应用田口统计法优化副干酪乳杆菌UT1培养基以提升生物量产率的研究

本研究针对益生菌工业化生产中培养基成本过高的问题，通过田口统计法优化副干酪乳杆菌UT1的低成本培养基配方。研究发现以糖蜜乳清混合物(MW)为碳源、酵母浸粉(YE)为氮源，结合特定无机盐配比，使生物量较MRS培养基提升112%，为益生菌产业化提供了经济高效的培养方案。

　　

在当今大健康产业蓬勃发展的背景下，益生菌因其调节肠道菌群、增强免疫力等多种健康益处而备受关注。然而益生菌产业化面临着一个关键瓶颈——传统培养基（如MRS培养基和脱脂乳）含有昂贵成分，导致生产成本居高不下。特别是对于副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus casei）这类具有重要应用价值的菌株，开发经济高效的培养基成为推动产业发展的迫切需求。以糖蜜（制糖工业副产品）和乳清（奶酪生产副产品）等低成本原料替代传统培养基组分，不仅能够显著降低生产成本，还能实现工业废料的资源化利用，兼具经济效益与环境价值。

为系统解决这一难题，来自伊朗大不里士大学的研究团队在《Journal of Microbiological Methods》发表了创新性研究。他们采用多阶段统计优化策略，首先通过完全随机析因设计（CRFD）筛选最佳碳氮源组合，进而运用田口质量工程方法（Taguchi method）对培养基成分进行精密优化，最终成功建立了针对副干酪乳杆菌UT1菌株的高效低成本培养体系。

本研究采用的关键技术方法主要包括：完全随机析因设计（CRFD）用于初步筛选碳源（包括糖蜜、乳清等）和氮源（包括酵母浸粉等）；田口实验设计方法（Taguchi method）用于多因素协同优化，考察7个关键因子（包括碳氮源浓度及无机盐添加量）对生物量产出的影响；采用分光光度法测定菌体密度（OD值）作为生物量评价指标；通过验证实验确认优化配方的可靠性。所有实验菌株均来自实验室保藏的副干酪乳杆菌UT1菌株。

通过碳源和氮源筛选确定最佳基础培养基

研究人员首先评估了多种碳源（糖蜜、乳清及其组合）和氮源（酵母浸粉、胰蛋白胨等）对菌体生长的影响。结果表明：糖蜜与乳清组合（MW）作为复合碳源，酵母浸粉（YE）作为氮源时，菌株生物量产出最高，显著优于传统MRS培养基中的对应组分。这一发现为后续田口实验设计奠定了重要基础。

通过田口法优化培养基成分

基于前期筛选结果，研究团队采用田口L₈正交表安排了7因素2水平的实验方案，考察因素包括：MW浓度、YE浓度、硫酸镁（MgSO₄）浓度、硫酸锰（MnSO₄）浓度等。通过信噪比（S/N ratio）分析发现，MW浓度对生物量产出影响最为显著，其次为YE浓度。通过均值分析确定了各因子的最优水平组合。

确认最优培养基配方及验证实验

根据田口法预测，最佳培养基配方为：8% (w/v) MW复合碳源、4% (w/v) YE、0.04% (w/v) 硫酸镁（MgSO₄）和0.005% (w/v) 硫酸锰（MnSO₄）。验证实验显示，在此优化条件下获得的生物量达到9.82 × 10⁸ CFU/mL，较传统MRS培养基提升112%，与模型预测高度吻合（误差率<2%），证明优化方案具有高度可靠性。

研究结论表明，基于田口统计法优化的低成本培养基配方能够显著提升副干酪乳杆菌UT1的生物量产率。该配方不仅大幅降低了生产成本（原料成本仅为传统培养基的1/3），而且实现了工业副产品的增值利用。讨论部分强调，这种统计优化方法具有较强的普适性，可推广至其他益生菌菌株的培养基开发中。该研究为益生菌的大规模工业化生产提供了技术可行、经济合理的解决方案，对促进益生菌产业链可持续发展具有重要意义。同时研究也指出，未来可进一步探究优化培养基对菌株益生特性（如耐酸碱性、肠道定植能力）的影响，以全面评估其应用价值。