副干酪乳杆菌SMR-0128发酵工艺优化及其功能评价

赵容宇马梦婷甄晨瑞高冰凝杨辰雨宋佳 *

(天津科技大学 生物工程学院 系统微生物与生物制造工程研究室,天津 300450)

摘 要:为探究副干酪乳杆菌(Lacticaseibacillus paracasei)SMR-0128的发酵工艺及其对肠道动力的作用,通过单因素试验和响应面试验设计优化副干酪乳杆菌SMR-0128的发酵培养条件,利用动物便秘模型,分析其对小鼠润肠通便功能的影响。确定最佳发酵条件为装液量140 mL/250 mL、接种量4%、菌株种龄12 h、转速74 r/min、培养基初始pH值为7、36 ℃培养25 h。在此条件下菌体量达到3.22×1010 CFU/mL,相比优化培养条件前提高12.5倍。实验动物每日服用菌体量为1×109、1×108 CFU/kg bw的副干酪乳杆菌SMR-0128,与对照组相比,实验组小鼠的小肠推进率明显提高、首粒排黑便时间明显缩短,表明副干酪乳杆菌SMR-0128具有良好的润肠通便功能。

关键词:副干酪乳杆菌;益生菌;工艺优化;润肠通便;肠道动力

益生菌制剂是以活菌为主要活性成分的生物制品,在改善宿主健康方面具有多重生理调节功能,主要体现在促进肠道健康、维持免疫应答稳态、调控代谢通路、预防和缓解炎症性疾病等方面[1-2]。便秘易导致机体出现肠道菌群失衡、肠胃功能紊乱、癌症等问题[3]。而益生菌可通过改善肠道生态平衡、抑制肠道病菌、调节肠内pH值、促进肠蠕动等发挥润肠通便作用[4]

副干酪乳杆菌(Lacticaseibacillus paracasei)是一类广泛存在于肠道和发酵食品中的乳酸菌,已被广泛应用于食品和保健品领域[5]。副干酪乳杆菌主要来源于健康动物的胃肠道[6],具有显著的益生功能,研究表明它能够通过产生乳酸和短链脂肪酸降低肠道pH值,抑制病原菌的生长[7]。该菌株表现出良好的耐酸和耐胆盐能力,能够在肠道内存活并定植,进而发挥益生作用[8],因此副干酪乳杆菌具有润肠通便的功效。目前,国内外对于副干酪乳杆菌的研究主要集中于调节肠道菌群、改善便秘[9-11],其在食品领域的应用主要集中于功能性乳制品的添加[12]。副干酪乳杆菌在功能性和安全性方面的研究数据丰富,其益生机制和临床效果得到了大量科学验证,为产品开发提供坚实的科学基础。

为进一步提高副干酪乳杆菌的发酵效率并探究其菌体对机体润肠通便功能的影响,本研究采用单因素试验和响应面试验对副干酪乳杆菌SMR-0128的发酵培养条件进行优化,并通过建立便秘小鼠模型以评价该菌株的润肠通便性能,以期为开发高品质益生菌补充剂和功能性食品提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料与实验动物

副干酪乳杆菌SMR-0128:天津科技大学生物工程学院系统微生物与生物制造工程研究室菌种库;健康雄性昆明小鼠[体质量(20±2) g,100只,许可证SCXK(京)2014-0013]:中国食品药品检定研究院。本实验经过实验动物伦理委员会审核,符合动物保护、动物福利和伦理原则,符合国家实验动物福利伦理的相关规定。

1.1.2 试剂

MRS肉汤培养基、蛋白胨、牛肉浸粉、酵母浸粉(均为生物试剂):北京奥博星生物技术有限责任公司;琼脂(分析纯):北京索莱宝科技有限公司;无水葡萄糖、乳糖、麦芽糖、磷酸氢二钾、阿拉伯胶、醋酸钠、柠檬酸三铵(均为分析纯):福晨(天津)化学试剂有限公司;蔗糖、低聚果糖、氯化钠、甘露醇、谷氨酸钠(均为分析纯):天津市津东天正精细化学试剂厂;大豆蛋白胨、海藻糖(均为分析纯)、玉米粉(生物试剂):上海麦克林生物科技有限公司;硫酸锌、硫酸锰、硫酸镁(均为分析纯):天津市北方天医化学试剂厂;吐温-80、盐酸(均为分析纯):天津市江天化工股份有限公司;氢氧化钠(分析纯):天津市天大化学试剂厂;活性炭:广州舒野环保材料有限公司;盐酸洛哌丁胺(≥99%):长春长红制药有限公司。

1.2 仪器与设备

精密天平(BS224S):北京赛多利斯仪器有限公司;大容量高速台式冷冻离心机(CHT210R):湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;紫外可见分光光度计(UVmini-1240):日本岛津公司;回转式恒温调速摇床(HYG-II):上海欣蕊自动化设备有限公司;电热恒温培养箱(WS2-134-75):天津市实验仪器厂;超净工作台(ZHJH-1112):上海智诚分析仪器制造有限公司;全自动灭菌锅(SS -325):日本TOMY仪器有限公司;精密pH计(SG78-SevenGo Duo):梅特勒-托利多科技(中国)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌株的活化及培养基配制

将-80 ℃保存的副干酪乳杆菌SMR-0128菌液置于37 ℃水浴复苏后,按2%(体积分数)接种量无菌操作吸取100 µL副干酪乳杆菌SMR-0128接种于MRS肉汤培养基中,在37 ℃电热恒温培养箱中180 r/min培养20 h。得到的菌液按上述方法再以2%接种量传一代作为后续实验的种子液。

MRS肉汤培养基:无水葡萄糖20.00 g/L,蛋白胨10.00 g/L,牛肉浸粉10.00 g/L,酵母浸粉5.00 g/L,醋酸钠3.02 g/L,磷酸氢二钾1.16 g/L,硫酸镁0.05 g/L,柠檬酸三铵2.00 g/L,硫酸锰0.03 g/L,吐温-80 1.00 g/L [13],121 ℃灭菌15 min。

MRS固体培养基:无水葡萄糖20.00 g/L,蛋白胨10.00 g/L,牛肉浸粉10.00 g/L,酵母浸粉5.00 g/L,醋酸钠3.02 g/L,磷酸氢二钾1.16 g/L,硫酸镁0.05 g/L,柠檬酸三铵2.00 g/L,硫酸锰0.03 g/L,吐温-80 1.00 g/L,琼脂2.00 g/L[14]。121 ℃灭菌15 min。

发酵培养基:蔗糖20.000 g/L,酵母浸粉23.490 g/L,玉米粉8.380 g/L,硫酸锌0.240 g/L,硫酸镁0.020 g/L,磷酸氢二钾0.017 g/L,吐温-80 1.000 g/L [15]。121 ℃灭菌15 min。

1.3.2 pH值的测定

摇瓶试验:采用精密pH计进行测定。使用前需对pH计进行校准,保持样品温度和pH计校准温度一致。每个样品平行测定3 次,取平均值作为最终结果。

1.3.3 菌体浓度及活菌数的测定

菌体浓度:用紫外可见分光光度计测定发酵液菌体浓度[16]。以空白培养基作为对照,测定发酵液在600 nm波长下的OD600 nm值,记录结果。

为建立OD600 nm值与活菌数之间的对应关系,用生理盐水稀释菌液,在波长600 nm处测定吸光度,将菌液稀释至OD600 nm值为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8,取100 µL稀释后的菌液均匀涂布在MRS固体培养基中。37 ℃电热恒温培养箱中倒置培养48 h后进行菌落计数,结果以CFU/mL计[17-19]。以OD600 nm值为横坐标,活菌数(CFU/mL)为纵坐标,拟合线性回归方程,计算曲线相关系数(R2),评估曲线的准确性。计算得出拟合线性回归方程为y=5.262 1x+0.768 5(R2=0.973 3)。

1.3.4 副干酪乳杆菌发酵条件单因素优化

采用MRS肉汤培养基,优化副干酪乳杆菌发酵条件,先后对发酵培养基初始pH值(5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5)、发酵温度(25、30、35、36、37、38、39、40 ℃)、转速(30、60、75、90、120、150、180 r/min)、接种量(1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%)、菌株种龄(8、12、16、20、24、28 h)、培养时间(5、10、15、20、25、30 h)、装液量(60、80、100、120、140、160 mL/250 mL)各因素进行优化[20]。培养结束后,测定菌体生物量(OD600 nm值)。

基于单因素试验结果,选择对提高菌体生物量有显著影响的发酵条件,根据BoxBehnken试验原理设置因素和水平,对影响因素进行 Box-Behnken设计及数据分析。以菌体生物量(OD600 nm值)为响应值,通过建立二次多项式回归模型,分析各因素及其交互作用对菌体生长的影响并验证。Box-Behnken试验因素与水平如表1所示。

表1 Box-Behnken试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experiment

因素水平A接种量/%B菌株种龄/hC转速/(r/min)D培养时间/h-13860200412752515169030

1.3.5 润肠通便功能评价动物实验

1.3.5.1 动物饲养

健康雄性昆明小鼠,体质量(20±2) g,饲养温度(24±1) ℃,相对湿度40%~60%,昼夜间隔12 h。将小鼠随机分成对照组、模型组、两组不同剂量的干预组,每组20只。

1.3.5.2 动物给药方式及剂量

墨汁的配制:取阿拉伯胶100 g,加入800 mL水,煮沸至透明溶液,加入50 g活性炭粉末,置于上述溶液中煮沸3 次,冷却至室温后加水至1 000 mL,备用,使用前需摇匀。

灌胃菌株的配制:将高密度发酵后的菌株用无菌生理盐水洗涤后重悬(高、低剂量组分别为1×109、1× 108 CFU/kg bw)。

动物给药方式:对照组动物每日灌胃0.4 mL生理盐水,持续14 d;模型组动物通过盐酸洛哌丁胺建立便秘模型;实验组在成功构建便秘模型基础上,给予副干酪乳杆菌SMR-0128灌胃,持续14 d。

1.3.5.3 小鼠小肠运动实验

参考王家东等[21]的方法,连续灌胃14 d后,各组小鼠禁食不禁水12 h;空白组灌胃蒸馏水,模型组和高、低剂量组灌胃盐酸洛哌丁胺;灌胃后各组均分别灌胃0.4 mL墨汁;30 min后立即处死受试小鼠,分别测量动物肠管总长度、幽门至墨汁前沿长度,并计算小肠推进率。

1.3.5.4 小鼠排便实验

选取80只小鼠,饲养分组同1.3.5.1。灌胃处理14 d后,各组小鼠禁食12 h,期间确保其可自由摄水;模型组和高、低剂量组灌胃盐酸洛哌丁胺,空白组灌胃蒸馏水;灌胃后各组均分别灌胃0.4 mL墨汁,将各小鼠单独置于饲养环境中自由摄食进水,并记录自灌胃墨汁起每只小鼠的首粒排黑便时间。

1.4 数据统计与分析

每个样品至少3 次重复数据,实验数据以平均值±标准差表示。采用IBM SPSS Statistics 27数据统计,响应面优化试验设计采用Design-Expert 13软件进行Box-Behnken,运用该软件的运算建立回归模型,利用Origin软件、Adobe Illustrator 2023软件作图。

2 结果与分析

2.1 副干酪乳杆菌发酵条件优化

2.1.1 初始pH值优化结果

pH值是微生物培养中一个关键的环境因素,在培养副干酪乳杆菌时,选择合适的初始pH值并维持其稳定性至关重要。初始pH值对副干酪乳杆菌增殖的影响见图1。

图1 初始pH值对副干酪乳杆菌增殖的影响
Fig.1 Effect of initial pH on proliferation of Lacticaseibacillus paracasei

由图1可知,当培养基初始pH值处于5.0~7.0区间,菌体浓度呈现增长趋势,在pH7.0条件下达到最大生物量;而当pH值超过7.0后,菌体浓度下降。由于菌株的主要代谢产物为乳酸,持续培养会导致培养体系pH值降低,高初始pH值(>7.0)会加速乳酸积累,进而抑制细菌生长[22]。因此,基础培养基的最适初始pH值为7.0。

2.1.2 发酵温度优化结果

在扩大培养过程中,温度的稳定性对副干酪乳杆菌的生长至关重要。发酵温度对副干酪乳杆菌增殖的影响见图2。

图2 发酵温度对副干酪乳杆菌增殖的影响
Fig.2 Effect of fermentation temperature on proliferation of Lacticaseibacillus paracasei

由图2可知,发酵温度为25~36 ℃时,副干酪乳杆菌的菌体浓度呈现随发酵温度升高整体呈上升趋势;发酵温度为36~40 ℃时,副干酪乳杆菌的菌体浓度呈现随发酵温度升高整体呈下降趋势。发酵温度过低(<30 ℃)会抑制细菌的代谢活动和酶活性,导致生长速率降低。发酵温度过高(>40 ℃)会导致细菌细胞内的酶变性,影响细胞代谢和生理功能。因此,选择发酵温度为36 ℃。

2.1.3 转速优化结果

转速主要通过影响混合程度和溶氧水平间接影响菌体增殖,而溶氧则直接与菌体的代谢活动相关。转速对副干酪乳杆菌增殖的影响见图3。

图3 转速对副干酪乳杆菌增殖的影响
Fig.3 Effect of rotation speed on proliferation of Lacticaseibacillus paracasei

由图3可知,随着转速的增加,副干酪乳杆菌的菌体浓度呈现先上升后下降的趋势。当转速超过75 r/min后,菌体浓度开始下降,随着转速的升高,发酵结束时的菌体浓度显著降低。表明副干酪乳杆菌在60~90 r/min的转速下生长较为旺盛,菌体浓度较高。低转速时溶氧水平较低,但副干酪乳杆菌属于兼性厌氧菌,在厌氧或低氧环境中更适宜生长[23]。过高的转速可能对菌体产生机械剪切力,损伤细胞抑制代谢。综上,选择转速为60、75、90 r/min进行后续响应面试验。

2.1.4 装液量优化结果

装液量通过影响气体交换效率、溶氧水平、营养物质分布和代谢产物积累,间接或直接作用于副干酪乳杆菌的生长和菌体浓度。装液量对副干酪乳杆菌增殖的影响见图4。

图4 装液量对副干酪乳杆菌增殖的影响
Fig.4 Effect of liquid volume on proliferation of Lacticaseibacillus paracasei

由图4可知,随着装液量的增加,副干酪乳杆菌的菌体浓度呈现先上升后下降的趋势,表明副干酪乳杆菌在装液量为140 mL/250 mL时菌体浓度最高。装液量较低,营养物质有限,导致菌体生长受限。装液量过高导致营养物质分布不均匀、局部代谢物积累。因此选择最佳装液量为140 mL/250 mL。

2.1.5 菌株种龄优化结果

菌株种龄通过影响菌体的生理状态和代谢活性,间接或直接作用于发酵初期的适应性和增殖能力。菌株种龄对副干酪乳杆菌增殖的影响见图5。

图5 菌株种龄对副干酪乳杆菌增殖的影响
Fig.5 Effect of seed age on proliferation of Lacticaseibacillus paracasei

由图5可知,当菌株种龄为12~16 h时副干酪乳杆菌菌体浓度达到最大。12~16 h为副干酪乳杆菌的对数期后期及稳定期初期,对数期的菌体代谢活性高,能够迅速进入增殖阶段,提高菌体浓度。进入稳定期的菌体可能携带次级代谢产物和衰老细胞,或抑制发酵初期的快速增殖。在工业生产中,需要平衡菌株种龄与生产周期的时间成本,快速投入生产。综合来看,后续选择种龄12 h的种子液。综上,选择菌株种龄为8、12、16 h的种子液进行后续响应面试验。

2.1.6 培养时间优化结果

适宜的培养时间可确保菌体处于对数生长期,而过长或不足的培养时间可能导致菌体进入衰亡期或稳定期。培养时间对副干酪乳杆菌增殖的影响见图6。

图6 培养时间对副干酪乳杆菌增殖的影响
Fig.6 Effect of culture time on proliferation of Lacticaseibacillus paracasei

由图6可知,菌体浓度在25 h左右达到峰值,后基本持平。25 h后OD600 nm值基本保持不变,可能是由于菌体仍处于稳定期,代谢活动缓慢但并未进入衰亡期,此时培养基中可能仍有少量的营养物质或代谢抑制并未达到临界点。综上,选择培养时间为20、25、30 h进行后续响应面试验。

2.1.7 接种量优化结果

接种量是影响微生物发酵效率的核心参数之一,适宜的接种量可缩短发酵延滞期、提高活菌率。接种量对副干酪乳杆菌增殖的影响见图7。

图7 接种量对副干酪乳杆菌增殖的影响
Fig.7 Effect of inoculum amount on proliferation of Lacticaseibacillus paracasei

由图7可知,菌体浓度随着接种量的增加整体呈先上升后下降趋势。接种量从1%增加到2%时,菌体更快进入对数期,营养充足,菌体浓度增加。随着接种量的持续增加,营养物质消耗较快,代谢产物逐渐积累,菌体浓度增加变缓。当接种量大于4%,初始菌体浓度过大,溶氧、营养物质等因素使菌体生长受限。综上,选择接种量为3%、4%、5%进行后续响应面试验。

2.2 响应面试验及菌株功能评价结果分析

2.2.1 响应面分析

基于上述单因素试验的结果,以发酵液菌体浓度量Y(OD600 nm值)为响应值,选择接种量(A)、菌株种龄(B)、转速(C)和培养时间(D)进行四因素三水平的响应面设计。对回归模型进行方差分析,Box-Behnken试验设计与结果如表2所示,方差分析如表3所示。

表2 Box Behnken试验设计及结果
Table 2 Box-Behnken experimental design and results

AB菌株C转速/D培养Y 14875204.843125875254.7212831275204.7542941260204.810试验号接种量/%种龄/h(r/min)时间/hOD600 nm值241690254.788331275304.773441290204.780551260254.75164860254.76873875254.756831675254.755941660254.7501051290254.734114875304.731134890254.7451441275254.9821541675204.7121641275254.9691741275254.9721831260254.7811941260304.8142041275254.9722151275204.7652231290254.6952351275304.7392441675304.8352541290304.7542651675254.7312741275254.997

表3 Box Behnken试验设计及结果
Table 3 Box-Behnken experimental design and results

方差来源平方和自由度均方F值P值显著性模型0.221 8140.015 858.08<0.000 1显著A0.000 410.000 41.630.222 7不显著B4.083×10-614.083×10-60.015 00.904 4不显著C0.002 610.002 69.680.007 7显著D0.000 010.000 00.099 00.757 7不显著AB0.000 010.000 00.110 90.744 1不显著AC0.001 210.001 24.360.055 5不显著AD0.000 510.000 51.860.194 6不显著BC0.000 910.000 93.410.086 0不显著BD0.013 810.013 850.61<0.000 1显著CD0.000 210.000 20.824 80.379 1不显著A20.112 510.112 5412.44<0.000 1显著B20.077 310.077 3283.56<0.000 1显著C20.071 310.071 3261.29<0.000 1显著D20.049 510.049 5181.33<0.000 1显著残差0.003 8140.000 3失拟项0.003 3100.000 32.490.197 0不显著净误差0.000 540.000 1总误差0.225 628

采用Design-Expect 13对试验数据进行多元回归分析,得到回归拟合方程如下。

Y=4.95-0.006 1A+0.000 6B-0.014 8C-0.001 5D+0.002 8AB+0.017 2AC-0.011 2AD+0.015 2BC+0.058 8BD-0.007 5CD-0.131 7A2-0.109 2B2-0.104 8C2-0.087 3D2

由表3可知,二次多项回归模型P<0.000 1,失拟项P值为0.197 0,远大于0.05,模拟系数为R2=0.983 1、R2Adj=0.966 1,R2Adj与R2Pre之间的差值小于0.2,说明该模型机显著且拟合良好,可以用该回归方程代替试验真实点对发酵条件优化的试验结果进行分析和预测。方差分析结果还表明:模型中一次项C(转速)对OD600 nm值影响显著,Y值随转速的增加或减少呈明显线性变化;二次项A2(接种量)的F值最高(412.44),表明其与OD600 nm值呈显著非线性关系。4 个因素对菌体浓度的影响依次为C(转速)>A(接种量)>D(培养时间)>B(菌株种龄)。

基于Box-Behnken设计构建的响应面模型,通过响应面和等高线可直观展示各因素交互作用对菌体OD600 nm值的影响,结果见图8。

图8 交互因素对副干酪乳杆菌增殖影响的响应面及对应等高线
Fig.8 Response surfaces and corresponding contour lines of interaction factors on proliferation of Lacticaseibacillus paracasei

由图8可知,A(接种量)与B(菌株种龄)、A(接种量)与C(转速)、A(接种量)与D(培养时间)、B(菌株种龄)与C(转速)、C(转速)与D(培养时间)响应面呈较为平缓的曲面,等高线接近圆形且分布稀疏,表明其交互作用对响应值Y的影响弱,与方差分析结果一致。BD等高线呈密集椭圆,中心闭合区域明显,表明菌株种龄和时间交互作用强烈;方差分析中BD交互项显著,与图形显示的显著协同效应一致,验证了菌株种龄与时间的交互作用对菌体增殖的重要性。

2.2.2 模型验证

通过Box-Behnken分析,当A(接种量)为3.972%,B(菌株种龄)为11.986 h,C(转速)为73.898 r/min,D(培养时间)为24.976 h时,OD600 nm值达到最大,预测OD600 nm值最高可达4.979,此时菌体浓度为3.38× 1010 CFU/mL所有的配方及浓度,有预测最高值。

结合实际操作,将副干酪乳杆菌SMR-0128发酵最优条件调整为装液量140 mL/250 mL、接种量4%、菌株种龄12 h、培养基初始pH7、在36 ℃、74 r/min下培养25 h。

按照优化后的培养条件进行发酵培养,测得副干酪乳杆菌SMR-0128活菌数实际值为3.22×1010 CFU/mL,同比运用优化前培养条件提高了12.5倍,与模型估测值相比误差为4.73%。

2.3 副干酪乳杆菌SMR-0128对小鼠肠道功能的调节作用

2.3.1 副干酪乳杆菌SMR-0128对小鼠肠道运动的影响

小肠推进率反映了小肠的运动能力[24],因此,对各组小鼠的小肠推进率进行了测定与比较,灌胃结束后小鼠的小肠推进率见图9。

图9 灌胃结束后小鼠的小肠推进率
Fig.9 Small intestinal propulsion rates of mice after gavage

如图9所示,与空白组相比,模型组小肠推进率高度显著降低(P<0.001);与模型组相比,低剂量组小肠推进率极显著提高(P<0.01),高剂量组小肠推进率高度显著提高(P<0.001)。低、高剂量组动物小肠推进率均显著高于模型组,表明副干酪乳杆菌SMR-0128有促进肠道蠕动的作用。

2.3.2 副干酪乳杆菌SMR-0128对小鼠排便的影响

首粒排黑便时间反映了小鼠整个肠道的运动能力[25],灌胃结束后小鼠的首粒排黑便时间见图10。

图10 灌胃结束后小鼠的首粒排黑便时间
Fig.10 Time to first black stool defecation of mice after gavage

如图10所示,与空白组相比,模型组首次排黑便时间高度显著延长(P<0.001);与模型组相比,低剂量组首次排黑便时间显著缩短(P<0.05),高剂量组首次排黑便时间高度显著缩短(P<0.001)。首粒排黑便时间均显著低于模型组,表明副干酪乳杆菌SMR-0128具有加速排便的作用。

3 结论

本研究基于Box-Behnken设计构建发酵参数动态优化模型,量化接种量、培养时间、转速与菌株种龄的多维交互效应,经实验验证,优化条件下活菌率显著提高。通过单因素试验与响应面法,优化培养条件为温度36 ℃、转速74 r/min、装液量140 mL/250 mL、菌株种龄12 h、基础培养基初始pH值为7、接种量4%、培养25 h。按照上述培养条件进行发酵培养,测得副干酪乳杆菌SMR-0128活菌数为3.22×1010 CFU/mL,同比运用基础培养条件提高了12.5倍。同时考察副干酪乳杆菌SMR-0128对小鼠集体润肠通便功能的影响。实验结果显示,剂量组动物在接受复方地芬诺酯干预后,各剂量组实验动物均表现出显著的排便功能改善,小鼠被抑制的排便行为恢复到正常水平,提高小鼠的小肠推进率,缩短首粒排黑便时间,表明副干酪乳杆菌SMR-0128可以促进肠内容物转运效率,从而调节肠道动力,具有良好的润肠通便作用。综上所述,该工艺创新为副干酪乳杆菌的产业化应用提供了切实可行的技术方案,在实际应用价值方面,本研究通过提高发酵密度显著降低了工业生产成本,为开发高品质益生菌补充剂和功能性食品提供了可靠的技术支持。

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Optimization of Fermentation Process and Functional Evaluation of Lacticaseibacillus paracasei SMR-0128

ZHAO Rongyu,MA Mengting,ZHEN Chenrui,GAO Bingning,YANG Chenyu,SONG Jia *

(Lab of Systematic Microbiology and Biomanufacturing Engineering,College of Bioengineering,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300450,China)

Abstract:To investigate the fermentation process of Lacticaseibacillus paracasei SMR-0128 and its effects on intestinal motility,the fermentation culture conditions of Lacticaseibacillus paracasei SMR-0128 were optimized by single-factor experiments and response surface methodology (RSM),and its effects on the intestinemoistening and laxative functions of mice were analyzed using an animal constipation model. The optimal fermentation conditions were determined as follows:liquid volume of 140 mL/250 mL,inoculum amount of 4%,seed age of 12 h,rotation speed of 74 r/min,initial pH value of 7,and culture at 36 ℃ for 25 h. Under these conditions,the biomass reached 3.22×1010 CFU/mL,which was 12.5 times higher than that before optimization.The experimental animals were administered Lacticaseibacillus paracasei SMR-0128 at daily doses of 1× 109 CFU/kg bw and 1×108 CFU/kg bw. Compared with the control group,the small intestinal propulsion rates of mice in the experimental groups were significantly increased,and the time to the first black stool defecation was significantly shortened,indicating that Lacticaseibacillus paracasei SMR-0128 possessed good intestinemoistening and laxative functions.

Key words:Lacticaseibacillus paracasei;probiotic;process optimization;intestine-moistening and laxative function;intestinal motility

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2026.08.018

引文格式:赵容宇,马梦婷,甄晨瑞,等. 副干酪乳杆菌SMR-0128发酵工艺优化及其功能评价[J]. 食品研究与开发,2026,47(8):158-166.
ZHAO Rongyu,MA Mengting,ZHEN Chenrui,et al. Optimization of Fermentation Process and Functional Evaluation of Lacticaseibacillus paracasei SMR-0128[J]. Food Research and Development,2026,47(8):158-166.

作者简介:赵容宇(2001—),女(汉),硕士研究生,研究方向:轻工技术与工程。

*通信作者宋佳(1986—),男,副教授,博士,研究方向:发酵食品酿造过程分析与调控。

收稿日期:2025-06-03

责任编辑:王艳