嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)作为益生菌和发酵剂被广泛的应用于发酵食品的生产,被认为是第三代酸奶发酵剂菌种。我国对于发酵乳制品的研究相比国外起步较晚,超浓缩直投式发酵剂的研究还很薄弱,我国企业所使用的直投式乳酸菌发酵基本依赖进口。高密度培养是制备直投式发酵剂的关键技术之一,提高乳酸菌高密度培养技术的水平是该领域重要的研究方向。本课题研究目的是研究嗜酸乳杆菌在培养过程中营养成分的消耗模式,建立和完善嗜酸乳杆菌在高密度培养过程中菌株对各营养成分的消耗模式,为发酵剂工业中最优培养基的定向设计提供科学理论支撑。本研究以Lactobacillus acidophilus KLDS 1.0738为目标菌株,在化学合成培养基中对其进行增殖培养,控制发酵体系的pH,在研究Lactobacillus acidophilus KLDS 1.0738在化学培养基中生长动力学的基础上,对发酵过程中生长关键点培养基中营养成分消耗模式进行研究。利用高效液相色谱法分析葡萄糖和维生素的消耗模式;利用氨基酸分析仪对氨基酸的消耗模式进行研究;利用反相高效液相色谱法研究碱基类物质的消耗模式;高效液相色谱串联质谱法测定2’-脱氧鸟苷的消耗量;火焰原子吸收法(FAAS)分析培养基中离子的消耗模式。将Lactobbacillus acidophilus KLDS 1.0738 的生长曲线划分为迟滞期(0～2h,μ1=0.04 h-1)、对数生长期初期至对数生长期中期(2～7h,μ2=0.07 h-1)、对数生长期中期至对数生长期末期(7～12h,μ3=0.11h-1)以及稳定期(12～14h,μ4=0.01 h-1)4个阶段。在 Lactobacillus aciophilus KLDS 1.0738生长过程中葡萄糖消耗主要集中在对数生长期,占其消耗总量的80.21%。氨基酸的消耗量主要集中在μ3=0.11 h-1(Lys除外),占氨基酸消耗总量的76.611%。其中,消耗量最大的是天冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸及谷氨酸(Asp、Gly、Ala、Glu),占氨基酸消耗总量的59.065%。半胱氨酸和甲硫氨酸(Cys、Met)的消耗量最小,占氨基酸消耗总量的0.781%。消耗率50%以上为天冬氨酸、酪氨酸、赖氨酸及精氨酸(Asp、Tyr、Lys、Arg),其中精氨酸的消耗量占其添加量的比例最大,为55.552%。在Lactobacillus acidophilus KLDS 1.0738生长过程中消耗量最高维生素的是维生素B6,消耗率最高的是叶酸,培养基中核黄素的含量逐渐增加,烟酰胺在μ3=0.11 h-1消耗量最大,泛酸钙在μ2=0.07 h-1消耗量最大。尿嘧啶的消耗率最高,2’-脱氧鸟苷的消耗量最低,鸟嘌呤的消耗量最高,胸腺嘧啶和腺嘌呤核苷酸的消耗率分别为81.463%,69.054%。Fe2+的消耗量最低,但消耗率最高,消耗量最大的离子为K+与PO43-,Mg2+及Mn2+的消耗量较少。Lactobbacillus acidophilu KLDS 1.0738培养过程中,在不同生长率下,单位菌体对营养成分的消耗率亦不同。研究发现,单位菌体对于葡萄糖、氨基酸、泛酸钙、鸟嘌呤以及PO43+和K+的消耗率在μ4=0.01 h-1时远高于其他时期。此时,菌株处于稳定期,菌数变化不明显,这些成分的高消耗率可能主要是用于抵抗渗透压和酸胁迫,维持菌株活性。本研究中单位菌体对大多数营养成分的消耗率在μ=0.04 h-1时高于在μ2=0.07 h-1和μ3=0.11 h-1时,并随μ的增大而降低减小,在μ2=0.07 h-1或μ3=0.11 h-1达到最小。一些营养物质(葡萄糖、泛酸钙、腺嘌呤核苷酸、2’-脱氧鸟苷及Mg2+和Fe2+的消耗率在μ3=0.11h-1时达到最低,如菌株对葡萄糖的消耗率由μ1=0.04 h-1 时的 94.138±4.71 mmol/gDW 减小到μ3=0.11 h-1 时的 66.778±3.33 mmol/gDW,说明单位菌体对于这些营养成分的利用率在逐渐增加,并在μ3=0.11 h-1时达到最大。氨基酸和大多数维生素、无机离子及碱基类物质的单位菌体利用率在μ2=0.07 h-1时达到最小,如氨基酸的消耗率由μ1时期的6.264±0.018 mmol/gDW减少为μ2时期的3.399±0.010 mmol/gDW,在μ3=0.11 h-1时却又增加到27.998±0.073 mmol/gDW,这说明菌株对于这些营养成分在μ3=0.11 h-1时的利用率低于μ2=0.07 h-1时,一部分用于抵抗发酵液中的酸胁迫和渗透压,并未完全用于生长。μ=0.04h-1时,菌株处于迟滞期,菌数变化不大,单位菌体对营养成分的高消耗率主要用于调整细胞状态,为进入对数生长期做准备。本研究结果表明,在Lactobacillus acidophilus KLDS 1.0738培养过程中,营养成分的大量消耗会抑制菌株的生长,因此,应在培养基中提高消耗率高的营养物质的浓度。营养成分的初始浓度也会影响乳酸菌的生长,应提高其初始浓度,但初始营养成分过高也会对菌株的生长产生不良影响。根据营养成分在Lactobacillusacidophilus KLDS 1.0738中的消耗模式,通过选择合适的浓度或形成有效的培养机制来添加高消耗量、消耗率的营养物质,以减少营养成分过高或者过低初始浓度带来的影响。上述研究表明营养成分在Lactobacillusacidophilus KLDS 1.0738中的消耗模式不同,菌株在不同生长时期对营养成分的需求量不同,本研究结果为高密度培养过程中补料的添加提供了理论依据。