不同廠家硫酸鎂對乳酵素發酵的影響

鹿曉慧，謝全喜，周 紅，侯楠楠，王 梅，王 倩，谷 巍

（山東寶來利來生物工程股份有限公司山東省動物微生態制劑重點實驗室，山東泰安271000）

硫酸鎂是重要的無機化工產品，可應用于飼料、醫藥、食品等領域。目前，國內生產硫酸鎂的方法主要是硫酸合成法等。在臨床中，硫酸鎂多用于治療妊娠期高血壓，具有解痙、鎮靜、降壓、利尿等功效[1-4]。硫酸鎂作為一種無機鹽添加在培養基中，鎂離子是多種酶的催化劑，有助于碳水化合物在體內的合成與轉化，參與脂肪代謝與蛋白質的合成，是賴氨酸產生的重要酶激活劑[5]。鎂離子是生物機體細胞內第2大離子成分，參與并調節機體許多離子通道活性及酶反應，是生物體內造骨過程中和肌肉收縮時所必需的因子，可以抑制乙酰膽堿的釋放，阻止神經肌肉連接處的傳導，降低或解除肌肉收縮，對生物體內的物質代謝和神經功能起著重要作用。硫元素有利于含硫氨基酸的合成，影響機體對蛋白的利用，提高動物機體生產性能，促進蛋白質的合成。硫酸鎂作為良好飼料添加劑，一方面可以保證畜禽機體的正常生長繁殖；另一方面可以預防多種疾病，降低死亡率，提高畜牧業生產的經濟效益[6-8]。

乳酵素作為飼料添加劑，其作用機理是發酵后可以活化乳酸菌使其迅速在動物體內定植，改善動物腸道pH值，抑制副傷寒桿菌等有害菌的活性。乳酸菌內的過氧化氫能夠刺激過氧化氫酶及胃蛋白酶的活化，有效抑制革蘭氏陰性細菌如大腸桿菌等，同時提高飼料的消化吸收率[9-10]。乳酵素是一款水溶性產品，硫酸鎂作為乳酵素的組成成分，其溶解度影響乳酵素的水溶性。經過調查，選取相同價位區間市售較好的8個廠家硫酸鎂產品，研究其對乳酵素發酵的影響，選擇適宜乳酵素產品的硫酸鎂。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

硫酸鎂采購自不同廠家；乳酸菌由山東寶來利來生物工程股份有限公司提供。

1.2 培養基

乳酵素：乳酸菌0.11 g（1.0×109CFU/g）、乳清粉51.5%、硫酸銨12.5%、氯化鈉6.5%、輕鈣3.5%、硫酸鎂2.5%、葡萄糖23.5%。

MRS 培養基：硫酸鎂0.2 g、硫酸錳0.5 g、吐溫801 g、磷酸氫二鉀2 g、檸檬酸銨2 g、無水乙酸鈉5 g、酵母浸膏5 g、牛肉浸膏10 g、蛋白胨10 g、葡萄糖20 g、蒸餾水1000 mL。固體培養基需加入1.5%瓊脂粉，pH值自然。

1.3 儀器與設備

DHP-9082 數顯恒溫培養箱（上海一恒科學儀器有限公司）、DHG-9140A 電熱鼓風干燥箱（常州諾基儀器有限公司）、HH-4 恒溫水浴鍋（國華電器有限公司）、XW-80A旋渦混合器（上海弛唐電子有限公司）、PB-10Sartorius 精密pH 計[賽多利斯科學儀器（北京）有限公司]、YXQGD4B手提式壓力蒸汽滅菌器（山東新華醫療器械股份有限公司）。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 硫酸鎂溶解性

準確稱取5 g硫酸鎂溶解于100 mL蒸餾水中，觀察記錄硫酸鎂的溶解速度、有無沉淀等。參照GB/T 9738—2018《化學試劑水不溶物測定通用方法》對硫酸鎂進行水不溶物的測定。

1.4.2 液體發酵

按4%添加量添加乳酵素至水中進行液體發酵，初始乳酸菌活菌數≥1.0×105CFU/mL。37 ℃恒溫培養箱中靜置培養48 h。

1.4.3 pH值測定

準確量取5 mL 發酵液樣品于10 mL 滅菌后的離心管中，直接使用玻璃電極pHS-3C型pH計測定pH值[11]。

1.4.4 乳酸菌活菌數測定

參照GB 4789.35—2016《食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》對發酵液中乳酸菌數量進行檢測。

1.5 數據統計與分析

試驗數據采用Excel軟件進行初步處理后，采用SPSS 13.0 進行統計分析，采用One-way ANOVA 進行方差分析，最小顯著差數（least significant difference，LSD）法進行組間多重比較，結果以“平均值±標準差”表示，P<0.05 表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 8個廠家硫酸鎂物理性質比較（見表1）

表1 8個廠家硫酸鎂物理性質Tab.1 Physical properties of magnesium sulfate from eight manufacturers

由表1 可知，8 個廠家硫酸鎂水不溶物存在顯著差異（P<0.05）。

2.2 8個廠家硫酸鎂對乳酵素發酵的影響（見表2、表3）

由表2 可知，8 個廠家硫酸鎂乳酵素發酵液pH 值在0～48 h 均呈下降趨勢，且差異顯著（P<0.01）。乳酵素發酵后，乳酸菌活菌數差異顯著（P<0.05）。

由表3 可知，在本次發酵過程中，pH 值及乳酸菌活菌數無顯著性差異（P>0.05）。

進行乳酸菌MRS 發酵，進一步驗證硫酸鎂對液體發酵的影響。

表2 8個廠家硫酸鎂對乳酵素發酵的影響Tab.2 Influence of fermentation of magnesium sulfate lactase from eight manufacturers

表3 4個廠家硫酸鎂對乳酵素發酵pH值及乳酸菌的影響Tab.3 Fermentation pH of magnesium sulfate lactase from four manufacturers and the influence of lactic acid bacteria

2.3 4個廠家硫酸鎂對MRS液體發酵的影響（見表4、表5）

由表4可知，在MRS液體發酵過程中，pH值及乳酸菌活菌數無顯著性差異（P>0.05），說明同一添加量的硫酸鎂對植物乳桿菌0126進行MRS液體發酵影響不大。

表4 4個廠家硫酸鎂對MRS液體發酵的影響Tab.4 The influence of 4 manufacturers of magnesium sulfate on MRS liquid fermentation

根據液體發酵結果選取D、G、H3 個廠家的硫酸鎂進行不同添加量的MRS 液體發酵，1 號硫酸鎂添加量為0.5‰，2號硫酸鎂添加量為1‰，發酵結果見表5。

表5 硫酸鎂添加量及廠家不同對MRS液體發酵的影響Tab.5 The influence of magnesium sulfate addition and different manufacturers on MRS liquid fermentation

由表5 可知，液體發酵前期的乳酸菌活菌數與硫酸鎂溶解性呈正相關，硫酸鎂添加量為0.5‰和1‰時，乳酸菌活菌數隨硫酸鎂溶解性的增加而升高；當硫酸鎂添加量1‰時，發酵24 h 后的乳酸菌活菌數存在顯著性差異（P<0.05)。

3 討論

3.1 不同廠家硫酸鎂物理性質比較

8 個廠家硫酸鎂從外觀及溶解性等方面存在明顯差異，除F廠家外，水不溶物與沉淀多少呈正相關，推測可能是因為F廠家溶液顏色為淡黃色，導致未溶解的微粒肉眼無法觀察。以H廠家水不溶物最低，說明該廠家硫酸鎂溶解性最好，其次是A廠家和G廠家，3個廠家在水不溶物方面差異不顯著（P<0.05)。

3.2 不同廠家硫酸鎂對乳酵素發酵的影響

在發酵過程中，發酵液中pH 值的變化幅度可以反映同一菌株對不同發酵基質利用率的高低，在固態發酵過程中pH 值降低還能影響一些不耐酸微生物的生長繁殖[12]。發酵基質中活菌數的變化反映菌種利用發酵基質性能的強弱[13]。在本試驗中，根據第一次發酵結果，所選植物乳桿菌對B、D、G、H 4個廠家的硫酸鎂組成的乳酵素發酵基質利用率較高，因此選取這4個廠家的硫酸鎂進行重復試驗。乳酵素發酵24 h時，4個廠家硫酸鎂pH值均呈下降趨勢，B 廠家pH 值最低，下降率最高（分別是4.76%、28.42%）；48 h時pH值下降率8%左右，H廠家下降率最高（9.86%）。發酵24 h后，乳酸菌活菌數均在108CFU/mL以上，H 廠家乳酸菌活菌數最高（2.65×108CFU/mL）。由試驗結果可知，發酵24 h時乳酸菌活菌數與硫酸鎂溶解性呈正相關，48 h時卻沒有表現出此特性。推測是因為乳酸菌在發酵過程中先吸收利用溶解的硫酸鎂，剩余的硫酸鎂雖然沒有溶解，但也可以被乳酸菌利用，所以在發酵后期（48 h）之間乳酸菌活菌數與硫酸鎂溶解性并沒有直接的線性關系。乳酸菌在發酵后期活菌數上升可能是因為乳酸菌在發酵過程中產生蛋白酶，蛋白酶可以水解蛋白質形成多肽，多肽被吸收后水解為氨基酸提供乳酸菌生長需要,進一步促進乳酸菌生長繁殖[14]。

3.3 不同廠家硫酸鎂對MRS液體發酵的影響

在MRS 液體發酵過程中，硫酸鎂溶解性對MRS 發酵影響與乳酵素發酵結果一致，在發酵前期24 h 后，乳酸菌活菌數與硫酸鎂溶解性呈正相關，在發酵后期（48 h）乳酸菌活菌數與硫酸鎂溶解性沒有直接的線性關系。

發酵24 h后，各組pH值均下降39%左右，活菌數達到109CFU/mL，其中H 廠家乳酸菌活菌數最高達到2.16×109CFU/mL。與乳酵素液體發酵不同的是，在發酵48 h時，MRS發酵液乳酸菌活菌數均呈下降狀態。這一方面可能由于發酵液中pH 值過低（均在4以下）不利于菌株存活，乳酸菌產生自溶現象；另一方面可能由于MRS發酵液中的營養物質有限，難以支持高濃度乳酸菌的存活需求；還可能由于乳酸菌利用發酵產生的蛋白酶水解蛋白質后形成了對細菌有害的產物[15-16]。MRS 發酵液和乳酵素發酵液在24 h 時活菌數差距較大，可能是由于MRS 培養基中營養成分比乳酵素高有關，MRS 培養基中蛋白胨、牛肉膏和酵母膏中的組成成分如蛋白質、多肽、氨基酸和維生素等可以更全面、有效地滿足乳酸菌的生長。也有研究表明，不同營養水平的培養基對植物乳桿菌生長存在影響[17-18]。

4 結論

研究發現，不同廠家硫酸鎂物理性質存在差異，其中水不溶物差異最為顯著。以硫酸鎂為原料進行乳酵素及MRS 發酵，短時間發酵效果與硫酸鎂溶解度呈正相關，硫酸鎂溶解性越高，發酵效果越好。