全 文 ：乳杆菌 !"#$%&"#’(()* !" # $%"发酵高产 !&乳酸研究
赵 博，周 帅，马翠卿，杨春玉，许 平!
（山东大学 微生物技术国家重点实验室，济南 ’()*))）
摘 要：筛选得到一株乳杆菌 !"#$%&"#’(()* !" #，进行发酵生产高浓度 !&乳酸的研究。考察了种龄、接种量、温度和不
同 "+调节剂对乳酸发酵的影响。结果表明：最佳种子培养时间为 *( ,；最佳接种量为 *(-；最适培养温度为.’ /；
与氨水和氢氧化钠相比，碳酸钙更适于作为发酵过程的 "+ 调节剂；以葡萄糖为碳源，添加豆粕水解液和玉米浆作
为辅料，’ 0罐培养 *’) ,，!&乳酸质量浓度可达 ’)’ 1 2 0，糖转化率 3* 45-，!&乳酸占发酵液中总酸含量 36-以上。
关键词：!&乳酸；发酵；乳杆菌
中图分类号：783’* #5 文献标识码：9 文章编号：*:;’ < 5:;6（’))(）). < ));. < ).
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乳酸（$DVPEV DVEW）又名二羟基丙酸，是一种传统
的多用途精细化学品，乳酸可作为酸味剂、芳香剂、
防腐剂、植物生长调节剂、生物可降解性材料、药物
和农药等，应用于食品、制药、酿造、制革、纺织、环保
和农业中［*，’］。随着对乳酸研究利用的不断深入，
以 !+乳酸为原料制取聚乳酸（O09），作为高强度、热
塑性的生物可降解材料引起世界各国的广泛重视，
被认为是最具发展前途的生物可降解高分子材料之
一［5］。 !+乳酸以其更广泛的用途和更高的安全性，
成为国内外乳酸行业的研究热点，但成本过高仍然
是制约 !+乳酸应用的主要因素。发酵法生产 !+乳
酸的菌种主要有细菌和根霉两类，与根霉相比，虽然
细菌乳酸发酵营养要求较复杂，但其大多属于厌氧
或微耗氧发酵，动力消耗小，产酸量高，糖酸理论转
化率可达 *))-，更有利于降低成本。目前文献报
道细菌乳酸发酵的较高水平有天津大学白冬梅等分
别采用分批发酵和流加发酵进行实验，分批发酵周
期 *;. ,，!+乳酸产量达到 ’*; 1 2 0，流加发酵周期
3: ,，!+乳酸产量达到 ’*) 1 2 0［.］；9ICTDW,D等人采用
同时糖化发酵技术（BB\），以 ’() 1 2 0 淀粉为底物发
! 收稿日期：’))(&)6&’)
作者简介：赵 博（*3;3&），男，山东济南人，硕士研究生，研究方向：资源与环境微生物。
联系人：许 平（*3:*&），男，教授，研究方向：环境化学生物学与环境友好生物技术；]&[DE$："EI1%C^ !WC4 QWC4 VI
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生 物 加 工 过 程
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第 5 卷第 . 期
’))( 年 ** 月
万方数据
酵 !"" #产乳酸 !$% & ’ (［)］；*+,&-./, 0/,等人采用分
批发酵，以 1"" & ’ ( 葡萄糖为碳源，添加适量酵母
粉，发酵 )" # 产 !"乳酸 !$) & ’ (［2］。本试验采用一
株乳杆菌分批发酵生产 !"乳酸，获得了较高的 !"乳
酸浓度。
! 材料与方法
! 3! 菌株及培养方法
! 3! 3! 菌 株
本实验室筛选分离得到一株菌，经生理生化鉴
定，确认为乳杆菌属菌株，命名为 !#$%&’#$())*+ 45 3 675
进一步鉴定到种的工作正在进行中。
! 3! 31 培养基
斜面培养基（& ’ (）：葡萄糖 1"，酵母膏 )，大豆蛋
白胨 !"，牛肉膏 !"，氯化钠 !"，醋酸钠 )，柠檬酸
铵 1，8&.9:·;<19 " 31，8,.9:·:<19 " 3")，琼脂 !)。
种子培养基（& ’ (）：葡萄糖 :"，蛋白胨 1"，酵母
膏 !"，硫酸铵 )，磷酸二氢钾 !，碳酸钙 !)。
发酵培养基：工业葡萄糖 1"" & ’ (，自制豆粕水
解液 1"" & ’ (，玉米浆 1) & ’ (，!"" & ’ ( 轻质碳酸钙，
或通过流加 !"=氨水、!" >+6 ’ ( 氢氧化钠调节发酵
液 5<。
! 3! 3? 培养方法
种子培养：三角瓶装液量 !"" >( ’ 1)" >(，:1 @
静置培养。
发酵培养：三角瓶装液量 !"" >( ’ 1)" >(，:1 @静
置培养。AB9.CDC A 1 (（A3AEF/,）发酵罐，装液量
!3$ (，发酵温度 :1 @，间歇搅拌，搅拌转速 1"" E ’
>G,。
! 31 豆粕水解液的制备［;］
称取适量豆粕，加入 ) 倍质量的 1=硫酸，%) @
水浴加热 1" #。
! 3? 分析方法
! 3? 3! 葡萄糖、!"乳酸含量检测
发酵液稀释、离心后采用生物传感分析仪 .AD-
:"H测定。
! 3? 31 总酸含量检测
发酵液经稀释、过滤后，采用 IJCD 定钙法［$］测
定钙含量，根据钙与总酸的对应关系换算成总酸量。
! 3? 3? 菌体量检测
发酵液用去离子水稀释 !" 倍，再用 " 31) >+6 ’ (
盐酸稀释 ) 倍，采用 ;11 光栅分光光度计于 21" ,>
处测定吸光度。
" 结果与讨论
1 3! 种子培养时间对发酵过程的影响
种龄是种子质量的重要指标，不论种子扩大培
养还是发酵，种龄都应选择在生长旺盛阶段，一般是
对数生长期末期。如果种子生长过度，菌体老化，接
入发酵培养基后菌体生长缓慢，延迟期长，菌体过早
自溶；如果种子生长不足，亦会减缓菌体生长速度，
延长发酵周期。由图 ! 可见 !#$%&’#$())*+ 45 K 675 种
子生长的对数期持续约 !" #，在 1? # 菌体量达到最
高。
图 ! 乳杆菌 675种子生长曲线
LG& 3! ME+NO# P/EQR +S !#$%&’#$())*+ 453 675
实验中参照种子生长曲线，选择 !1、!)、!$、1!、
1: # ) 个不同的种子培养时间，其它条件完全相同，
发酵 ;1 #，测定 !"乳酸、残糖、菌体浓度（,-21"），结
果如图 1 所示。
—!—残糖；—"— !-乳酸；—#—菌体质量浓度
图 1 种子培养时间对发酵的影响
LG& 31 ISSRPO +S 4RRT G,P/UFOG+, OG>R +, !" 6FPOGP FPGT 5E+T/POG+,
由图 1可知，种龄 !) #，发酵液中 !"乳酸含量最
高。种龄大于 !) # 所得菌体量逐渐下降。残糖在种
龄 !) #达到最小值，减少或增加种龄残糖都有所增
加。由图 !可知 !) #处于菌体对数生长中后期，此时
菌体活性较高，所得菌体量接近最大值。因此最佳种
1"") 年 !! 月 赵 博等：乳杆菌 !#$%&’#$())*+ 45 K 675 发酵高产 (-乳酸研究 ·;)·
万方数据
龄为 !" #。
$ %$ 接种量对发酵过程的影响
发酵过程中采用较大的接种量可以缩短延迟
期；但接种量过大会带入过多代谢废物。为了确定
最佳接种量，选取了 "&、!’&、!"&、$’&、$"&、
(’& ) 个不同的接种量水平，其它条件完全相同，发
酵时间 *$ #，检测 !"乳酸、残糖、菌体浓度（#$)$’），
结果见图 (。
—!—残糖；—"— !+乳酸；—#—菌体质量浓度
图 ( 接种量对发酵的影响
,-. %( /00123 40 -5426783-45 894653 45 !" 7823-2 82-: ;<4:623-45
由图 ( 可知，随着接种量的增加，菌体量基本呈
递增的趋势，接种量小于 $’&，菌体量增势缓慢；接
种量大于 $’&，菌体量增势加快。而接种量为 !"&
时发酵液中乳酸含量达到最大值；接种量大于
!"&，乳酸含量有所降低。加大接种量可以促进菌
体生长，但并不能使发酵液的乳酸含量的增长，反而
对乳酸的产生有所抑制。由此可知，最佳接种量为
!"&。
$ %( 培养温度对发酵过程的影响
对于乳杆菌 !%&’()%&*++*,- =; > 7?;，实验中选取
(’、(*、@$、@"、"’ A " 个不同温度发酵，发酵结束检
测 !"乳酸、残糖和菌体浓度（#$)$’），结果如图 @ 所
示。
由图 @ 可知，乳杆菌 7?; 发酵生产 !"乳酸的最
适温度是 @$ A，此时，!"乳酸含量达到约 $’’ . B C，
菌体量亦达到最大值，残糖含量最低。
图 @ 培养温度对发酵的影响
,-. %@ /00123 40 319;1<836<1 45 !" 7823-2 82-: ;<4:623-45
$ %@ 不同酸中和剂对发酵过程的影响
乳酸发酵过程中，随着乳酸的产生，发酵液 ;D
不断下降，最终会抑制菌体生长和乳酸的进一步积
累，为此需要加入酸中和剂［E，!’］。本试验在 $ C 发
酵罐中分别采用氨水、氢氧化钠和碳酸钙作为 ;D
调节剂，使发酵液 ;D 稳定在 ) %’ 左右，考察其对发
酵过程的影响，结果如图 " 所示。
—!—残糖；—"— !+乳酸；—#—菌体质量浓度
图 " 以氨水（F）、氢氧化钠（G）和碳酸钙（H）作为 ;D调节剂发酵过程曲线
,-. %" I<40-71= 40 .7624=1 245=69;3-45，!" 7823-2 82-: ;<4:623-45 85: #$)$’ 4J38-51: -5 !" 7823-2 82-: 01<915383-45 K-3# LD(·D$M（F），L8MD
（G）85: H8HM(（H）8= ;D <1.67834<
由图 " 可知，在菌体量增值方面，以氢氧化钠为
酸中和剂时，菌体增值量较低，后期还有所下降；以
氨水为 ;D调节剂时菌体增值量较高且很快，达到
最大值后有所下降；以碳酸钙为 ;D 调节剂时，菌体
·*)· 生物加工过程 第 ( 卷第 @ 期
万方数据
增值量相对最大，且达到最大值后下降不多。糖的
消耗方面，流加氢氧化钠时，残糖降至 !" # $ % 便不
再降低，说明以氢氧化钠作为 &’ 调节剂时菌体活
性较低，从而使产酸量降低；流加氨水时残糖可降至
接近零，但氨水使菌株过快生长，同样不利于产酸；
以碳酸钙为酸中和剂，当残糖降至零时，!"乳酸仍有
上升趋势，因此补加少量葡萄糖，发酵结束时 !"乳
酸生产速率还保持在较高的水平。实验结果表明，
碳酸钙更适于作为发酵过程的 &’ 调节剂，其 !"乳
酸终质量浓度可达 ()( # $ %，转化率 *+ ,-.，产率
*) ,/!.；另两者的 !"乳酸终质量浓度只有 +)) # $ %
左右。
! 结 论
以乳酸菌 !#$%&’#$())*+ 0& 1进行厌氧发酵，获得
了较高的 !"乳酸终浓度。实验优化了操作条件：接
种量 +/.，种龄 +/ 2，培养温度 "( 3。以葡萄糖为
碳源发酵 / 4，!"乳酸质量浓度超过 ()) # $ %，产率
*) ,/!.，!"乳酸占发酵液质量中总酸含量 *!.以
上。
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