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乳链菌肽是世界卫生组织和联合国粮农组织批准使用的食品防腐剂,因具有高效抗菌活性,能被人体降解,不产生耐药性等优点而受到人们的关注,目前,已经在50多个国家广泛使用。2006年3月10日出版的Science杂志以“黄金五环”为题,专文评论乳链菌肽的抑菌作用,“目前,抗生素日益严重的耐药性导致了大量的在抗菌剂及其生物合成方面的研究。但是,令人惊讶的是,尽管作为食品防腐剂在世界范围内使用已经四十多年了的乳链菌肽没有诱发大范围的抗性,这使得乳链菌肽的生物合成令人关注。”目前,对乳链菌肽的研究大多集中在培养基优化和发酵过程的优化方面,乳链菌肽效价较低,限制了乳链菌肽在国内的广泛使用。本研究以Lactococcus lactis subsp.lactis ATCC11454为出发菌株,经过物理、化学诱变,采用乳链菌肽抗性梯度平板筛选法,结合双层琼脂扩散法进行筛选,最终选育出一株乳链菌肽高产突变株,命名为乳酸乳球菌LD2,该菌株的乳链菌肽效价为2570 IU/mL,遗传稳定性良好。应用Plackett-Burman设计法对突变株LD2摇瓶液体发酵培养基的主要组分进行了分析,确定了影响乳链菌肽效价的关键因素为葡萄糖、酵母浸粉、蛋白胨和NaCl。采用最陡爬坡实验逼近4个关键因素的最大响应区域。在此基础上,采用Box-Behnken设计对关键因素的最佳水平做了进一步的研究。优化后的培养基组分为:葡萄糖19.3 g/L,蛋白胨28.6 g/L,酵母浸粉24.1 g/L,NaCl 5.9 g/L,在此条件下,乳链菌肽的效价为10070 IU/mL。在摇瓶条件下,分别对装液量、接种量、培养温度、转速、初始pH值和发酵时间等条件进行了优化,结果表明,乳链菌肽的最佳发酵条件是装液量为100 mL(250 mL摇瓶),接种量为3 %(v/v)、温度为37℃、转速为150 r/min、初始pH值为6.5,发酵时间是24 h,比未优化前提高3.92倍。在10 L自动控制发酵罐中对乳酸乳球菌LD2进行了放大培养。分别研究了厌氧和好氧分批发酵条件下,乳链菌肽效价、乳酸乳球菌LD2细胞干重以及残糖的变化情况。另外进行了pH反馈控制补料和指数流加补料的研究。研究结果表明:厌氧分批发酵时,在发酵的第14 h乳链菌肽的效价达到最大值为10732 IU/mL,在第24 h时细胞干重达到最大为1.15 g/L,发酵结束后残糖量维持在11g/L左右;好氧分批发酵时,在发酵的第14 h,乳链菌肽的效价达到最大为11932 IU/mL,在发酵的第16 h细胞干重达到最大为6.78 g/L,葡萄糖在18 h内缓慢地降为零;pH值反馈控制厌氧补料时,在发酵的第20 h,乳链菌肽的效价达到最大为11583 IU/mL,细胞干重达到最大为1.36 g/L,葡萄糖的浓度基本维持稳定在18~22 g/L左右;厌氧指数补料发酵时,在发酵的第10 h,乳链菌肽的效价最大为12000 IU/mL,细胞干重最大为1.10 g/L,发酵罐中的残糖量一直维持0.2 g/L左右;好氧指数补料发酵时,在发酵的第5 h,乳链菌肽的效价最大为15367 IU/mL,细胞干重达到最高为6.20 g/L,发酵罐内的葡萄糖量一直维持0.2 g/L左右。