基于人工神经网络耦联遗传算法优化肉葡萄球菌高密度培养基配方
王 仪，祝超智，白雪原，郑飏衣，张新军，仝 林，赵改名
1.河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002；2.国家肉牛牦牛产业技术体系中卫综合试验站，宁夏 中卫 755000；3.国家肉牛牦牛产业技术体系通辽综合试验站，内蒙古 通辽 028000
Optimization of High-density Culture Medium for Staphylococcus carnosus Based on Artificial Neural Network-Genetic Algorithm
WANG Yi, ZHU Chaozhi, BAI Xueyuan, ZHENG Yangyi, ZHANG Xinjun, TONG Lin, ZHAO Gaiming
1. School of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2. Zhongwei Comprehensive Experimental Station, National Beef Cattle Industrial Technology System, Zhongwei 755000, China; 3. Tongliao Comprehensive Experimental Station, National Beef Cattle Industrial Technology System, Tongliao 028000, China
摘要 为优化肉葡萄球菌配方，实现发酵罐中高密度培养及高活性发酵剂制备，以胰蛋白胨大豆肉汤培养基为基础培养基，采用单因素试验与Box-Behnken响应面试验优化培养基配方，并构建人工神经网络-遗传算法（artificial neural network-genetic algorithm，ANN-GA）模型。结果表明，氮源是影响肉葡萄球菌活菌数的最重要因素。与响应面优化模型相比，ANN-GA模型能够更精确地预测培养基配方对肉葡萄球菌活菌数的影响，误差小且优化效果更好，最佳培养基配方为葡萄糖3.21 g/L、大豆蛋白胨20.17 g/L、牛肉浸粉20.17 g/L、磷酸氢二钾5.63 g/L、氯化钠5.0 g/L、七水硫酸镁0.2 g/L。在5 L发酵罐水平小试最大活菌数可达1.67×1010 CFU/mL。
关键词 ：
肉葡萄球菌 ,
高密度培养基 ,
响应面法 ,
人工神经网络 ,
遗传算法 ,
优化
Abstract ：This study aimed to achieve high-density culture of Staphylococcus carnosus for the purpose of preparing highly active starter cultures. Tryptic soy broth was used as the basal culture medium. Optimization of medium components was carried out using one-factor-at-a-time method and Box-Behnken design combined with response surface methodology (RSM). Meanwhile, an artificial neural network-genetic algorithm (ANN-GA) model was developed. The results indicated that the nitrogen source was the most significant factor influencing the viable count of S. carnosus. Compared with the RSM model, the ANN-GA model provided more accurate predictions with smaller prediction errors and superior optimization results. The optimal medium determined by the ANN-GA method was composed of 3.21 g/L glucose, 20.17 g/L soy protein peptone, 20.17 g/L beef extract powder, 5.63 g/L dipotassium phosphate, 5.0 g/L sodium chloride, and 0.2 g/L magnesium sulfate heptahydrate. In a 5 L fermentor, the maximum viable bacterial count reached 1.67 × 1010 CFU/mL.
Key words ：
Staphylococcus carnosus
high-density culture medium
response surface methodology
artificial neural network
genetic algorithm
optimization
基金资助: 国家现代农业（肉牛牦牛）产业技术体系建设专项（CARS-37）；河北省现代农业产业技术体系肉牛产业创新团队建设项目（HBCT2023190204）；青海高海拔地区特色养殖业提质增效关键技术集成与示范项目（2022YFD1602300）
引用本文:
王 仪，祝超智，白雪原，郑飏衣，张新军，仝 林，赵改名. 基于人工神经网络耦联遗传算法优化肉葡萄球菌高密度培养基配方[J]. 肉类研究, 2025, 39(5): 1-9 https://doi.org/10.7506/rlyj1001-8123-20241021-275
链接本文:
https://www.rlyj.net.cn/CN/10.7506/rlyj1001-8123-20241021-275 或 https://www.rlyj.net.cn/CN/Y2025/V39/I5/1
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2025, Vol. 39 
