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为解决野生型菌株产 ε- 聚赖氨酸（ε-PL）产量低、成本高限制其工业化发展的问题，研究人员开展发酵优化及代谢组学分析研究。优化条件后，ε-PL 产量提高 3.1 倍，明确氮源关键作用，外添 L - 赖氨酸可增产，为工业化生产提供参考。
在食品、医药、化工等领域，有一种神奇的 “小卫士”——ε- 聚赖氨酸（ε-PL）。它是一种天然防腐剂，不仅能抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等众多食源性病原体，还具备良好的水溶性、热稳定性等诸多优秀特质，在食品保鲜、药物载体、化妆品防腐等方面大显身手。然而，野生型菌株生产 ε-PL 时，产量低、成本高，就像给它的工业化发展戴上了沉重的 “枷锁”，严重阻碍了其大规模应用。
为了打破这一困境，天津大学的研究人员挺身而出，开展了一项意义非凡的研究。他们以白色链霉菌（Streptomyces albulus）CICC11022 为研究对象，对其发酵生产 ε-PL 的过程进行优化，并深入进行代谢组学分析 。最终，他们成功将 ε-PL 的产量从最初的 0.70 g/L 提升到 2.89 g/L，实现了 3.1 倍的增长。同时发现氮源是增产的关键因素，通过 α- 氨基己二酸（AAA）途径促进前体 L - 赖氨酸合成来提高产量，外添 L - 赖氨酸后，ε-PL 浓度更是提升到 4.13 g/L。这一成果为提高 ε-PL 的工业化生产提供了重要参考，仿佛为 ε-PL 的工业化发展开辟了一条新的光明大道。该研究成果发表在《Biochemical Engineering Journal》上。
研究人员开展研究时，主要运用了以下关键技术方法：首先是单因素实验，通过改变培养基中单一成分的浓度，如碳源、氮源、无机盐等，观察其对白色链霉菌生长和 ε-PL 产量的影响，从而筛选出合适的成分及浓度；其次是代谢组学技术，对不同氮源条件下白色链霉菌的代谢物进行全面分析，探究氮代谢的整体变化、参与 ε-PL 生产途径的代谢物及其遗传调控机制 。
下面来详细看看研究结果：
- 菌株和培养基：研究选用从中国工业微生物菌种保藏管理中心购买的白色链霉菌 CICC11022。先将菌株从甘油管转接至 BTN 培养基进行活化，再以 M3G 培养基为初始发酵培养基开展后续研究。这一步为后续实验提供了稳定可靠的研究对象和基础环境。
- 培养基成分对 ε-PL 产量的影响：微生物生长繁殖依赖从培养基吸收营养，培养基成分对微生物代谢和产物合成至关重要。研究人员通过改变培养基各成分，如筛选碳源、优化氮源及无机盐、外源添加剂浓度等，发现合适的培养基成分能显著提升 ε-PL 产量 。比如确定葡萄糖为优选碳源并找到其最佳浓度，优化氮源种类和浓度后，ε-PL 产量较对照组提高 89%。这表明精准调控培养基成分是提高 ε-PL 产量的有效手段。
- 代谢组学分析：利用代谢组学技术分析不同氮源条件下白色链霉菌的代谢变化。结果显示，氮源主要通过增强 α- 氨基己二酸途径来促进 L - 赖氨酸合成，进而提高 ε-PL 产量。这就像找到了一条隐藏在微生物代谢过程中的 “秘密通道”，揭示了氮源影响 ε-PL 产量的内在机制。
研究结论表明，优化培养基组成和发酵条件能大幅提高白色链霉菌 CICC11022 产 ε-PL 的能力。氮源在增产过程中扮演关键角色，代谢组学分析明确了其作用机制。该研究意义重大，不仅为提高 ε-PL 工业化生产提供了切实可行的方案，还为深入理解微生物合成 ε-PL 的代谢机制奠定了基础。未来，有望基于此研究进一步优化生产工艺，降低生产成本，推动 ε-PL 在更多领域的广泛应用，让这个小小的 “防腐剂卫士” 发挥更大的作用，为食品、医药、化工等行业带来新的发展机遇。
