嗜热链球菌高密度发酵技术获突破关键基因与低成本培养基双创新

原创

来源：梁婷婷

2025-12-31 15:02:36

73次浏览

核心提示：该研究不仅深化了对嗜热链球菌营养需求与代谢适应机制的理解，更提供了兼具科学性与实用性的技术方案。改良培养基的低成本优势与关键基因的调控作用，可直接应用于乳制品发酵工业，通过提升发酵密度、缩短生产周期，降低单位产品的生产成本。

嗜热链球菌作为乳制品发酵中的核心益生菌，被公认为安全菌株（GRAS），其发酵产物不仅能提升乳制品的营养价值与健康功效，还能优化产品口感与质地，在酸奶、奶酪等产品生产中不可或缺。然而，传统发酵技术存在瓶颈：现有培养基成本高，且菌株最高生物量仅能达到 10⁸ CFU/mL，难以满足工业化大规模生产对效率与成本的双重需求。此前研究多聚焦单一营养源优化，缺乏对培养基成分的系统性改良，制约了该菌株的产业应用潜力。

近日，上海理工大学健康科学与工程学院、上海交通大学农业与生物学院及江南大学食品科学与资源国家重点实验室联合团队在《Food Bioscience》期刊发表重要研究成果。该团队以嗜热链球菌 S-3 为研究对象，通过培养基优化与转录组学分析，成功构建了适用于高密度发酵的低成本培养基配方，并揭示了调控菌株生长的关键基因及代谢机制，为乳制品发酵行业的高效生产提供了全新解决方案。

培养基优化实现 "提质降本"

研究团队以经典 LM17 培养基为基础，通过单因素实验与正交试验，对碳源、氮源、微量元素及缓冲剂等关键成分进行系统性优化。最终确定的改良培养基配方显示：乳糖 10 g/L、胰蛋白胨 5 g/L、大豆蛋白胨 5 g/L、酵母提取物 10 g/L、牛肉膏 15 g/L、尿素 4 g/L 及七水硫酸镁 1 g/L。

值得关注的是，团队创新性地采用尿素替代传统培养基中高价的 β- 甘油磷酸二钠作为缓冲剂。嗜热链球菌自身含有的脲酶可将尿素分解为氨和二氧化碳，既能有效维持发酵体系的 pH 稳定，又能为菌株生长提供氮源，不仅使菌株生长的最大 OD₆₀₀值从 1.35 提升至 1.59，高体积培养时生物量进一步提升 20%，还大幅降低了培养基成本，为工业化应用奠定了经济基础。

转录组学揭秘生长关键基因

为探究高密度发酵的分子机制，团队通过转录组测序技术，对比了菌株在改良培养基、标准 LM17 培养基及基础培养基中不同生长阶段的基因表达差异。研究发现，三羧酸循环（TCA 循环）代谢途径在高密度发酵中发挥核心调控作用，其中 gltA、glnA、galK 和 pgm 四个基因的差异表达是促进菌株高效生长的关键。

进一步的 RT-qPCR 验证与基因过表达实验证实：gltA 基因可增强柠檬酸合成酶活性，提升 TCA 循环效率；glnA 基因促进谷氨酰胺积累，增强菌株耐酸性；galK 基因提升半乳糖利用率，拓展碳源代谢范围；pgm 基因则作为糖酵解与胞外多糖合成途径的关键节点，优化碳源分配。这些基因的协同作用，为菌株在高密度环境下的快速增殖提供了能量与物质保障。

产业应用价值深远

该研究不仅深化了对嗜热链球菌营养需求与代谢适应机制的理解，更提供了兼具科学性与实用性的技术方案。改良培养基的低成本优势与关键基因的调控作用，可直接应用于乳制品发酵工业，通过提升发酵密度、缩短生产周期，降低单位产品的生产成本。同时，该研究建立的 "培养基优化 - 转录组分析 - 基因验证" 技术体系，也为其他乳酸菌的高密度发酵研究提供了重要参考。

据悉，该研究得到国家自然科学基金、上海市教育委员会科研创新项目等多项课题资助。研究团队表示，下一步将推进该技术的中试与产业化验证，助力乳制品行业实现高效、低成本、高品质的生产升级。

参考连接：https://doi.org/10.1016/j.fbio.2025.107001