乳酸链球菌微囊化发酵生产乳链菌肽的研究

摘要

乳链菌肽（Nisin）是一种高效、安全、无毒的活性肽类物质，亦称乳酸链球菌素，由乳酸链球菌发酵产生，分子中含有34个氨基酸。作为唯一一种允许商业化生产的天然食品防腐剂，Nisin能够抑制大多数革兰氏阳性致病菌的生长，广泛的应用于乳制品、肉制品、罐头制品、饮料以及医药领域。微生物细胞微囊化发酵方式能够提高发酵产物的浓度、生产效率，实现菌体的重复利用和连续生产，降低生产成本，同时简化产物的分离工艺，减轻产物积累对细胞的反馈抑制。因此，本文采用微囊化技术对乳酸菌进行微囊化发酵生产乳链菌肽，旨在提高乳链菌肽的效价和产率。乳链菌肽的开发和利用，可以节约能源，提高产品的质量，延长保存时间。目前已有50多个国家和地区允许使用乳链菌肽作为食品防腐剂，具有巨大的商业价值。
　　本论文着重对乳链球菌微囊化制备及发酵工艺研究，探讨影响乳链菌肽活性的因素，优化细胞微胶囊制备和发酵条件，提高产品的效价和产率。主要研究内容和实验结果如下：
　　以MRS为发酵培养基，以琼脂扩散法测定Nisin效价，在单因素实验的基础上，采用响应面分析法优化发酵工艺条件，结果表明影响Nisin效价的最大因素是玉米浆添加量，其次是初始pH，接种量影响最小。最佳发酵参数为初始pH6.60、接种量4.80％、玉米浆添加量25.00%，乳链菌肽的效价达5102.77IU/mL
　　以海藻酸钠和壳聚糖为微胶囊制备材料，首先制备了海藻酸钙凝胶珠，然后，采用壳聚糖包膜得到微胶囊。分别采用微胶囊的膜膨胀率、包埋率和Nisin效价作为评价指标，研究了影响ACA液芯微胶囊制备的各项参数，结果表明：壳聚糖脱乙酰度为91%、分子量为7.4万，海藻酸钠15g/L、壳聚糖5.0g/L、CaCl220g/L、柠檬酸钠40mmol/L，固化时间120min、成膜时间30min、液化时间9min，壳聚糖pH5.5、柠檬酸钠溶pH5.0，此条件下制备的微胶囊的膜膨胀率为7.02%，包埋率86.24%，乳链菌肽的效价为5077.46IU/mL。
　　采用 Plackett-Burman对单因素实验结果进行分析，得到壳聚糖浓度、壳聚糖pH、液化时间是影响ACA微胶囊性能的显著性因素。最陡爬坡法获得逼近最大响应区域时主要因子的水平，Box-Behnken试验设计及响应面分析确定了影响ACA微胶囊性能的最佳条件为壳聚糖的浓度5.0g/L、壳聚糖pH5.5、液化时间12min，此条件下制备的微胶囊的膜膨胀率为2.67%，包埋率为91.79%，乳链菌肽的效价为5309.6IU/mL。对ACA微胶囊电镜扫描，结果表明，微胶囊囊膜内的空间呈现空间网络结构，并表现出较好的通透性。
　　对微囊化乳酸链球菌进行乳链菌肽发酵研究，通过与游离细胞发酵方式进行比较，结果表明微囊化细胞发酵优于游离细胞发酵，且具有较长的使用周期和较高的乳链菌肽效价，并且微囊化细胞可以连续使用12批次左右。应用吸附法对乳链菌肽进行初步的分离、浓缩后乳链菌肽的效价为44741.2IU/mL，纯化倍数为8.44倍。应用高效液相色谱技术对发酵液定性鉴定，发酵液中含有乳链菌肽成分。

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英文摘要

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1文献综述

1.1 乳链菌肽的简介

1.2 Nisin的分子结构与性质

1.3 Nisin的研究现状

1.4 生物微胶囊技术

1.5 本课题研究目的、意义

1.6 本课题研究内容

2 乳链菌肽发酵条件的研究

2.1 引言

2.2 材料与仪器

2.3 实验方法

2.4结果与讨论

2.5 小结

3 ACA微胶囊制备及影响因素研究

3.1 引言

3.2 材料与仪器

3.3 实验方法

3.4 结果与讨论

3.5 小结

4 ACA微胶囊制备的响应面法优化及微胶囊表征

4.1 实验方法

4.2 结果与讨论

4.3小结

5 乳链球菌ACA微囊发酵生产Nisin的研究

5.1材料与仪器

5.2 结果与讨论

5.3 小结

6 结论、创新点和展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的成果

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