知识扩展:发酵中新型抑菌剂的应用

发酵人网站 2018-11-06 08:01:47

摘要 

酿酒酵母与污染菌HG-201同时混合培养,在发酵开始添加低浓度的抑菌剂。结果表明:10 U/mL的葡萄糖氧化酶和0.25 g/L的溶菌酶即可完全抑制菌株HG-201的生长和代谢,并且在实验条件下对酿酒酵母生长以及乙醇的产量没有影响,为新型抑菌剂在工业酒精发酵杂菌控制中的应用提供了参考。 

刘颖 ,陈雄等工业酒精发酵污染菌的分离及新型抑菌剂的应用

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星期三

2018年1月

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知识累积

引言

具有抑菌生物活性的天然化合物如植物提取物和功能酶¨ 等新型抑菌剂可以有效抑制污染的杂菌,同时不会对环境造成危害。因此探索在发现发酵染菌时添加这类新型抑菌剂可能为染菌提供了新的解决方法。

酒精发酵不是严格无菌的过程

酿酒酵母工业酒精发酵使用淀粉类原料做碳源,为了维持糖化酶活性,糖化过程温度只有50℃左右。同时工业酒精发酵设备管道繁多,厌氧或兼性厌氧污染菌可由原料、水、空气、管道以及设备死角等带入发酵过程,因此,酒精发酵不是严格无菌的过程。

染菌的主要危害

这些污染菌繁殖会消耗大量的碳源、氮源和氨基酸等营养物质,从而降低酵母生长速率,减少生物量,甚至导致酵母的死亡 。常见的污染菌一般有醋酸菌 和乳酸菌 ,它们可以在低pH、高酒精度以及低溶氧下生存,并且生成乙酸和乳酸。此外,污染菌的酸代谢会降低发酵液的pH,抑制酵母菌、淀粉酶和糖化酶的活力,降低酒精的产率。

常用抑菌方法和缺陷

为了抑制工业酒精发酵过程中的杂菌污染,工业上一般应用酸处理或者添加抗生物素的方法。酸处理是添加硫酸到酵母发酵醪中,利用酵母对氢离子的耐受性强于细菌的特性,维持pH值为3.5左右以抑制杂菌的生长。

酸处理不当可能会降低酵母的活性,废液中硫离子浓度过高也会增加废水处理的难度,对环境有较大污染,不能作为工业上控制酒精发酵过程染菌的长久方法 ;而添加抗生素如青霉素、氯霉素、土霉素等,除了很容易产生细菌耐药性以外,抗生素也会残留在酒槽中,从而对食品安全和公共安全造成严重威胁¨ ,已经被我国严禁添加

新型抑菌剂的需求

随着环境保护逐渐受到政府和社会的高度重视,新型抑菌剂的应用成为解决工业酒精发酵杂菌污染的环境友好型途径之一,如:葡萄糖氧化酶可以专一地将葡萄糖氧化成葡萄糖酸和过氧化氢,葡萄糖酸能够降低发酵液中pH值,同时过氧化氢是广谱杀菌剂,均可以达到抑菌效果¨ 。溶菌酶可以水解细菌细胞壁肽聚糖起到抑菌作用,对没有肽聚糖组分的酵母细胞壁没有影响

以污染菌为模型筛选抑菌剂

由图3可以看出,菌株HG-201在0~6 h为指数生长期,6 h以后为稳定期。因此选定在3 h菌株种子活力最强时添加抑菌剂,若抑菌剂对HG-201有抑菌作用,则菌株生长曲线从3 h开始呈平缓(或下降)的趋势。

抑菌剂抑菌浓度的确定

如图4A所示:相比对照组,0.25 g/L溶菌酶对污染菌HG-201几乎可以起到杀菌作用,而随着溶菌酶浓度的升高,HG-201存活率逐渐降低,但菌悬液OD值水平偏高,可能是由于溶菌酶使细菌破壁后,细菌碎片影响OD值。因此,0.25~2 g/L浓度的溶菌酶都可以抑制HG-201的生长。

如图4B所示:5 U/mL 葡萄糖氧化酶在3~5 h对菌株HG-201有抑菌作用, 5 h以后生物量持续增加。10~30 U/mL葡萄糖氧化 酶对HG-201的抑菌作用基本一致,HG-201菌悬液的OD值在3~8 h内仅从3.3增加到4.3左右。因 此,10 U/mL的葡萄糖氧化酶可以作为实验浓度进行下一步的实验。

不同抑菌剂对酿酒酵母生长的影响

根据图4的结果,选用10 U/mL葡萄糖氧化酶和0.25 g/L溶菌酶考察其对酵母生长的影响。如图5所示:添加抑菌剂组中酿酒酵母的生长与对照组中一致。

添加抑菌剂效果评价

如图7所示:酿酒酵母与HG-201进行混菌发酵,0 h酿酒酵母细胞浓度为6.4×10^6/mL,HG-201细胞浓度为1.92×10^8/mL。不添加抑菌剂时(对照)菌株HG-201在0~6 h指数生长,6 h后进入稳定期,而添加抑菌剂可以有效抑制污染菌的生长。

如图7B可知:酿酒酵母与HG-201混菌发酵,不添加抑菌剂时(对照),酵母的细胞数明显降低,比酵母纯发酵(2~10h)的细胞数减少25% ~62% 。添加抑菌剂时,酵母的生长和细胞数与纯酵母几乎一致。添加葡萄糖氧化酶4 h以后生长速率比纯酵母还高。以上结果表明:添加抑菌剂对混菌发酵中酵母的生长无抑制作用。

抑菌剂对产量没有影响。

添加抑菌剂可以抑制污染菌的生长以及产酸,并且在实验条件下对酵母的乙醇产量几乎没有影响。

总结

这篇文章首先确定了经常污染菌的类型,并且以这个污染菌作为模型,选择有效的抑菌剂。在研究中选择了2种新型抑菌剂对污染菌HG.201都有很好抑菌效果,为新型抑菌剂应用于工业酒精发酵过程中对杂菌的控制提供了参考。


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