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研究论文
应用氧化还原电位调控拟千酪乳杆菌发酵产乳酸过程
张泽,杭海峰,李晓雪,王永红
(华东理T大学生物反应器工程国家重点实验卒,上海200237
摘要:在拟干酪乳杆菌分批发酵产乳酸过程中,通过自反馈的氧化还原电位控制系统改变通入
空气和氩气的比例控制发酵液氧化还原电位( oxidation- -reduction potential,ORP)于不同水平,研
究了氧化还原电位对乳酸发酵过程中菌体生长和代谢的影响。较高的ORP(通入1.5L/min空
气、-100mV、-150mV)条件下的菌体浓度是较低ORP时的(-200mV、-300mV、通入1.5Lmin
纯氩)2倍以上,且乳酸产量较高,但糖酸转化率较低。ORP为-100mV时,乳酸产量最高,达到
15300gL;ORP为-200mV时,糖酸转化率最高,为100.32%。最后分析了胞外ORP对胞内表征
氧化还原状态的参数NADH/NAD+比値变化的影响,证实胞外ORP可通过影响胞内氧化还原
状态,进而影响菌体代谢和乳酸合成,胞外ORP可作为乳酸发酵过程的有效调控参数。
关键词:拟干酪乳杆菌;氧化还原电位;乳酸;辅酶
中图分类号:TQ920.1
文献标志码:A文章编号:1673~-1689(2012)10-1025-06
Effect of Oxidoreduction Potential on Lactic Acid Production by
Lactobacillus paracasei
ZHANG Ze, HA NG Hai-feng, LI Xiao-xue, WANG Yong-hong
(State Key Laboratory of Bioreactor Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai
200237, China)
Abstract The aim of this research was to investigate the impact of extracellular oxidoreduction
potential (ORP)on lactic acid production in batch culture by Lactobacillus paracasei. The ORP
control was conducted by regulating the ratio of air flow rate to nitrogen flow rate in the inlet
aeration of fermentor. As the results shown, the high ORP levels(the inlet air 1.5 L/min, -100mv
150mv) resulted in higher lactic acid production but lower sugar-lactic acid conversion ratio, and
the biomass was more than two times than that in the low ORP conditions(-200 mv, -300 mv, the
inlet nitrogen 1. 5 min) The highest lactic acid production(153 )was obtained at the ORP level
of-100 mv. The highest lactic acid yield(100.3%)was obtained at ORP level of-200 mv Further
more, the impact of ORP on the intracellular redox potential(NAD NADH)was investigated
Keywords: Lactobacillus paracasei, redox potential, lactic acid, cofactor
收稿日期:2011-04-08
基金项目:国家973计划项目(2007CB714303)。
?通信作者:王永红(1966-),女,湖南桂阳人,工学博士,教授,博士研究生导师,主要从事微生物过程工程和生物反应器工程的研究。
E-mailhwang@ecust.du.cn
食品与生物技术学报2012年第31卷第10期
ZHANG Ze, et al Effect of Oxidoreduction Potential on Lactic Acid Production
by Lactobacillus paracasei
Research Article
乳酸是一种重要的有机酸,广泛应用于酿造、杆菌发酵产乳酸代谢过程的影响。
医药、食品、皮革、卷烟、印染、化工等领域。乳酸
材料与方法
的衍生产物聚乳酸( Poly Lactic Acid,PLA),具有良
好的生物可降解性,是聚苯乙烯塑料的最佳替代1.1菌种
品。目前大多数可生物降解塑料仍处于研究或试生
拟干路乳杆菌 Lactobacillus paracasei:作者所
产阶段,但聚乳酸及其制品已商品化生产,这使得在实验室保藏。
乳酸的市场前景良好,极大地促进了乳酸的生产N。1.2培养基配方
T业生产乳酸主要采用乳酸菌同型乳酸发酵
种子培养基(gL):蛋白胨10,葡萄糖40,酵母膏
法,葡萄糖通过糖酵解途径( Embden- Meyerho_-10,牛肉膏6,硫酸镁0.2,硫酸锰0.2,氯化钠0.03,硫
Parnan Pathway,EMP),转化为乳酸?。关于乳酸菌酸亚铁0.01,醋酸钠4,柠檬酸二胺2,磷酸二氢钾2,
代谢的研究很多,但始终还没有形成对乳酸菌糖代碳酸钙15:吐温-801mL,NaOH调pH6.0葡萄糖
谢和调控方式的综合性认识。乳酸菌代谢受糖运115℃灭菌15min,其他121℃灭菌15min。
输、糖酵解通量、能量状态、胞内氧化还原平衡的影
发酵培养基(g/):蛋白胨13.33,葡萄糖200,
响,并可能在几个水平共同调控或者某一方面起主酵母膏13.33,硫酸镁0.0133,硫酸锰0.0133,氯化
要作用。
钠0.0133,硫酸亚铁0.0133,醋酸钠0.67,NaOH调
Bourel等认为每种微生物都有一个合适的pH6.0,葡萄糖115℃灭菌15min,其他121℃灭菌
ORP范围,在这个范围内微生物生长迅速或者产物15min。
积累较快。 Snoep等发现在 Enterococcus faecalis中
3发酵
丙酮酸脱氢酶和丙嗣酸甲酸裂解酶代谢流的分配
取一个新鲜茄瓶菌种斜面,将菌种细胞悬浮于
与胞内辅酶 NAD/NADH比例所代表的胞内稳态氧50mL无菌水,取悬浮液15mL接于液体种子培养
化还原状态有关。对于乳酸菌,其胞内代谢的很多基(100mL250mL锥形瓶),在37℃、转速为100tmin
反应及其调控是氧化还原型的,其胞内NAD-和下培养12h。以体积分数20%将种子液接入发酵培
NADH分别在底物分解过程中作为电子受体和为养基,2.5L发酵罐装液1.5L,搅拌转速300rmin,
细胞提供还原力,它们氧化还原形式的平衡是合成温度控制37℃,用25%氨水控制pH值为6.0。
和分解代谢连续进行的前提条件,因此可通过改变1.40RP的控制策略
胞外氧化还原状态,研究其对胞内氧化还原状态