近日，我校食品科技学院李伟教授团队相继在Foods，Carbohydrate Polymers，Food & Function和Food Research International期刊连续发表六篇研究性文章。分别为“The microbial diversity and biofilm-forming characteristic of two traditional Tibetan kefir grains”“Structural and prebiotic activity analysis of the polysaccharide produced by Lactobacillus helveticus SNA12”“Characterization and immunological activity of exopolysaccharide from Lacticaseibacillus paracasei GL1 isolated from Tibetan kefir grains”“Yeast cell wall polysaccharides in Tibetan kefir grains are key substances promoting the formation of bacterial biofilm”“In vitro simulated digestion and fecal fermentation of exopolysaccharide from Lacticaseibacillus paracasei GL1”“Co-cultivation effects of Lactobacillus helveticus SNA12 and Kluveromycesmarxiensis GY1 on the probiotic properties, flavor, and digestion in fermented milk”。
益生菌行业作为我国战略性新兴产业的典型代表，始终有着较好的发展势头，尤其经历了新冠疫情，益生菌的健康作用已被越来越多的消费者所关注。益生菌产品虽然向更专业化、科学化和产业化发展，但目前国内缺乏具有安全知识产权的优良菌种发酵剂的卡脖子问题仍然存在。因此发掘具有独特性质的中国本土发酵乳制品及发酵剂成为目前亟需解决的问题。我国拥有丰富的发酵乳及微生物资源，而西藏开菲尔是一种由开菲尔粒发酵的混合菌种功能性发酵乳，它因具有独特的发酵风味和强大的益生功能而被人们关注，它也可被作为藏药用于治疗胃部不适的人群。西藏开菲尔粒（俗称藏灵菇）作为特殊的发酵剂，是一种富含乳酸菌和酵母菌的紧密粘弹颗粒，但由于西藏开菲尔粒增长速度过慢，需不断进行传代培养，尽管许多研究者都试图将开菲尔原粒中分离出的乳酸菌、酵母菌进行互配来模拟天然开菲尔粒的菌群结构，从而人工合成天然开菲尔粒，但均未成功。目前也无法在没有原西藏开菲尔粒（引子）的情况下，复原/培养出传代稳定的西藏开菲尔粒，这使西藏开菲尔的产业化、市场化难以实现。目前研究多集中在菌相分布、代谢产物分析及功能鉴定方面，而对开菲尔粒形成机制知之甚少。因此，探究西藏开菲尔粒中的天然混合菌株互作机制及其形成机理，对于开发出具有独立知识产权的本土化益生菌产品，推进益生菌产业化和功能型发酵乳制品发展具有重要意义。
系列研究对从西藏林芝和那曲地区的不同开菲尔粒进行微生物多样性及成膜特性分析，筛选鉴定可培养菌株，基于成膜特性，选取三株成膜能力强的菌株研究其菌体特性，进一步提取乳酸菌胞外多糖和酵母菌细胞壁多糖进行结构解析。并采用体外培养和厌氧发酵粪便培养的方法评估胞外多糖和细胞壁多糖的益生元特性，明确胞外多糖和细胞壁多糖是否可以被分离自开菲粒中的微生物利用。进一步基于菌体相互作用，探究发酵体系中乳酸菌与酵母菌的代谢共生机制。旨在从乳酸菌和酵母菌互作、胞外多糖结构、生物膜形成三个方面探讨西藏开菲尔粒的形成演替机制，为开菲尔乳制品的产业化发展提供理论支撑。
成果介绍
从西藏灵芝地区和那曲地区采集的开菲尔粒（分别称为K1和K2）其颗粒形状和微观结构存在差异，K1颗粒更大，结构更紧密。K2相比颗粒较小且松散，且随着培养时间的增加，K1的增长率达到92.8%显著高于K2。对K1和K2多糖进行提取，单糖结果表明，K1和K2的EPS主要由葡萄糖、半乳糖、甘露糖和鼠李糖组成，其摩尔比分别为4.7：2.7：1.6：1和4.0：1.9：1.1：1。傅里叶变换红外光谱结果表明两种EPS均具有多糖的特征峰。确定了K1和K2的生物膜最佳成膜天数为10 d，且K1的成膜能力高于K2，且CLSM结果显示，培养第10 d时生物膜结构紧密且部分菌体被EPS包裹。对K1和K2的颗粒和发酵乳的微生物多样性进行分析，K1和K2微生物多样性存在差异，且两种开菲尔粒的细菌和真菌的多样性与两种开菲尔发酵乳的差异较大。L. kefiranofaciens是K1-G和K2-G中的优势细菌，B. psychraerophilum和A. lovaniensis分别是K1-M和K2-G的优势细菌。K1和K2的优势真菌分别为K. marxianus和K. turicensis。本研究明确了西藏不同地区开菲尔粒微生物多样性的差异，为丰富本土开菲尔粒微生物资源提供菌种支持。
原文链接
https://doi.org/10.3390/foods11010012
成果介绍
对K1中生物膜成膜能力强的瑞士乳杆菌SNA12（Lactobacillus helveticus SNA12）产生的胞外多糖（EPS）进行提取及结构解析。得到了一个组分（SNA12-EPS）。利用傅里叶变换红外光谱、质谱联用，核磁共振等解析了SNA12-EPS的结构，结果表明，SNA12-EPS富含半乳糖和葡萄糖，摩尔比为2.1:1.0，重复单元为→3)-β-D-Glcp-(1→3)-β-D-Glcp-(1→4)-β-D-Galp-(1→，平均分子量为3.81 × 105Da。扫描电镜结果显示，SNA12-EPS结构紧密，表面光滑不平。此外，通过体外模拟消化和粪菌发酵，研究了SNA12-EPS的益生特性。结果显示SNA12-EPS不可被胃肠消化液降解而到达大肠。SNA12-EPS能显著调节肠道菌群组成，增加副拟杆菌属和蓝杆菌属的相对丰度，降低致病菌梭杆菌属的丰度。此外，SNA12-EPS可提高肠道菌群产生短链脂肪酸的能力。本研究表征了西藏开菲尔粒中分离的瑞士乳杆菌的胞外多糖结构，为西藏开菲尔粒中乳酸菌胞外多糖结构及肠道益生功能探究提供依据。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119971
成果介绍
对K1中生物膜成膜能力强的副干酪杆菌GL1（Lacticaseibacillus paracasei GL1）产生的胞外多糖进行提取及结构解析。L. paracasei GL1产生的两个多糖组分GL1-E1和GL1-E2分子量分别为3.9 × 105和8.2 × 105Da。两种组分中甘露糖、葡萄糖和半乳糖的摩尔比分别为1.16：1.00：0.1和3.81：1.00：0.12。通过甲基化、一维和二维核磁共振解析了两个组分的结构。GL1-E1的主链由→4)-α-D-Glcp(1→，→3,4)-α-D-Manp(1→，→3,6)-α-D-Manp(1→，→6)-α-D-Manp(1→，→6)-α-D-Galp(1→组成，α-D-Glcp作为分支点与其连接。GL1-E2的主链由→4)-α-D-Glcp(1→，→3,4)-α-D-Manp(1→，→3,6)-α-D-Manp(1→，→6)-α-D-Galp(1→，→4)-β-D-Manp(1→)组成，侧链也由α-D-Manp残基组成。差示扫描量热法分析表明，GL1-E1和GL1-E2具有良好的热稳定性。两组分均可通过增强细胞吞噬、增加一氧化氮释放、促进细胞因子表达等方式促进RAW264.7细胞活力，发挥免疫调节作用。本研究解析了开菲尔粒中成膜能力较强菌株副干酪乳杆菌的胞外多糖的精细结构，为西藏开菲尔粒中不同乳酸菌EPS结构解析提供依据。
原文链接
https://doi.org/10.3390/foods11213330
成果介绍
通过体外发酵研究了L. paracasei GL1胞外多糖的两个纯化组分GL1-E1和GL1-E2的益生元特性。结果表明，在唾液、胃和小肠的模拟消化过程中，GL1-E1和GL1-E2不会被降解。此外，所选的十株乳酸菌均具有消化GL1-E1和GL1-E2的酶系，它们可不同程度地利用两种多糖，尤其是分离自开菲尔源的乳酸菌可较好的利用两种多糖，但是不同菌株之间的μmax、最大OD600nm和lag值均存在较大差异。体外厌氧发酵结果表明GL1-E1和GL1-E2都可被肠道微生物群降解和利用。随着发酵的进行，pH值持续降低，总短链脂肪酸产量显著增加，特别是乳酸和乙酸。GL1-E1和GL1-E2通过增加拟杆菌和乳杆菌的相对丰度，降低致病菌志贺氏埃希菌、克雷伯菌和梭杆菌属的相对丰度，显著调节肠道菌群组成。这些结果表明GL1-E1和GL1-E2具有作为益生元开发的潜力。本研究揭示了多糖体外纯菌发酵促进开菲尔源乳酸菌增殖的构效关系，为开菲尔粒中提取的乳酸菌EPS作为潜在益生元提供依据。
原文链接
https://doi.org/10.1039/D3FO00676J
成果介绍
本研究研究了分离自西藏开菲尔粒的马克思克鲁维酵母G-Y4（Kluyveromyces marxianus G-Y4）、L. paracasei GL1和L. helveticus SNA12之间的相互作用。此外，还测定了G-Y4对GL1和SNA12生长和生物膜形成的影响。结果表明，G-Y4可促进GL1和SNA12的生长，也可提高乳酸菌生物成膜能力。此外，G-Y4的死细胞可以促进细菌生物膜的形成，并且G-Y4产生的细胞壁多糖是促进细菌生物膜形成的关键物质。因此对可溶性细胞壁多糖（SCWP）和不溶性细胞壁多糖（NCWP）的结构进行了研究，探究G-Y4产生的细胞壁多糖对生物膜形成的贡献。结果表明，G-Y4-SCWP为α-甘露聚糖，主链为→6)-α-D-Manp-(1→单元，分支结构为→2)-α-D-Manp-(1单元。同时，G-Y4-NCWP是富含β-(1→3)、β-(1→2)或β-(1→4)键的葡聚糖。本研究强调了酵母菌不溶性细胞壁多糖是促进开菲尔粒中乳酸菌生物膜形成的关键物质，为西藏开菲尔粒的工业化大规模生产提供科学依据。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.120247
成果介绍
本研究旨在评价接种乳酸菌L. helveticus SNA12和酵母菌K. marxiensis GY1作为发酵剂对牛奶发酵的影响。本研究对L. helveticus SNA12、K. marxiensis GY1及两菌株（L. helveticus SNA12-K. marxiensis GY1）共培养的益生特性进行了研究。结果表明，与L. helveticus SNA12相比，K. marxiensis GY1具有更好的胃肠道耐受性、聚集性和细胞粘附性。两株共培养后，K. marxiensis GY1的存在显著提高了L. helveticus SNA12的胃肠道耐受性、聚集性和粘附特性。同时探究了在共培养发酵条件下发酵乳风味变化、消化特性和抗氧化性的变化，L. helveticus SNA12-K. marxiensis GY1的最佳发酵比为8% ~ 2% (v/v)，发酵温度为37℃。电子鼻和电子舌的结果表明L. helveticus SNA12-K. marxiensis GY1能提高发酵乳中萜类和芳香物质等香气成分。同时，采用体外动态观察大鼠胃-十二指肠模型对蛋白质和肽(<10 kDa)的消化变化进行了分析，发现共培养发酵乳的消化速度比单独发酵更快。共培养发酵乳的抗氧化能力也高于单一发酵。本研究明确了开菲尔粒中分离的乳酸菌与酵母菌共培养可提高发酵乳风味、生物功能及消化特性，推进了益生菌产业化和功能型发酵乳制品的发展。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2023.112843
系列研究得到了国家自然科学基金（31871771）、江苏省自然科学基金（BK20201320）、江苏省产学研合作项目（BY2021132）、江苏省农业自主创新基金（CX(20)3043）、江苏省青蓝工程中青年学术带头人、中央高校基本业务费等的资助。