一種酵母發(fā)酵培養(yǎng)基及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種酵母發(fā)酵培養(yǎng)基及其應(yīng)用，特別涉及一種提高酵母得率和干酵母 活細(xì)胞率的酵母發(fā)酵培養(yǎng)基及其在制備酵母中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 通過液體供氧發(fā)酵獲得大量酵母菌是酵母類產(chǎn)品（像活性干酵母、酵母抽提物） 工業(yè)生產(chǎn)的第一步。在發(fā)酵中后期，菌體短時(shí)間內(nèi)需氧量很大。此時(shí)，一方面由于菌體及代 謝產(chǎn)物不斷增多導(dǎo)致發(fā)酵液粘稠，細(xì)胞膜通透性降低，不利于氧氣的傳遞；另一方面發(fā)酵罐 的供氧大多在發(fā)酵中期達(dá)到最大，隨后的發(fā)酵過程不能再通過提高攪拌轉(zhuǎn)速和風(fēng)量來實(shí) 現(xiàn)溶氧濃度的增大，使得酵母生長速率受溶氧濃度的限制而降低。而且由于溶氧供應(yīng)不足， 促使酵母酒精發(fā)酵，產(chǎn)生副產(chǎn)物二氧化碳和乙醇。
[0003] 二氧化碳對酵母生長有抑制作用，對細(xì)胞的形態(tài)也有影響。乙醇的生成損失了糖 分，使酵母得率降低，產(chǎn)量下降。盡管在發(fā)酵過程中采用控糖的方式，但在整個(gè)發(fā)酵生產(chǎn)中 將有效糖的濃度控制在乙醇生成的臨界濃度以下也是不現(xiàn)實(shí)的。這是因?yàn)椋孩偬菨舛忍?低，酵母的生長受到抑制，生長速率將很慢；②當(dāng)糖濃度低于〇. lg/L時(shí)，采用一般的分析 方法測定較困難。乙醇是易揮發(fā)物質(zhì)，在通氣發(fā)酵中，大量的通風(fēng)會帶走發(fā)酵液中的部分 乙醇，如當(dāng)發(fā)酵液中的乙醇含量為2%時(shí)，排氣中乙醇的含量約為7g/m3,從而影響酵母的 收得率，增加了生產(chǎn)成本。
[0004] 自然狀態(tài)的酵母細(xì)胞含水量為70-80%，其中結(jié)合水含量為15-20%，自由含水量 為50-60%，將自然狀態(tài)的酵母細(xì)胞制成活性干酵母后有一定的活性損失，而損失的程度與 酵母細(xì)胞中的水分含量有關(guān)，一般來說，水分越低，越有利于活性干酵母的貯存，因?yàn)榻湍?物質(zhì)被氧化的速度隨水分含量的降低而降低。但另一方面，水分含量越低，干燥和復(fù)水過程 中活性的損失就越大。水分含量高不利于保存，貯存損失大，而干燥和復(fù)水損失小。因此，活 性干酵母的水分含量必須考慮到貯存的穩(wěn)定性，又要考慮到干燥和復(fù)水過程的活性損失。
[0005] 當(dāng)水分含量在15-30%時(shí)，由于酵母的結(jié)合水分基本上沒有喪失，一般不會影響活 力與發(fā)酵力，但這種高水分的活性干酵母只能冷藏。當(dāng)活性干酵母的水分減少至15%時(shí)，酵 母有一定的活性變化，在室溫下貯存的穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，在干燥和復(fù)水過程中，有小部分活 性喪失。當(dāng)活性干酵母的水分含量為7. 5-8. 3%時(shí)，活性干酵母可在常溫下貯存，保存期可 以達(dá)半年以上，在干燥和復(fù)水過程中，將有部分細(xì)胞活性喪失。對于不添加保護(hù)劑的活性干 酵母，當(dāng)水分含量低于7. 5%時(shí)，在干燥和復(fù)水過程中的活性損失將大大增加，因此不加保 護(hù)劑的活性干酵母，其水分含量不宜低于7. 5%。對于添加保護(hù)劑的活性干酵母，其水分含 量可以降至4-5%，保存期可達(dá)一年以上。
[0006] 提高發(fā)酵過程中的細(xì)胞得率及干細(xì)胞的活細(xì)胞率就成了發(fā)酵工藝的主要研宄課 題。
[0007] 比如：中國專利CN102168016A公開了一種活性干酵母脫水保護(hù)劑，具體采用單硬 脂酸甘油酯、山梨醇酐單硬脂酸酯、山梨醇酐單油酸酯和甘油。另外，中國專利CN101045903 公開了一種益生菌的凍干工藝，能有效保存酵母等益生菌。但是上述方法保護(hù)劑是加入到 發(fā)酵后的酵母中，對發(fā)酵制備酵母這一重要過程則沒有任何控制措施。
[0008] 日本專利JP2014117213公開了一種制備干酵母的方法，需要微波輻射及減壓干 燥等步驟。美國專利US3868307公開了一種釀酒酵母的生產(chǎn)方法，該方法在培養(yǎng)基中添加 麥芽漿和淀粉酶。上述方法能提供酵母細(xì)胞的得率或能提供酵母活細(xì)胞率，但上述方法或 者需要微波輻射裝置或者添加昂貴的酶制劑，生產(chǎn)成本較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能提高酵母得率及干酵母菌的 活細(xì)胞率并且經(jīng)濟(jì)方便的酵母發(fā)酵培養(yǎng)基。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的酵母發(fā)酵培養(yǎng)基，包括碳源、氮源、無機(jī)鹽，其特 征在于還包括通式（1)化合物中的一種或者兩種以上；
[0011]
[0012] R 代表 C1-C20烷基。
[0013] 優(yōu)選的通式（1)化合物R為Cl~C12烷基。優(yōu)選的化合物為甜菜堿、月桂基甜菜 堿（N-十二烷基-N，N-二甲基甘氨酸）、辛基甜菜堿（N-辛基-N，N-二甲基甘氨酸）、異丙 基甜菜堿（N-異丙基-N，N-二甲基甘氨酸）。
[0014] 通式（1)化合物在培養(yǎng)基中所起的作用，可能具有以下機(jī)理：
[0015] 1、作為高效甲基供體，參與甲基化反應(yīng)以及能提高代謝途徑中關(guān)鍵酶的酶活，來 加快菌體生長速率及代謝物產(chǎn)量。
[0016] 2、能提高細(xì)胞膜通透性，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)及氧氣在胞內(nèi)外的交換，以及提高微生物 的呼吸鏈系統(tǒng)，顯著提高菌體的呼吸特性。
[0017] 3、作為滲透壓保護(hù)劑，能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外滲透壓，更有利于胞內(nèi)產(chǎn)物向胞外的釋 放，解決由胞內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)物濃度過高導(dǎo)致的反饋性抑制問題。降低高滲透壓導(dǎo)致的呼吸抑制， 加快氧氣在細(xì)胞內(nèi)外的傳遞速率，降低了能耗。
[0018] 4、作為表面活性劑具有乳化劑的作用，更加快了氧氣在粘稠的發(fā)酵液中的傳遞速 度。
[0019] 最優(yōu)的通式（1)化合物R為甲基，即為甜菜堿，可以選自無水甜菜堿、一水甜菜堿、 鹽酸鹽甜菜堿、磷酸甜菜堿中的一種或者兩種以上。
[0020] 甜菜堿，又名N，N，N-三甲基甘氨酸，是一種季銨型水溶性生物堿。因最初從甜菜 中提取而得名甜菜堿，純品為白色片狀結(jié)晶，有甜味，易吸潮，可速溶于水，易被消化吸收， 使用安全，無毒副作用。除了上述可能的作用機(jī)理外，甜菜堿對提高種子液中菌球的分散度 和菌體量也有明顯的良性效果。
[0021] 通式（1)化合物在酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中的濃度0.015~7. Og/dl，優(yōu)選為0.05~ 0· 5g/dl 〇
[0022] 酵母發(fā)酵培養(yǎng)基的碳源沒有特別的要求，可以選自糖類、油脂、有機(jī)酸、正烷烴中 的一種或者兩種以上，優(yōu)選為玉米粉。
[0023] 酵母發(fā)酵培養(yǎng)基的氮源可以選自豆餅粉、花生餅粉、魚粉、蠶蛹粉、酵母粉、玉米 漿、尿素、銨鹽、硝酸鹽中的一種或者兩種以上；
[0024] 上述無機(jī)鹽為磷酸鹽、硫酸鎂、鉀鹽中的一種或者兩種以上。
[0025] 本發(fā)明的另一目的為提供一種采用上述酵母發(fā)酵培養(yǎng)基制備酵母的方法，包括下 列步驟：
[0026] 將菌體接入滅菌后的所述酵母發(fā)酵培養(yǎng)基；
[0027] 通空氣培養(yǎng)，溫度為30°C。控制溶氧在23±2% ;
[0028] 全過程流動(dòng)加入80%的葡萄糖濃溶液至發(fā)酵結(jié)束前1. 5個(gè)小時(shí)，控制發(fā)酵液殘?zhí)?的量在0. 2g/dl以下；
[0029] 發(fā)酵培養(yǎng)19小時(shí)結(jié)束。
[0030] 在培養(yǎng)過程中，采用氨水和鹽酸調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH，使其維持在4. 5~5. 5。
[0031] 本發(fā)明方法適用的活性干酵母菌包括：面包酵母類、飼料酵母類、釀酒用酵母類及 醫(yī)藥酵母（例如：布拉氏酵母菌）類、營養(yǎng)酵母（例如：高核酸酵母、高鐵酵母、含硒酵母和 含鋅酵母）類等。
[0032] 本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，通過在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加通式（1)化合物減少發(fā)酵過 程中的無氧呼吸的發(fā)生，從而減少了發(fā)酵過程中乙醇和二氧化碳的生成；最終降低了二氧 化碳對酵母細(xì)胞生產(chǎn)的抑制及損害；乙醇生成量的減少，提高了酵母的對糖得率和酵母產(chǎn) 量；提高了后提取階段酵母細(xì)胞耐滲透的能力，一定程度上阻礙細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的流失，從而 減少干燥和復(fù)水過程中活性的損失，提高了干酵母菌的活菌率，從而降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng) 濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0033] 圖1為實(shí)施例2、3、4發(fā)酵過程中乙醇濃度趨勢比較圖
[0034] 圖2為實(shí)施例2、5、6發(fā)酵過程中乙醇濃度趨勢比較圖
[0035] 圖3為實(shí)施例2、7、8發(fā)酵過程中乙醇濃度趨勢比較圖
[0036] 圖4為實(shí)施例2、9、10發(fā)