婴儿肠道源格氏乳杆菌的益生特性及其发酵乳的应用研究

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格氏乳杆菌作为人源性益生菌,具有与原生定居相关的生态特征,有助于在人体中定植,发挥益生功效,如:维持胃肠道稳态,减轻幽门螺杆菌感染和调节炎症反应等,在食品、医药应用领域有广泛应用前景。但由于格氏乳杆菌的发现较晚,目前国内对该菌种的研究主要集中在菌株的筛选及安全性评估,较少涉及到基因组学与益生特性的关联研究,更没有涉及到菌株的应用研究。本研究从广州1月龄婴儿肠道中筛选出格氏乳杆菌LGZ 1029,评估了菌株的生长特性、安全性和益生性,明确了LGZ1029的全基因组与益生特性表型之间的关联,并探究了菌株应用于发酵乳的发酵特性。本文对于开发中国自主产权的、源于本土的、具有良好发酵和益生特性的格氏乳杆菌菌株具有重要意义。首先,通过16S rDNA测序、构建发育树、形态学和生理生化等方法对菌株进行鉴定,并评估其生长特性。结果表明,从婴儿肠道中分离出的菌株为格氏乳杆菌,将其命名为Lactobacillus gasseri LGZ 1029,该菌株在培养4 h后进入对数生长期,12 h后进入稳定期;最适生长初始pH为5.0,最适生长温度为37℃。其次,基于体内外试验结果对LGZ 1029的安全性、肠道定植能力和益生特性进行评价。结果表明,菌株未检出有害代谢产物,对各类常见抗生素都无耐药性;含LGZ1029的菌液对雌雄性KM小鼠急性经口毒性LD50>10.0 g/kg体重,属于无毒级。LGZ1029在人工肠液中可以正常存活;人工胃液中存活率达87.27%;可耐受0.2%的胆盐,存活率为91.57%。LGZ 1029的抑制常见肠道致病菌的能力和粘附性均要高于对比菌株鼠李糖乳杆菌ATCC 7469,其自凝聚率和疏水性均为高等;发酵液的DPPH自由基清除能力达到87.07%。然后,对LGZ 1029的全基因组序列进行测序,通过基因组组分预测、比较基因组、基因功能注释等技术手段,分析LGZ 1029的全基因组概况,明确菌株的代谢途径、安全性、益生特性与基因组之间的关联。结果表明,格氏乳杆菌LGZ 1029全基因组大小为2.027 Mb,平均G+C含量35.06%,具有成簇的短回文重复序列;基因组结构与参照菌株相似,不存在大范围的基因插入、缺失或倒位,但拥有110个特有基因。LGZ 1029编码了完整的糖酵解代谢途径以及葡萄糖、果糖、蔗糖和乳糖等多种糖类代谢基因。LGZ 1029基因组中未发现有害代谢产物基因,存在较多对抗胆盐、酸碱、温度胁迫的应激蛋白编码基因,拥有完整的NADH抗氧化系统编码基因和pln细菌素基因簇。最后,采用格氏乳杆菌LGZ 1029(LG),鼠李糖乳杆菌(LGG)和传统发酵菌株嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌(SL)进行发酵,比较不同组酸奶的发酵特性。结果表明,LG+SL复配发酵组在风味上优于其它菌种发酵组,Herschel-Bulkley模型分析流变特性表明了添加LG会增加发酵乳假塑性行为,LG+SL组则具有最高的粘度指数和增稠能力。发酵会降低牛奶中挥发性醇类、醛类物质的含量,格氏乳杆菌发酵组的风味主要受酮类物质(尤其是2-庚酮)影响。LGZ 1029可以很好地利用葡萄糖进行发酵,而复合菌株的种间互作促进了发酵过程中的糖、酸代谢,LGZ 1029发酵所产优势酸除L-乳酸外,还有乙酸和己酸。此外,LG+SL组发酵乳在贮藏期内性质稳定,冷藏21 d后活菌数仍大于10~8 CFU/m L。综上所述,从广州1月龄婴儿肠道中分离得到了格氏乳杆菌LGZ 1029,在体内外实验和基因水平上验证了菌株的安全性、胃肠道耐受性、粘附性和益生特性。含LGZ1029的混合菌株发酵乳表现出最好的发酵效果及最高的感官接受度。本研究为发掘LGZ 1029的益生潜性,将其应用于开发新型益生菌乳品提供理论分析和数据支持。
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