本發明涉及了一種菌制備方法及其應用，尤其是涉及了一種食材用于益生菌培養的方法及其應用。
背景技術：
益生菌，英文probiotics一詞由希臘語“for live”派生而來，譯為“為了生命”，是含有生理活性的活菌，當被機體經過口服或其他給藥方式攝入適當的數量后，能夠定植于宿主并改善宿主微生態平衡，從而發揮有益作用。近年來的研究表明，人體內的細菌多達1000多種，特別是胃腸道內的細菌最為豐富，占全身微生態菌總數80％左右，是人體細胞的10倍，被譽為人類的“第二基因組”。這些細菌有助于人體消化食物，產生維生素以預防食物中細菌所誘發的疾病，同時刺激免疫系統。隨著研究的深入，發現腸道微生物在許多慢性疾病和癥狀中，如炎癥、肥胖、糖尿病、還有癌癥等也起了關鍵作用。微生物的數量和基因數量驚人，強烈影響人類的健康。這些發現為益生菌產品在食品、保健品、醫藥、養殖、環境、衛生用品等領域的應用帶來了巨大的推動力。目前，益生菌被廣泛用于酸奶、乳酸菌飲料、益生菌粉劑、動物飼料、環境治理等產品中，形成了相對完整和成熟的益生菌行業。
益生菌的生產主要采用固體發酵和大罐液體深層發酵法。固體發酵法是把益生菌接種到固體培養基上進行發酵培養，中國發明專利(公開號：CN 104830711 A)發明了圓盤發酵裝置固體發酵解淀粉芽孢桿菌，發酵時間通常為48h～72h。中國發明專利(公開號：CN 105132321A)采用由麥麩和豆粕等物質組成的培養基，接種屎腸球菌進行固態發酵，干燥產品中的活菌含量最高為3.8×1010CFU/g。類似的還有中國專利(公開號：CN 101555510B；CN 101555511B；CN 103421710B；CN 102907563B；CN 103289937B；CN 1212391C)均采用豆粕、麩皮、玉米芯、米糠、花生殼、淀粉、玉米粉、草炭等農業廢棄物或農產品為主要成分的固體培養基，接種微生物，進行高密度發酵，產品中的活菌數基本為1011CFU/g。這類產品由于采用大量農業廢棄物或農產品作培養基，主要用于動物飼料或進行藥物等代謝產物生產，培養結束后，大多數無法直接用于人類食品、保健品及醫藥等產品的生產，需要更多的后續處理工藝才能制備相關產品。此外，固體發酵雖然生產工藝簡單，投資少，但同時又易受雜菌污染，產品質量不穩定，發酵時間較長的缺點。大罐液體深層發酵法是采用現代發酵技術，將益生菌接種到生物反應器中進行通風培養，具有容易控制菌體含量，產品質量穩定的特點。中國發明專利(公開號：CN 105018408 A)在培養基中添加蘆丁提高鼠李糖菌乳桿菌的發酵速度和益生菌的活菌數，益生菌發酵生長24h得到的益生菌發酵液的最大活菌數可達到約109CFU/mL。但此類方法對技術水平要求較高，相對固體發酵投資高，后續濃縮和分離目標產物的成本高。眾所周知，發酵下游加工對產品的質量具有決定性的作用，因而下游加工中的分離和純化成本占在發酵總成本的大部分。因此，簡化發酵工藝，穩定產品質量，是益生菌開發和市場中的重要技術問題。
技術實現要素：
本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供了一種食材用于益生菌培養的方法及其應用。本發明方法是在含有促進益生菌生長繁殖的促生長因子的培養基中加入多孔性食材，接種益生菌并發酵，多孔性食材克服了傳統農業廢棄物或農產品難以直接食用的不足之處，并給菌種生長繁殖提供了良好的營養和富集載體。培養結束后，直接固液分離并干燥，制備得到可食性的高密度、高活性聚集態益生菌，可廣泛用于食品、食品添加劑、保健品和醫藥等產品的開發。
本發明采用的技術方案如下：
一、一種食材用于益生菌培養的方法：
發酵面制品，制得發泡性食材，破碎成顆粒。
所述發酵面制品，為面粉、米粉、玉米粉及各種雜糧粉制作得到的面包、蛋糕、饅頭、米糕和發糕等發泡性食材。
所述發酵面制品的平均孔徑大小為2納米-2毫米，孔隙率為10％-85％，孔隙率指的是多孔材料中的孔隙占整個材料體積的百分比。。
所述發酵面制品破碎顆粒尺寸大小為0.1-3厘米，片狀尺寸大小為0.1-10厘米。
所述發酵面制品破碎顆粒，置入可成膜的蛋白溶液或多糖溶液或蛋白和多糖的混合溶液中浸泡并干燥，制得在水體系中穩定的可食性泡沫材料。
所述的可成膜溶液，為可成膜的蛋白溶液或多糖溶液或蛋白和多糖的混合溶液。
蛋白類如膠原蛋白、明膠、乳清蛋白、蠶絲蛋白、蜘蛛絲蛋白、酪蛋白酸鈉、纖維蛋白、角蛋白、大豆蛋白、綠豆蛋白、小麥蛋白、玉米蛋白、谷蛋白等來源于動物、植物和微生物的蛋白及其衍生物；
多糖類如甲殼素、殼聚糖、纖維素、木質素、葡聚糖、瓊脂糖、低聚果糖、大豆低聚糖、魔芋葡甘聚糖、低聚異麥芽糖、低聚木糖、低聚麥芽糖、淀粉、糊精、菊粉、海藻酸及其鹽、右旋糖酐、透明質酸、海藻多糖、褐藻多糖、螺旋藻多糖、地衣多糖、香菇多糖、靈芝多糖、銀耳多糖、阿拉伯膠、果膠、瓜爾膠、黃原膠角叉菜膠等來源于植物、動物、海藻和微生物的多糖及其衍生物。
所述的可食性泡沫材料為以上所述材料的一種或多種，但又不局限于以上材料。
在培養基中放置可食性泡沫材料，培養基與可食性泡沫材料的體積比為1：0.01–1：200，接種益生菌并進行培養，固液分離后干燥，制備獲得可食性的高密度、高活性益生菌。
所述培養為厭氧培養，所接種的益生菌為厭氧或兼性厭氧的微生物。
厭氧培養是在30-42℃下培養12-48h。
培養結束后，所述益生菌聚集到可食性泡沫材料的表面或者內部或者表面和內部，得到聚集態的益生菌。
所述的培養基為液態，所述的可食性泡沫材料為固態，培養體系可為液體培養、半固體培養和固體培養三種培養方式中的任一種。
所述的培養基中含有促進益生菌生長繁殖的促生長因子。
含有促進益生菌生長繁殖的促生長因子如乳清發酵液、膠原蛋白發酵液、馬鈴薯發酵液、菌菇類發酵液或提取物、豆乳、番茄汁、胡蘿卜汁、玉米汁、冬蟲夏草提取物、靈芝提取物、鐵皮石斛提取物、當歸提取物、銀杏葉提取物、麥芽提取物、參類提取物、黃芪提取物、羅漢果提取物、菊粉、酵母葡聚糖、低聚木糖、維生素、氨基酸、多巴胺、植酸、黃腐酸、腐殖酸、鎂鹽、鋅鹽、錳鹽、鈣鹽、鐵鹽、鈷鹽、硒鹽等的一種或多種。
所用的益生菌為雙歧桿菌屬、青春雙歧桿菌、動物雙歧桿菌、乳雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌、短雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、長雙歧桿菌、乳桿菌屬、嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、卷曲乳桿菌、德氏乳桿菌保加利亞亞種(保加利亞乳桿菌)、德氏乳桿菌亞種、發酵乳桿菌、格氏乳桿菌、瑞士乳桿菌、約氏乳桿菌、副干酪乳桿菌、植物乳桿菌、羅伊氏乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、唾液乳桿菌、鏈球菌屬、嗜熱鏈球菌、乳球菌屬、乳酸乳球菌乳酸亞種、乳酸乳球菌乳脂亞種、乳酸乳球菌雙乙酰亞種、腸膜明串珠菌腸膜亞種、丙酸桿菌屬、酵母屬、德巴利酵母數、假絲酵母屬、球擬酵母屬、擬桿菌屬、梭桿菌屬、酒球菌屬、消化鏈球菌屬、青霉屬、鏈球屬、梭菌屬、氣球菌屬、片球菌屬、芽孢桿菌屬、蜜蜂球菌屬、腸球菌屬、微球菌屬、魏斯氏菌屬等的一種或多種，但又不局限于以上菌種。
所述的培養基為YPD(酵母菌)、雙歧桿菌培養基(青春雙歧桿菌、動物雙歧桿菌、乳雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌、短雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、長雙歧桿菌)、MRS培養基(嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、德氏乳桿菌保加利亞亞種、瑞氏乳桿菌、約氏乳桿菌、植物乳桿菌、羅伊氏乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、唾液乳桿菌、副干酪乳桿菌、乳酸乳球菌乳酸亞種、乳酸乳球菌雙乙酰亞種、格氏乳桿菌、片球菌屬、腸球菌屬、魏斯氏菌屬、蜜蜂球屬、卷曲乳桿菌)、SIIM0012培養基(發酵乳桿菌、鼠李糖乳桿菌)、M17培養基(嗜熱鏈球菌)、乳酸菌培養基(乳酸乳球菌乳脂亞種)、腸膜明串珠菌培養基(腸膜明串珠菌腸膜亞種)、丙酸細菌培養基(丙酸桿菌屬)、5°Bé麥芽汁瓊脂(德巴利酵母屬、假絲酵母屬、球擬酵母屬)、血瓊脂培養基(擬桿菌屬、梭桿菌屬)、番茄汁培養基(酒球菌屬)、PDA馬鈴薯、葡萄糖瓊脂培養基(青霉屬)、SICC0070丁酸菌培養基(梭菌屬)、TSA胰蛋白胨大豆瓊脂(氣球菌屬)、肉湯培養基(芽孢桿菌屬)、LB培養基(微球菌屬)等。
所述培養基中，接種的益生菌菌液量為0.1％-50％(v/v)。0.1％-50％(v/v)指的是益生菌菌液加入的體積量為加入后整個培養基體積的0.1％-50％。
益生菌接種菌液中的菌液的濃度是108-109CFU/mL。
本發明方法在各個菌種的基礎培養基中加入可食性泡沫材料，同時添加促進益生菌生長繁殖的促生長因子，在培養基中多組分的協同作用下，益生菌的生長繁殖速率大幅提升，并且由于益生菌的厭氧或兼性厭氧特性，益生菌聚集到可食性泡沫材料的表面或者內部或者表面和內部，固液分離后干燥，直接得到可食性的高活性、高密度聚集態益生菌，產品質量穩定，后續分離環節簡單，成本大為下降。
二、所述益生菌在制備食品或食品添加劑、保健品和醫藥等產品中的應用。
食品包括餅干、面包、蛋糕等西式糕點，米糕、饅頭、包子、花卷、月餅、粽子等中式糕點，酸奶、乳制品等奶制品，水、果蔬汁、運動飲料等飲料，巧克力、蜜餞、面粉、面粉制品等；保健品和醫藥包括粉劑、水劑制品等。
本發明的有益效果是：
根據本發明制備的益生菌，簡化了發酵工程的下游加工工藝，產品質量穩定可靠，分離和純化成本大幅下降，具有直接可食性，同時具有高密度和高活性，可直接加工制備成益生菌發酵劑或益生菌制劑，在食品、保健品和醫藥等產品中具有廣泛的應用價值。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
下面通過實施例，對本發明專利進一步的詳細描述，但本發明并不限于這些。
本發明的實施例如下：
實施例1：
將面包破碎成0.8-10厘米大小的面包片，面包顆粒的孔徑大小為20納米-1毫米，孔隙率為80％，置入2.5w.％殼聚糖的醋酸溶液中浸泡半小時，固液分離后烘干。
在培養基中加入殼聚糖處理后的面包片，培養基與面包片的體積比為1：100，該培養基中各組分重量百分比為MRS 75％，L-半胱氨酸鹽酸鹽1％，維生素C 1％，菊粉5％，香菇提取物10％，豆乳8％。雙歧桿菌接種到培養基中，雙歧桿菌從中國工業微生物菌種保藏管理中心購得，雙歧桿菌采用濃度為109CFU/mL的菌液，接種菌液量為20％。厭氧培養，37℃培養16h后，固液分離，干燥，得到可食性雙歧桿菌片，產品中雙歧桿菌總活菌數可達8×1010-3×1012CFU/g，活菌數受干燥方法等因素的影響，冷凍干燥的產品中活菌數更高。
實施例2：
將蛋糕破碎成0.3-1厘米大小的顆粒，面包顆粒的孔徑大小為5納米-2毫米，孔隙率為50％，置入2.5w.％膠原蛋白溶液中浸泡1小時，固液分離后室溫干燥。
在培養基中加入膠原蛋白處理后的蛋糕顆粒，培養基與蛋糕顆粒的體積比為1：10，該培養基中各組分重量百分比為MRS 80％，蔗糖4％，鎂鹽1％，玉米汁5％，香菇提取物5％，乳清發酵液5％。德氏乳桿菌保加利亞乳桿菌接種到培養基中，德氏乳桿菌保加利亞乳桿菌從中國工業微生物菌種保藏管理中心購得，德氏乳桿菌保加利亞乳桿菌采用濃度為109CFU/mL的菌液，接種菌液量為30％。厭氧培養，37℃培養24h后，固液分離，干燥，得到可食性德氏乳桿菌保加利亞乳桿菌顆粒，產品中德氏乳桿菌保加利亞乳桿菌總活菌數可達2×1011-3×1013CFU/g CFU/g，活菌數受干燥方法等因素的影響，冷凍干燥的產品中活菌數更高。
實施例3：
將饅頭破碎成1-8厘米大小的片狀，饅頭顆粒的孔徑大小為50納米-1毫米，孔隙率為50％，置入3w.％阿拉伯膠溶液中浸泡1小時，固液分離后室溫干燥。
在培養基中加入阿拉伯膠處理后的饅頭片，該培養基中各組分重量百分比為YPD 85％，麥芽提取物4％，維生素1％，平菇提取物5％，靈芝提取物2％，膠原蛋白發酵液3％。酵母接種到培養基中，酵母菌從中國工業微生物菌種保藏管理中心購得，酵母菌采用濃度為108CFU/mL的菌液，接種菌液量為50％。35℃培養24h后，固液分離，干燥，得到可食性酵母菌片，產品中酵母菌總活菌數可達3×1011-2×1013CFU/g，活菌數受干燥方法等因素的影響，冷凍干燥的產品中活菌數更高。
實施例4：
培養基中加入米糕顆粒，米糕顆粒的孔徑大小為500納米-3毫米，孔隙率為30％，置入2.5w.％玉米蛋白溶液中浸泡半小時，固液分離后室溫干燥。
在培養基中加入玉米蛋白處理后的米糕顆粒，培養基與米糕顆粒的體積比為1：1，該培養基中各組分重量百分比為M17 78％，馬鈴薯提取物10％，草菇發酵液5％，當歸提取物5％，番茄汁2％。植物乳桿菌接種到培養基中，植物乳桿菌從中國工業微生物菌種保藏管理中心購得，植物乳桿菌采用濃度為109CFU/mL的菌液，接種菌液量為15％。37℃培養36h，固液分離，干燥，得到可食性植物乳桿菌顆粒，產品中總活菌數可達6×1010-7×1012CFU/g，活菌數受干燥方法等因素的影響，冷凍干燥的產品中活菌數更高。
實施例5：
培養基中加入發糕顆粒，發糕顆粒的孔徑大小為500納米-3毫米，孔隙率為30％，置入5w.％海藻酸鈉溶液中浸泡半小時，在置入CaCl2溶液中浸泡5分鐘，固液分離后烘干。
在培養基中加入海藻酸處理后的發糕顆粒，培養基與發糕顆粒的體積比為1：0.1，該培養基中各組分重量百分比為MRS 78％，低聚木糖5％，海藻提取物5％，草菇發酵液5％，菊粉5％，植酸2％。嬰兒雙歧桿菌、芽孢桿菌、瑞士乳桿菌混合接種到培養基中，上述菌種從中國工業微生物菌種保藏管理中心購得，均采用濃度為109CFU/mL的接種菌液，接種菌液量分別為15％,15％，15％。37℃培養36h，固液分離，干燥，得到可食性共培顆粒，產品中總活菌數可達2×1012-1×1014CFU/g，活菌數受干燥方法等因素的影響，冷凍干燥的產品中活菌數更高。
由上述實施例可見，本發明方法制備的益生菌，簡化了發酵工程的下游加工工藝，具有直接可食性，同時具有高密度和高活性，具有其突出顯著的技術效果。