传统意大利奶酪源乳酸乳球菌I7的发酵工艺优化及其抗菌活性研究

本研究针对传统发酵乳制品中乳酸菌(LAB)资源开发不足的问题，通过设计实验(DoE)优化无动物源培养基，采用补料分批和微滤技术提升乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)I7的生物量产量(达14 g/L干重)和代谢产物浓度。研究发现该菌株分泌的2-10 kDa组分对肠球菌、沙门氏菌等食源性病原体具有显著抑菌活性(降低6-9个对数单位)，为功能性食品开发提供了新策略。论文发表于《BMC Biotechnology》。

　　

在传统乳制品发酵领域，乳酸菌(Lactic Acid Bacteria, LAB)的代谢潜力尚未被充分挖掘。随着消费者对功能性食品需求增长，如何从天然发酵剂中筛选高性能菌株并优化其工业化生产成为研究热点。乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)作为奶酪发酵的核心菌种，其代谢产生的乳酸(LA)和抗菌物质直接影响产品品质与安全性。然而现有培养基成本高、动物源成分限制应用，且传统分批培养效率低下，亟需开发创新发酵工艺。

针对这些问题，来自意大利的研究团队在《BMC Biotechnology》发表研究，通过多学科技术整合，对从意大利传统奶酪发酵剂分离的L. lactis I7菌株进行系统性开发。研究人员首先采用Plackett-Burman实验设计优化无动物源培养基组分，发现大豆蛋白胨(20 g/L)和酵母提取物(15 g/L)组合可提升228%的生物量产量。通过建立乳酸抑制动力学模型(μ=0.9635/(1+e^{0.08(x-35.17)}))，确定LA浓度超过80 g/L将完全抑制生长。基于此设计的指数补料策略使LA产量达78 g/L，较分批培养提高5倍。

关键技术方法包括：(1)采用DoE优化培养基组分；(2)建立LA抑制动力学模型指导补料设计；(3)整合微滤模块实现原位产物移除(HCDC)；(4)通过10/2 kDa超滤分级获得抗菌组分；(5)以肠球菌(Enterococcus faecalis)、沙门氏菌(Salmonella Typhimurium)和侵袭性大肠杆菌(EIEC)评估抗菌活性。

【背景】
研究揭示了传统M17培养基的局限性——其pH降至3.9时即抑制菌体生长，而优化培养基能维持更高生物量(5.4 vs 2.5 g/L)。盐分筛选实验显示Na₂HPO₄效果最优，碳源比较证实葡萄糖的LA生产率(3.2 g/L·h)显著高于乳糖。

【方法】
创新性地将数学模型与生物工艺结合：Levenspiel模型(R²=0.999)精准预测LA对μ的影响，指导补料设计。微滤技术使活菌数达6.9×10¹⁰ CFU/mL，较常规补料提升50%。

【结果】

2 kDa超滤组分展现出最强抗菌效果，对E. faecalis的抑制达10⁶倍，且冻干菌粉在4°C储存12个月后存活率仍保持85%。

【结论】
该研究构建了从菌种开发到产物应用的完整技术链：(1)建立首个L. lactis I7的LA抑制数学模型；(2)开发工业化友好的无动物源培养基；(3)证实2-10 kDa组分兼具广谱抗菌性和加工稳定性。为传统发酵剂资源的高值化利用提供了范式，其抗菌组分在食品保鲜和肠道感染防治领域具有明确应用前景。