介紹

MRS 肉湯（MRS）培養(yǎng)基是乳酸菌分離、培養(yǎng)及代謝產(chǎn)物發(fā)酵的金標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基，具有營養(yǎng)全面、緩沖性優(yōu)異、適配性廣的特點，廣泛應(yīng)用于食品微生物、益生菌研發(fā)與天然抑菌物質(zhì)制備領(lǐng)域。1960年開發(fā)的MRS培養(yǎng)基，專為乳酸菌生長設(shè)計，可滿足乳桿菌、腸球菌等多數(shù)乳酸菌的營養(yǎng)需求。但還存在組分復(fù)雜、原料成本高、冗余組分多、目標(biāo)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量低等問題。

圖一 MRS 肉湯

基礎(chǔ)組成與功能

MRS 肉湯為復(fù)合營養(yǎng)培養(yǎng)基，1L體系包含11種核心組分，涵蓋碳源、復(fù)合氮源、緩沖鹽、金屬離子、表面活性劑與生長因子，完整配方如下：葡萄糖20g、蛋白胨10g、牛肉浸粉7.5g、酵母浸粉5g、磷酸氫二鉀2g、七水硫酸鎂0.58g、一水硫酸錳0.25g、吐溫801mL、無水乙酸鈉5g、檸檬酸氫二銨2g，定容至1L。

MRS 肉湯各組分協(xié)同支撐乳酸菌生長與代謝，葡萄糖為最優(yōu)速效碳源，提供菌體生長與代謝的能量；蛋白胨+牛肉浸粉+酵母浸粉構(gòu)成復(fù)合氮源，提供氨基酸、多肽與維生素；磷酸氫二鉀、無水乙酸鈉構(gòu)建緩沖體系，穩(wěn)定發(fā)酵pH，抑制雜菌生長；錳離子、鎂離子作為酶輔因子，調(diào)控糖代謝與抑菌肽合成；吐溫80降低細胞膜表面張力，促進細菌素胞外分泌。

改良

通過單一變量法（OVAT）明確MRS 肉湯各組分的作用并進行替換，碳源中葡萄糖（20~35g/L）為最優(yōu)底物，細菌素產(chǎn)量達280AU/mL；氮源中單一酵母浸粉（10g/L）替代復(fù)合氮源，產(chǎn)量提升至560AU/mL，完全剔除蛋白胨、牛肉浸粉；磷酸氫二鉀、硫酸錳、吐溫80、無水乙酸鈉為正向調(diào)控因子，硫酸鎂、檸檬酸氫二銨為無效組分，直接剔除。選取葡萄糖、酵母浸粉等6種有效組分進行因子篩選，結(jié)果表明：吐溫80與無水乙酸鈉為極顯著影響因子（P<0.05），貢獻率分別達26.32%、37.69%，其余組分影響不顯著，確定為后續(xù)優(yōu)化核心變量。改良型mMRS最優(yōu)配方（1L）：葡萄糖20g、酵母浸粉10g、磷酸氫二鉀5g、一水硫酸錳0.1g、吐溫801.88mL、無水乙酸鈉9.9g。

改良MRS 肉湯在最優(yōu)條件下，細菌素Lac-B23產(chǎn)量達2560AU/mL，較傳統(tǒng)MRS提升9倍；培養(yǎng)基成本降至8.56RMB/L，僅為原培養(yǎng)基的34.70%；單位產(chǎn)量成本從46.82RMB/10?AU降至3.34RMB/10?AU，成本降低14倍，同時組分簡化大幅降低下游純化難度。

MRS 肉湯改良低成本化，剔除高價動物源原料，適配工業(yè)化發(fā)酵；細菌素產(chǎn)量提升一個數(shù)量級，生產(chǎn)效率顯著提升；無動物源組分，符合食品級原料標(biāo)準(zhǔn)；組分從11種精簡至6種，質(zhì)控與規(guī)?；a(chǎn)更易實現(xiàn)。不僅適用于植物乳桿菌產(chǎn)細菌素Lac-B23，也可推廣至其他乳酸菌細菌素、乳酸等代謝產(chǎn)物的發(fā)酵[1]。

圖二 MRS 肉湯的成本分析

參考文獻

[1]Zhang J ,Bu Y ,Zhang C , et al.Development of a Low-Cost and High-Efficiency Culture Medium for Bacteriocin Lac-B23 Production by Lactobacillus plantarum J23[J].Biology,2020,9(7):171- 171.DOI:10.3390/biology9070171.