[01151874]益生菌在食品和人体肠道中的作用解析

益生菌的健康作用越来越受到国人重视,而传统发酵食品是富含乳酸菌、酵母菌等益生菌的天然宝库。项目组一直从事我国传统发酵食品中优良乳酸菌、酵母菌资源的发掘和利用的基础研究,尤其是在益生菌资源高效筛选、益生机理和益生素合成等方面进行了深入系统的研究,为揭示益生菌及益生素相互作用及对肠道微生态调节机制,奠定基础。 1)优良益生菌资源高效筛选及其在食品发酵中的作用解析 课题组历时12年从辽宁、吉林、黑龙江和内蒙古等省区103个不同地区采集563份采用传统方法制作的酸菜、豆酱、辣白菜、锦州小菜、玉米发酵面团、酸马奶、酱腌菜等发酵食品,在利用宏基因组、宏转录组、宏蛋白质组和代谢组等技术方法,分析其中微生物群落结构及其对品质形成的重要作用,尤其是揭示东北特色传统发酵食品豆酱、酸菜、锦州小菜等微生物的群落结构及动态变化规律,构建微生物代谢网络体系,找出主要发酵菌种,从而指导分离、鉴定并保藏了1128株具有自主知识产权的乳酸菌,初步建立我国东北地区益生菌菌种资源库,并在此基础上,对其中具有潜在益生特性、加工特性、环境适应性优良乳酸菌株进行了大规模筛选。初步筛选出优良乳酸菌株21株,并构建了其中优良菌株在发酵食品中生长的主要代谢通路、蛋白质互作网络和风味物质代谢图谱,进而为明确在食品发酵中的作用提供重要依据,也为进一步的开发和利用奠定坚实基础。现已发表论文21篇,其中SCI收录2篇,EI收录6篇,申请专利6项,已授权2项。 2)益生菌在人体胃肠道中的耐受适应性机制研究 益生菌除具备一般的抑制病原菌、降低胆固醇、调整肠道微生态等益生作用外,还必须耐受酸、胆盐、高渗透压等人体胃肠道和食品加工环境胁迫,才能到达肠道而被人体利用。 研究利用基因组学、蛋白质组学和生物信息学等技术方法,以干酪乳杆菌为研究对象,在世界范围内首次构建了益生干酪乳杆菌参考双向电泳蛋白质表达图谱的基础上,从基因和蛋白水平,进一步对其耐受酸、胆盐等胃肠道环境胁迫机理进行了较深入研究。同时,课题组从分离鉴定的乳酸菌菌种资源库中,分离筛选出具有耐盐特性的益生乳杆菌9株。并利用优化的双向电泳技术、iTraq技术、基因突变等对其中代表菌株耐盐机理进行系统研究。而且,课题组从分离鉴定的乳酸菌菌种资源库中,分离筛选出11株细菌素高产乳酸菌株,并对4株高产细菌素并具有益生功能的乳酸菌株,在酸胁迫、胃肠道、土壤环境、食品发酵环境等胁迫下对菌株性质影响进行研究。 以上研究成果对于做大做强我国自主知识产权益生菌及发酵食品产业,具有重要意义。现已发表论文42篇,SCI收录6篇,其中1篇发表在国际蛋白质组学顶级期刊《Mol Cell Proteomics》（SCI影响因子8.791,5年影响因子9.606）上,EI收录5篇。且参编由Springer出版的“Lactic Acid Bacteria ：Fundamentals and Practice”英文著作1部。申请专利2项。 3)益生菌伴侣益生素低聚果糖和普鲁兰糖的生物合成及其相互作用研究 益生菌只有在低聚果糖和普鲁兰糖等益生素的存在下,才可以在肠道大量繁殖并形成优势菌群,进而发挥益生功效。如何获得高效专一的益生素低聚果糖和普鲁兰糖,是提高益生菌研究和应用水平的关键。课题组利用分子定向进化的原理,运用改进的建库方法构建了高质量基因改组库,结合高通量的筛选方法,实现对菌果聚糖合成酶结构的定向改造,获得一个酶活性高的菌果聚糖改组酶用于合成低聚果糖,甚至更高聚合度的菌果聚糖,并通过对改组酶的固定化和通透性全细胞催化提高了酶的催化活性和热稳定性。该成果不仅有助于阐明造成该酶催化产物聚合度差异的机理,进一步拓宽分子定向进化的应用范围,而且对益生菌及发酵食品行业具有重要意义。 而普鲁兰糖及其衍生物在食品、益生菌等保健品和药品领域有广泛的潜在用途。但出芽短梗霉在发酵产普鲁兰糖时会产生黑色素,并牢固黏附在普鲁兰糖上,使普鲁兰糖的纯化工艺复杂化。为了获得无色素普鲁兰糖,课题组对菌株Aureobasidium pullulan NG进行紫外诱变,成功获得一株高产普鲁兰糖的白化突变株 UVMU3-1。罐发酵实验表明突变菌株产糖能力强于野生菌株。在未经培养基和培养条件优化的情况下,罐发酵的糖转化率可以达到52.78%,经过培养基优化,普鲁兰产量较优化前提高163%。进一步的体内和体外试验结果表明,低聚果糖和普鲁兰糖等能被试验选取的双歧杆菌LN-2、植物乳杆菌LP1103和WW、屎肠球菌、酵母菌及复合菌所利用或起到保护作用。不仅能使益生菌增殖,维持菌活力,而且可促使其在肠道中的定植时间增长、活力增强。因此,以上研究成果对于进一步揭示益生菌和益生素在胃肠道中的协同作用机制,至关重要。现已发表论文19篇,SCI收录10篇。