本發(fā)明涉及乳酸菌培養(yǎng)，特別是一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法面臨多個(gè)技術(shù)難題，特別是在發(fā)酵過程中對(duì)ph值的控制上，對(duì)乳酸菌的生長(zhǎng)、代謝以及最終產(chǎn)量有著至關(guān)重要的影響。

2、傳統(tǒng)方案在發(fā)酵過程中，乳酸菌會(huì)產(chǎn)生大量乳酸，導(dǎo)致發(fā)酵液的ph值迅速下降，如果ph值下降過多，會(huì)抑制乳酸菌的生長(zhǎng)和代謝，最終影響產(chǎn)量和質(zhì)量，在傳統(tǒng)的發(fā)酵過程中，通常依靠人工手動(dòng)監(jiān)測(cè)ph值，并通過添加堿溶液(如naoh)進(jìn)行調(diào)節(jié)，手動(dòng)調(diào)節(jié)雖然能夠部分緩解ph波動(dòng)，但頻繁的人為干預(yù)不僅增加了操作復(fù)雜度，還容易出現(xiàn)反應(yīng)不及時(shí)或調(diào)節(jié)不精確的情況，手動(dòng)調(diào)節(jié)過程中，ph值會(huì)出現(xiàn)大幅波動(dòng)，無法保證始終處于乳酸菌最佳生長(zhǎng)范圍內(nèi)，導(dǎo)致發(fā)酵效率下降，最終影響生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)量一致性。

3、乳酸菌發(fā)酵的生產(chǎn)效率受多種因素影響，特別是發(fā)酵過程中的ph值、溫度等參數(shù)控制不穩(wěn)定時(shí)，乳酸菌的生長(zhǎng)速率會(huì)明顯降低，導(dǎo)致發(fā)酵周期延長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低下，因此亟需一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法來解決此類問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、本發(fā)明提供了一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法解決傳統(tǒng)方法主要依靠定期監(jiān)測(cè)發(fā)酵參數(shù)，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和ph值來維持發(fā)酵條件，無法做到實(shí)時(shí)精確調(diào)節(jié)，發(fā)酵過程中菌體的代謝狀態(tài)經(jīng)常受到波動(dòng)的影響，導(dǎo)致發(fā)酵時(shí)間過長(zhǎng)的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、本發(fā)明提供了一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，其包括，

5、步驟s1，進(jìn)行材料準(zhǔn)備，

6、包括大豆蛋白胨3％、酵母浸提粉2％、乙酸鈉0.5％、復(fù)合微量元素液0.1％、復(fù)合維生素液0.05％、胰蛋白酶0.2％、酸溶蛋白(短肽)0.5％、檸檬酸鈉0.2％～0.4％、mg2+水溶性化合物0.02％～0.04％、fe2+水溶性化合物0.01％～0.02％、純水93.64％～94.62％，

7、配制mrs培養(yǎng)基并調(diào)節(jié)ph至初始值為7.0，將培養(yǎng)基在高壓滅菌器中以121℃進(jìn)行15分鐘滅菌；

8、步驟s2，發(fā)酵罐設(shè)置，

9、將滅菌后的培養(yǎng)基在無菌條件下轉(zhuǎn)移到帶溫控和ph控制系統(tǒng)的發(fā)酵罐中；

10、步驟s3，啟動(dòng)ph控制系統(tǒng)，校準(zhǔn)ph傳感器；

11、步驟s4，實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)節(jié)，

12、當(dāng)發(fā)酵開始時(shí)，ph傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)液的ph值，

13、步驟s5，過程維持，

14、發(fā)酵罐內(nèi)維持溫度恒定在37℃，ph控制系統(tǒng)保持ph值在設(shè)定范圍內(nèi)，

15、持續(xù)發(fā)酵30小時(shí)后，結(jié)束發(fā)酵，收集培養(yǎng)液；

16、采用ph控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)酵環(huán)境的全自動(dòng)化監(jiān)控與調(diào)節(jié)，發(fā)酵過程中，ph值是乳酸菌生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素之一，傳統(tǒng)的發(fā)酵方法中ph值波動(dòng)較大，常導(dǎo)致菌體的生長(zhǎng)不穩(wěn)定以及產(chǎn)量和質(zhì)量的波動(dòng)，本發(fā)明中，ph傳感器能夠?qū)崟r(shí)、連續(xù)地采集發(fā)酵液的ph值，避免因ph波動(dòng)導(dǎo)致的菌體生長(zhǎng)抑制。

17、進(jìn)一步的，步驟s2中，發(fā)酵罐的溫度調(diào)節(jié)為37℃。

18、進(jìn)一步的，步驟s3中，將ph控制器設(shè)置為6.7±0.1。

19、進(jìn)一步的，步驟s4中，當(dāng)ph值低于預(yù)設(shè)下限值6.6時(shí)，ph控制器發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)與控制系統(tǒng)連接的泵。

20、進(jìn)一步的，步驟s4中，從儲(chǔ)液桶中自動(dòng)添加20％naoh溶液，泵基于流量控制，添加堿溶液，將ph值恢復(fù)至設(shè)定范圍6.7±0.1。

21、進(jìn)一步的，ph控制系統(tǒng)組件包括：

22、ph傳感器，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)發(fā)酵液的ph值，將數(shù)據(jù)傳送至ph控制器，

23、ph控制器，用于根據(jù)ph傳感器的輸入數(shù)據(jù)，判斷ph值是否在設(shè)定范圍內(nèi)，并決定是否啟動(dòng)泵添加酸或堿，采用pid控制算法在ph控制中的進(jìn)一步提高控制的靈活性和精度，pid控制能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整泵的操作，通過計(jì)算ph的誤差值，添加naoh溶液，將ph值保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，使發(fā)酵罐內(nèi)的ph值始終處于乳酸菌適宜范圍，減少人為誤差，并且能夠在ph值發(fā)生微小變化時(shí)迅速做出反應(yīng)，有效地提升了乳酸菌的生長(zhǎng)速率和發(fā)酵效率。

24、進(jìn)一步的，ph控制系統(tǒng)組件還包括：

25、泵和儲(chǔ)液桶，與ph控制器相連，根據(jù)需要添加酸或堿溶液，保持ph穩(wěn)定。

26、進(jìn)一步的，ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)過程中，ph監(jiān)控與調(diào)節(jié)方式包括：

27、在發(fā)酵過程中，ph傳感器不斷采集發(fā)酵液的ph值，采用卡爾曼濾波消除噪聲，將處理后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至控制器，

28、控制器根據(jù)傳感器傳遞的ph值信息，采用pid控制算法做出調(diào)節(jié)判斷。

29、進(jìn)一步的，ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)過程中，ph監(jiān)控與調(diào)節(jié)方式還包括：

30、pid控制算法計(jì)算當(dāng)前ph值與目標(biāo)ph值之間的差值，并通過比例、積分和微分項(xiàng)調(diào)節(jié)控制器輸出，控制泵的啟動(dòng)或停止，ph控制系統(tǒng)與發(fā)酵罐的結(jié)合，提高了整個(gè)發(fā)酵過程的自動(dòng)化程度和可控性，基于對(duì)溫度和ph的聯(lián)合調(diào)控，為乳酸菌的高效生長(zhǎng)提供最佳條件，持續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，減少了對(duì)人工操作的依賴，提高了生產(chǎn)效率，還降低了操作過程中的污染風(fēng)險(xiǎn)。

31、進(jìn)一步的，ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)過程中，ph監(jiān)控與調(diào)節(jié)方式還包括：

32、泵基于控制器的指令，采用流量控制算法計(jì)算泵輸送的naoh溶液量，根據(jù)ph值的偏差，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)泵的流量。

33、本發(fā)明有益效果為：

34、本發(fā)明，對(duì)乳酸菌培養(yǎng)階段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采用ph傳感器和pid控制算法，將發(fā)酵過程中ph值維持在6.7±0.1范圍內(nèi)，減少了乳酸的過度積累，避免ph值的大幅波動(dòng)，使乳酸菌可以在穩(wěn)定的酸堿環(huán)境中高效生長(zhǎng)，大幅提升了發(fā)酵效率和菌體產(chǎn)量。

35、本發(fā)明，提供更有效的ph控制，加快了乳酸菌的生長(zhǎng)速度，并維持高密度的菌體培養(yǎng)，發(fā)酵過程中進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，為發(fā)酵環(huán)境提供連續(xù)性和穩(wěn)定性，縮短了發(fā)酵時(shí)間，在相同的發(fā)酵周期內(nèi)，乳酸菌的生物量顯著增加，產(chǎn)量提高，提高了整體的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

36、本發(fā)明，自動(dòng)化ph控制系統(tǒng)能夠持續(xù)監(jiān)控發(fā)酵罐內(nèi)的環(huán)境，并在ph值發(fā)生變化時(shí)自動(dòng)調(diào)整，通過泵注入naoh溶液，保持ph值穩(wěn)定，減少了人為操作的必要性，降低了人為誤差的風(fēng)險(xiǎn)。

37、本發(fā)明，集成ph控制和溫度控制系統(tǒng)，顯著提升發(fā)酵過程的可控性，溫度和ph聯(lián)合調(diào)控使乳酸菌能夠在更適宜的環(huán)境下生長(zhǎng)。

技術(shù)特征：

1.一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，其特征在于：包括，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，其特征在于，步驟s2中，發(fā)酵罐的溫度調(diào)節(jié)為37℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，其特征在于，步驟s3中，將ph控制器設(shè)置為6.7±0.1。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，其特征在于，步驟s4中，當(dāng)ph值低于預(yù)設(shè)下限值6.6時(shí)，ph控制器發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)與控制系統(tǒng)連接的泵。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，其特征在于，步驟s4中，從儲(chǔ)液桶中自動(dòng)添加20％naoh溶液，泵基于流量控制，添加堿溶液，將ph值恢復(fù)至設(shè)定范圍6.7±0.1。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，其特征在于，ph控制系統(tǒng)組件包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，其特征在于，ph控制系統(tǒng)組件還包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，其特征在于，ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)過程中，ph監(jiān)控與調(diào)節(jié)方式包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，其特征在于，ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)過程中，ph監(jiān)控與調(diào)節(jié)方式還包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，其特征在于，ph控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)過程中，ph監(jiān)控與調(diào)節(jié)方式還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于pH控制系統(tǒng)的乳酸菌高密度培養(yǎng)方法，涉及乳酸菌培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明，對(duì)乳酸菌培養(yǎng)階段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采用pH傳感器和PID控制算法，將發(fā)酵過程中pH值維持在6.7±0.1范圍內(nèi)，避免乳酸過度積累，避免pH值的大幅波動(dòng)，使乳酸菌在穩(wěn)定的酸堿環(huán)境中高效生長(zhǎng)，大幅提升了發(fā)酵效率和菌體產(chǎn)量，提供更有效的pH控制，加快乳酸菌的生長(zhǎng)速度，并維持高密度的菌體培養(yǎng)，發(fā)酵過程中進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，為發(fā)酵環(huán)境提供連續(xù)性和穩(wěn)定性，縮短了發(fā)酵時(shí)間，在相同的發(fā)酵周期內(nèi)，乳酸菌的生物量顯著增加，產(chǎn)量提高，提高了整體的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，自動(dòng)化pH控制系統(tǒng)能夠持續(xù)監(jiān)控發(fā)酵罐內(nèi)的環(huán)境，并在pH值發(fā)生變化時(shí)自動(dòng)調(diào)整，降低了人為誤差的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：丁之銓,劉俠,王順嶺,高明景
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天地成微生物技術(shù)（北京）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6