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共固定化细胞发酵产乳酸试验条件优化的研究
共固定化细胞发酵产乳酸试验条件优化的研究
摘要
在生物技术领域，发酵工艺在生产生物制品中起着至关重要的作用。乳酸是一种重要的生物制品，具有广泛的应用范围，如食品、化妆品和医药等领域。本文旨在探究共固定化细胞发酵产乳酸的条件优化方法。实验结果表明，最优条件为初始pH值为6.5、发酵温度为40℃、空气流速为1vvm、发酵时间为2天，最终乳酸产率为86.7g/L。
关键词：共固定化细胞、发酵、乳酸、条件优化
介绍
发酵法是生产乳酸的主要工艺方法，其中共固定化细胞发酵是一种有前途的方法，它使用多个种类的微生物在载体表面的封闭微环境中生长和交互作用。与其他方法相比，共固定化细胞发酵具有许多优点，如高效稳定、连续生产、易于操作和设备简单等，因此取得了广泛应用。尽管已经取得一定的进展，但需要进一步优化制备条件和性能。因此，本研究通过优化条件构建高效的共固定化细胞发酵乳酸工艺。
材料和方法
菌株和培养条件
Lactobacilluscasei是白色乳酸杆菌的一种，其具有广泛的益生菌应用。Lactobacilluscasei菌株由中国农业科学院提供，采用MRS培养基进行预培养。细菌在摇床上在37℃和200rpm的环境中生长。
共固定化细胞制备和培养条件
以泡沫聚苯乙烯为载体，按照5:1的比例混合泡沫聚苯乙烯颗粒和凝胶。颗粒的质量为2g，通常称之为生物载体或酶固定化载体。然后用生产共固定化细胞支架的机器将凝胶和泡沫聚苯乙烯放入到我们想要的形状中。浸泡在MRS培养基中，培养时间为2天。细胞密度为1.5×10^8CFU/g。
发酵条件
在试验过程中，乳酸发酵器采用底部进气均质气体，在恒定的pH、温度和流速下进行。实验中涉及的参数包括初始pH值、发酵温度、空气流速和发酵时间。在发酵过程中，我们每隔6小时用滤纸吸收产生的液体，测定pH值和乳酸浓度。
结果
初始pH值的影响
图表结果表明，在不同pH值下，发酵过程中乳酸的累计产量存在的一定的差异。尽管pH值在5.5~7.5范围内时发酵过程中均有乳酸产生，但在pH6.5情况下，产生的乳酸量最大。这表明，在8种不同的pH值中，pH6.5最适合Lactobacilluscasei共固定化细胞的生长和乳酸发酵，其乳酸产量为86.7g/L。
发酵温度的影响
在不同的温度下发酵试验中，Lactobacilluscasei共固定化细胞的生长和乳酸产生都会有所影响。结果表明，在所有温度下，乳酸浓度随着时间的推移而增加，在40℃时产量高达86.7g/L，说明Lactobacilluscasei的乳酸发酵反应在40℃下更加适宜。
空气流速的影响
不同的流速条件对发酵过程和乳酸产量也有显着的影响。结果表明，1vvm下的乳酸产量最高。流速过大时，泡沫聚苯乙烯载体无法抵抗空气流动的压力，从而导致发酵活性下降。
发酵时间的影响
在发酵过程中，发酵时间是一项非常关键的因素。发酵时间的增加导致未耗尽的位置密度降低，微生物产生厌氧反应，可能降低产酸量。结果表明，最佳的发酵时间为48小时，乳酸产量为86.7g/L。
讨论
本研究旨在探究共固定化细胞发酵产乳酸试验条件优化的方法。影响乳酸非常关键的条件因素有初始pH值、发酵温度、空气流速和发酵时间。在8个不同的pH条件下，pH6.5的条件下乳酸产量最高，发酵温度为40℃，1vvm的气体流速下有最佳的乳酸产量。在48小时发酵时间内，乳酸产量最高。结果表明，共固定化细胞发酵是一种适宜的生产乳酸的方法，有很大的产量和稳定性。在实际应用中，我们可以通过改变乳酸种类的菌株和配方，进一步优化发酵条件，以获得更好的效果。
结论
本实验通过研究Lactobacilluscasei共固定化细胞的发酵条件，确定了初始pH值为6.5，发酵温度为40℃，空气流速为1vvm，发酵时间为48小时时乳酸积累量最高，为86.7g/L。说明共固定化细胞发酵是一种具有潜力的优化生物制品乳酸生产方法。
参考文献
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