FSHW | 功能性发酵剂植物乳杆菌P10对小米馒头原位保鲜和GABA富集作用的研究

本文系Food Science and Human Wellness原创编译，欢迎分享，转载请授权。

Introduction

目前乳酸菌的研究热点集中于通过“活菌”发挥作用的益生菌，主要以酸乳等低温食品为载体发挥益生作用，而通过灭活形式以主食产品为载体基于“代谢产物”发挥作用的专用菌株研究较少。我国传统发酵食品中有丰富的菌株资源，从传统发酵食品中挖掘功能性乳酸菌作为发酵剂，可以在主食馒头等发酵食品制作过程中发挥原位保鲜延长产品货架期以及营养因子富集等作用，提升主食馒头的健康作用，满足消费者对主食营养化及标签清洁化的需求。

河北科技大学食品与生物学院宁亚维教授团队从我国传统发酵食品中筛选了一株具有广谱抑菌特性、高产γ-氨基丁酸（具有缓解压力、助睡眠、调节血压等益生作用）等功能的植物乳杆菌P10，基于代谢组学技术分析了其发挥抑菌及营养功能特性的代谢产物，考察了其防霉作用机制及对小米馒头品质的提升效果。该功能性发酵剂资源的开发可突破国外乳酸菌资源垄断，解除现有益生乳酸菌“活菌”应用的瓶颈限制，提供适用于传统主食馒头产品的专用功能性发酵剂。

Results and Discussion

植物乳杆菌P10的筛选及其差异代谢产物

从我国传统发酵食品中筛选到具有广谱高效抑菌性的植物乳杆菌P10，对真菌中的扩展青霉、黑曲霉抑菌圈直径分别为16.77 mm和20.67 mm。具有较高的产GABA能力，产量达380 mg/L。代谢组学结果进一步表明植物乳杆菌P10差异表达代谢物数量共284 种，其中120 种上调、164 种下调。抑菌性代谢产物包括有机酸、生物碱和醛等抑菌性物质（图1B），其中以有机酸含量最高。利用HPLC法进行定量分析，结果（图1C）表明：植物乳杆菌P10主要有机酸代谢产物为乳酸(9 055 mg/L)>乙酸(1 757 mg/L)>丙酸(115 mg/L)>苹果酸(102 mg/L)>苯乳酸 (63 mg/L)>柠檬酸 (49 mg/L)>甲酸 (36 mg/L)>羟基苯乳酸(6 mg/L)。除上述抑菌代谢产物和GABA外，P10还可以通过代谢产生脱氧胆酸、多肽和降解核苷发挥益生特性。脱氧胆酸可以通过抑制胆固醇羟化酶活性来降低胆固醇水平；多肽产物Ile-Pro-Ile作为二肽基肽酶IV抑制剂可提高胰高血糖素样肽1和葡萄糖依赖性胰岛素促胰岛素多肽的活性，促进胰岛素分泌，表明P10具有降低胆固醇、降血糖的益生潜力。基于代谢产物结果分析了植物乳杆菌P10发酵代谢通路变化，图1D表明，P10主要通过影响丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成及苯丙氨酸代谢通路生成抑菌性的苯乳酸、吲哚乙酸等有机酸类物质。通过影响嘌呤代谢、嘧啶代谢、次级胆汁酸生物合成途径发挥益生功能作用。

图1 植物乳杆菌P10差异代谢产物及代谢途径

植物乳杆菌P10对小米馒头防腐效果

图2 植物乳杆菌P10对小米馒头贮藏期间微生物的影响

植物乳杆菌P10能够显著降低小米馒头贮藏期间微生物数量(图2A、B)。贮藏10天后，植物乳杆菌P10发酵的小米馒头菌落总数与对照相比减少3.7 (lg (CFU/g))、霉菌总数减少2 (lg (CFU/g))。此外，在贮藏至第8天时，添加植物乳杆菌P10发酵的小米馒头仅出现少量霉斑（图2C），而不添加P10的小米馒头发霉严重，表面出现较大霉斑。上述结果表明，植物乳杆菌P10能够显著抑制小米馒头中微生物的生长，具有较好的防霉作用。

植物乳杆菌P10对馒头有机酸及GABA含量的影响

植物乳杆菌P10发酵的馒头有机酸含量显著增加（图2D），其中以乳酸含量最高，为1 404.99 mg/100 g。其次是乙酸，为30.54 mg/100 g。二者均具有广谱抑菌性。苯乳酸、羟基苯乳酸含量分别为1.97、1.07 mg/100 g，均能与其他酸特别是乙酸和乳酸发挥协同抑菌作用，从而延长馒头的保质期。苯乳酸除具有抗菌作用外，还具有刺激免疫细胞、减轻肠道炎症的功能。此外，植物乳杆菌P10能够增加馒头中异丁酸含量，与乙酸一样具有改善肠道菌群和肠道屏障的完整性、参与免疫调节的作用。上述结果表明植物乳杆菌P10可通过产生功能性有机酸来增强小米馒头的营养。此外，植物乳杆菌P10发酵制备的小米馒头GABA含量为3 320 mg/kg（图2F），表明植物乳杆菌P10能够提高小米馒头中γ-氨基丁酸含量，提升小米馒头营养价值。

植物乳杆菌P10对小米馒头感官品质的影响

P10与酵母菌共发酵可以改善小米馒头的孔隙结构、韧性和黏性 （图2G），综合感官评分值最高。这可能是由于P10可以促进酿酒酵母发酵从而释放更多的CO2，以及产生改善质构的代谢产物等有关。

Conclusion

植物乳杆菌P10通过代谢产生有机酸、生物碱和醛发挥抑菌作用，代谢产生功能因子GABA、功能性有机酸以及降低黄嘌呤、腺嘌呤、肌苷、鸟苷、尿嘧啶等核苷类物质和增加肽类物质Ile-Pro-Ile的含量发挥潜在的降解尿酸、降胆固醇和降血糖等益生性。将其用于发酵剂发酵制备馒头能够延长馒头保质期，提高馒头中GABA等功能因子含量从而提高馒头营养价值。本研究阐明了植物乳杆菌P10发挥功能性的物质基础及防霉机制，为其作为功能性发酵剂在馒头品质提升中的应用提供了科学依据。

第一作者简介

马梦戈，河北科技大学食品与生物学院食品科学与工程2019级硕士研究生。主要研究方向为功能性乳酸菌的筛选及生物活性作用机制研究。

通信作者简介

宁亚维，博士，教授，硕士生导师。入选河北省青年拔尖人才，河北省三三三人才工程，河北科技大学十佳优秀教师。2013年硕博连读毕业于江南大学食品科学专业，2011-2012年由国家公派到美国克莱姆森大学博士联合培养1年。2013年-至今工作于河北科技大学。目前担任国家自然基金项目函评专家，河北省食品学会青年工作委员会副主任。

长期从事益生菌与发酵剂资源开发、功能性食品配料与添加剂、食品货架期延长技术、食品安全检测与控制技术。主持完成国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北省重点研发计划、河北省教育厅拔尖人才项目等课题 10 余项；主研完成国家自然基金面上项目 2 项，国家十三五重点研发计划子课题 1 项。发表 SCI/EI 论文 50 余篇，其中第一 / 通信作者发表 SCI 一区论文 9 篇；申请国家发明专利 10 余项。

Functional Lactiplantibacillus plantarum P10 screened from Chinese traditional pickle showing application potential in steamed bread for in-situ bio-preservation and GABA-enrichment

Mengge Maa, Yajuan Zhanga, Dongchun Zhanga, Yi Chena, Zhixin Wanga, Yingmin Jiab, Yawei Ninga,*

a College of Food and Biology, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China

b Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China

*Corresponding authors.

Abstract

Mold spoilage and nutrition enrichment are major concerns of Chinese steamed bread, and using functional lactic acid bacteria as starter to play the role of in-situ preservation and nutritional fortification was a promising alternative. Hence, Lactiplantibacillus plantarum P10 capable of inhibiting spoilage microorganisms and producing γ-aminobutyric acid (GABA) (380 mg/L) was screened from Chinese pickle. Metabolomics analysis showed that P10 produced key antimicrobial metabolites mainly including ten organic acids, aldehyde, alkaloid. Besides, P10 might exhibit health beneficial effects such as degrading cholesterol, lowering blood glucose and reducing uric acid due to the production of deoxycholic acid and Ile-Pro-Ile, and the degradation of purine. Finally, the promising application potential of P10 was evidenced in steamed bread with extended shelf life, excellent anti-aging effect, and 24.5-fold enrichment of GABA. Conclusively, this investigation could provide scientific basis for the application of P10 as a functional starter in steamed bread.

Reference:

MA M G, ZHANG Y J, ZHANG D C, et al. Functional Lactiplantibacillus plantarum P10 screened from Chinese traditional pickle showing application potential in steamed bread for in-situ bio-preservation and GABA-enrichment[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 14(1): 9250013. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250013.

文章翻译由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意

为进一步促进动物源食品科学理论的完善与创新，加速科研成果向实际生产力的转化，助力产业实现高质量、可持续发展，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、中国食品杂志社将与江西农业大学、江西科技师范大学、 南昌师范学院、 家禽遗传改良江西省重点实验室 共同举办的“ 2025年动物源食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2025年10月25-26日 在 中国 江西 南昌 召开。

长按或微信扫码进行注册

北京食品科学研究院、中国食品杂志社和全国糖酒会组委会将于2025年10月16-18日在江苏省南京市南京国际博览中心举办第113 届全国糖酒会食品科技成果交流会。食品科技成果交流会期间举办食品科技成果展，本届科技成果展以我国当前食品产业科技需求为导向，重点邀请“十四五”以来获得国家和省部级重要科研项目支持产出的食品科技新成果、新技术、新产品参展，并针对企业技术需要开展精准对接服务。

长按或微信扫码进行注册