杆菌的诱变选育
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料与仪器设备
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 出发菌株的确定
• 2.3.2 紫外线诱变剂量的选择
• 2.3.4 高生物量菌株的筛选
• 2.3.5 高生物量菌株的复筛
• 2.3.6 优良菌株遗传稳定性的检测
• 2.4 本章小结
• 3 纳豆杆菌高产芽孢培养条件的优化
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验材料与仪器设备
• 3.2.2 培养基
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 纳豆杆菌的生长曲线
• 3.3.2 初始pH 的影响
• 3.3.3 温度的影响
• 3.3.4 装液量的影响
• 3.3.5 接种量的影响
• 3.3.6 转速的影响
• 3.4 本章小结
• 4 纳豆杆菌高产芽孢培养基的优化
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验材料与仪器设备
• 4.2.2 培养基
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 碳源的优化
• 4.3.2 碳源浓度的优化
• 4.3.3 氮源的优化
• 4.3.4 氮源浓度的优化
• 4.3.5 无机盐的优化
• 4.3.6 培养基正交试验
• 4.4 本章小结
• 5 纳豆杆菌干菌粉干燥工艺的研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 实验材料与仪器设备
• 5.2.2 培养基及溶液
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 离心速度与时间的选择
• 5.3.2 真空冷冻干燥工艺
• 5.3.3 常压干燥工艺
• 5.3.4 真空冷冻干燥工艺与常压工艺
• 5.4 本章小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢