丙酸杆菌代谢物益生因子的研究

丙酸杆菌代谢物益生因子的研究 ._:=l562oo5.Vo1.26.No.5食品研究与开发营养健康 丙酸杆菌代谢物益生因子的研究 陈乐乐刘宁 1冻北农业大学哈尔滨150030 常忠义付颖 2.华东师范大学上海200062 摘要:丙酸杆菌在发酵过程中产生多种代谢产物,添加到食品中能够对人体起到营 养保健作用.本文主要介绍丙酸杆 菌的发酵产物中已被证实的具有益生作用的因子. 关键词:丙酸杆菌;叶酸;VBl2;海藻糖;抗菌剂 THESTUDIESOFMETABOLITESPRODUCEDFROMPROPIONIBACTERIA CHENLeleLIUNingCHANGZhongyiFUYing 1.FoodScienceandTechnology,NortheastAgricultureUniversity,Harbin,150030 2.SchoolofLiSciences.EastChinaNormalUniversityShanghai.200062 Abstract:Pr0pionihacteriaareabletoproduceawidevarietyoffoodcomponentsthatarebenif icialto thehumanhealth.Thepapermainlyintroducestheseprobioticsubstance. Keywords:propi0nihacteria;folioacid;VBl2;fucose;antimicrobial 丙酸杆菌在发酵和乳品工业中应用已有悠久的 历史,它最早是从干酪中分离出来的.丙酸杆菌属约 包括十个种[1.其中来自奶制品,无致病性的一组称 为经典丙酸杆菌(classicalpropi0nihacria).由于 丙酸杆菌在其独特的代谢过程中可产生以下几类益 生因子:a.B族维生素如叶酸和VB.h.抗微生物成 分如丙酸和细菌素C.不含热量或低热量的糖如海 藻糖.所以可利用发酵丙酸杆菌的来生产以上 各种物质,将其作为添加到食品中的营养保健因子. 1丙酸杆菌产生的益生因子 1.1B族维生素 丙酸杆菌独一无二的厌氧代谢方式使得碳原 子发生重排,生成物质代谢过程中所需的各种酶和 辅助因子,这些辅酶因子包括VB.,叶酸和生物素. 其中VB.和叶酸是物质代谢过程和细胞增殖分裂 不可或缺的元素. 1.1.1VBl2 VB.:是饮食中必须的维生素,一个成年人每 Et所需VB.约3ug,VB.摄人不足会引起生理失 调,多数引起贫血.VB,在碳水化合物,核酸, 脂类和氨基酸代谢过程中是一种重要的代谢辅助 因子0.人体内有两个依赖VB.的酶,分别是甲 硫氨酸合成酶和甲基丙二酰变位酶,它们都参与 脂类的翻转.VB.作为辅助因子在氨基酸分解和 作者简介:陈乐乐(198),女,在读硕士,食品科学专业 含碳小分子如甘油,乙醇胺和丙酸代谢中都参与 碳原子重排. 目前已知工业上用三种微生物用来生产VB., 它们是假单孢杆菌属,芽孢杆菌属和丙酸杆菌属. 而丙酸杆菌属中,谢氏丙酸杆菌(Propionibac— teriumshermanii)是工业上厌氧发酵法生产VBl2 的首选菌种].VB.:是谢氏丙酸杆菌的胞内产 物.采用该菌厌氧发酵生产VB优点是发酵过 程耗能低,成本低,缺点是由于发酵副产物丙酸 的积累等不利因素的制约,发酵单位比较低[33. 但是若在发酵过程中充分利用二甲基苯并咪唑核 苷磷酸和在后期发酵中采用有氧培养就可以提高 VB.的产量.其中一个原因是添力II腺嘌呤的过程 是一个需氧过程,另一个原因就是二甲基苯并咪 唑核苷磷酸通过耗氧刺激了产物的合成.丙酸杆 菌半连续大批量的生产VB.分为两阶段,首先是 厌氧阶段,主要是菌的生长和前体的合成,第二 阶段是需氧培养液通风和加入二甲基苯并咪唑核 苷磷酸. 1.1.2叶酸 叶酸是人体代谢的基本成分,它作为一种辅 助因子参与多种代谢反应,包括DNA,RNA和核 酸之间阻断的生物合成.成年人每日所需叶酸是 200ug,孕妇则需要加倍.研究表明叶酸能够防止 新生婴儿神经系统疾病,饮食中如果长期的叶酸 营养健康食品研究与开发2o05.Vo/.26NO5 含量低于正常水平会导致血液中半胱氨酸含量升 高,从而引起冠状动脉疾病.也有报道说?t-酸可 抗一些癌症?. 叶酸具有维生素活性,绿色植物的叶子和有些 微生物能够产生叶酸.人体叶酸的主要来源是植物 性食物和乳制品.n十酸的基本结构主要包括一个嘌 呤残基,一个氨基苯甲酸残基和一个谷氨酸残基. 叶酸可携带甲基,次甲基,亚胺甲基和甲酰基.自然 界中的叶酸以各种形式存在,有甲基化形式,脱氢 形式和含有多个谷氨酸的形式.许多细菌通过简单 的前体如GTP,氨基苯甲酸和谷氨酸合成叶酸,但 是一些营养缺陷型细菌包括许多乳酸菌的生长却 严格依赖叶酸. 鲜乳中叶酸的含量为20—50ug/L,发酵乳制品 则含有更多的叶酸,达150~L.已知保加利亚乳 杆菌和嗜热链球菌是酸奶生产的主要菌株,但只有 嗜热链球菌能够发酵鲜乳产生叶酸.最近有报道显 示一些其它食品级微生物如丙酸杆菌也能通过乳品 发酵产生叶酸,有的菌种产生叶酸的水平与嗜热链 球菌相同,有的则更高.丙酸杆菌产叶酸量因菌株 不同(如表1),一些在细胞内产叶酸,另一些则 几乎完全分泌到胞外.对分子结构进行分析发现: C1部分和多谷氨酸尾巴等基团的存心在决定了分 泌的形式. 表1不同丙酸杆菌菌株产叶酸的筛选,采用Home和 Patterson分析叶酸方法,负值表示从培养基中利用的重量. 1.2抗菌剂类化合物 丙酸杆菌发酵的产物添加到食品I}|可延长食 品保质期,这种防腐作用来自代谢物中f,?酸及细 菌素.一些报道虽然还不能阐明保护机制但却明显 的显示了丙酸杆菌的重要性.据报道内酸杆菌能延 长发酵蔬菜的货架期,对发酵乳品及焙烤食品具有 相同的作用,而且丙酸杆菌代谢物对青贮饲料的改 善和稳定也起一定的作用_4]. 1.2.1丙酸 丙酸是一种在化工方面有重要用途的有机酸, 丙酸及其盐类可作为食品及饲料防腐剂,目前主要 以化工法生产【5J.用于丙酸发酵的菌种一般采用产 酸丙酸杆菌(Propionibacteriumacidpropionici) 等.在食品工业上,当丙酸用于粮食防腐时主要 是用来抗真菌,而当丙酸及其盐类用作面包防腐 剂时主要是抑制芽孢杆菌和真菌.丙酸的添加浓 度一般在0.1%,0.5%之间.丙酸杆菌本身对丙酸 敏感,当丙酸浓度达到5mmol/L时,丙酸杆菌的 生长受到抑制,达到10mmol/L时丙酸杆菌生长 完全停止. 1.2.2细菌素 ' 细菌素是由多种细菌产生的异型抗菌物质,它 本质上是一种蛋白质.由于丙酸杆菌属包括十个 种,所以各个菌种产生的细菌素各不相同【. 1.2.2.1丙酸杆菌素PLG一1 丙酸杆菌素PLG一1由特氏丙酸杆菌产生的, 种对蛋白水解酶敏感的蛋白质,,具有热不稳定性, 或称为嗜温性,分子量为9,327.7Da,在pH3—9均具 活性_7.它能有效抑制亲缘关系相近的丙酸杆菌的 其它种及一些霉菌和酵母. 1.2.2.2丙酸杆菌素T1 丙酸杆菌素T1也是从特氏丙酸杆菌中分离 詹 出来的.它对产酸丙酸杆菌,特氏丙酸杆菌,氏丙酸杆菌和乳杆菌都有抑制作用.由于其具有 pH耐受和热稳定性所以可作为食品保护剂.可 通过离子交换层析,反相和离子交换高效液相得到 纯化_8]c 1.2.2_3丙酸杆菌素SM1 丙酸杆菌素SM1是由詹氏丙酸杆菌所产生的 一 种细菌素,从瑞士生乳中分离得到.于30?保持 两周,4?保存半年以上,具有强抗真菌性.SM1是第 一 个提出由丙酸杆菌质粒编码可在遗传学方面应 用的细菌素., 1.2.2.4JenseniinG JenseniinG也是由詹氏丙酸杆菌产生的一种丙 酸杆菌素,酸乳中加JenseniinG可使酸奶保持适宜 的酸度(pH4.2—4-3),这说明该细菌素对防止酸乳过 度酸化起重要作用n. 1.2.2.5PAMP PAMP是从詹氏丙酸杆菌中分离出来的具有蛋 —==,,1582oo5.Vo1.26.NO5食品研究与开发营养健康 白质活性的抗微生物多肽,它的前体是从培养基的 上清液种纯化得到的含64个氨基酸的多肽,带正电 荷,分子量是6,383Da~"],理化特性同革兰氏阳性菌 的细菌素相似,这种多肽对几种丙酸杆菌和乳杆菌 都表现出抑制活性. 1.3海藻糖 海藻糖是由两个葡萄糖分子结合而成的非还 原性双糖,从糖酵解的中间产物6一P—G开始,经 过1-p—G,UDP—G,6一P—T形成海藻糖.人体只能部 分消化,因此被认为是良好的食品替代糖.许多 微生物如乳酸菌几乎不能利用海藻糖.而引起龋 齿的变异链球菌由于利用碳源使牙齿酸化,在对 比实验中用海藻糖溶液漱口比用蔗糖溶液牙斑酸 化现象明显降低,所以与蔗糖相比海藻糖能减轻 牙斑的形成.海藻糖还可作为蛋白质和细胞在受 热,干燥和冷冻时的保护剂和稳定剂.在其它不 同生物体系如酶,膜,组织器官中,海藻糖也具 有相同的作用.最近有研究者,海藻糖可对 人体蛋白质起到稳定剂的作用,能防止蛋白质变 性和病理构象的形成.基于以上优点,在食品中 添加海藻糖用来代替乳糖,果糖和葡萄糖的应用 前景十分乐观. 目前在西方,治疗肥胖症的费用占据医保费用 的2%一5%.而用低热量糖如海藻糖替代蔗糖的新 型食品就是为了适应消费者的需求而出现的.由于 有些丙酸杆菌菌株海藻糖产量很高,所以用丙酸杆 菌发酵生产海藻糖将具有很大潜力. 2结论 丙酸杆菌作为一种益生菌已经在食品工业得 到了广泛的应用,如MicrogardTM是早已获得注册 的一种商品,它是一种用作生物防腐剂的丙酸杆 菌细菌素,美国食品及药物管理局(FDA)已批准同 意将MicrogardTM添加到奶酪中[.ZI3j.除了在食品工 业的应用以外,丙酸杆菌代谢物益生因子还广泛 的应用到药品,动物饲料和化工领域.随着丙酸 杆菌发酵工艺的优化以及基因手段的应用与 丙酸杆菌代谢物益生因子的应用也将更加 推广, 广泛. 参考文献: [1]LenaI.Vorobjeva.Propionibaeteria.Netherlands:KluwerAcaflemif'PULL)- lishers.1999:l28-137 [2]谭蓓英,陈敏等,费氏丙酸杆菌两个亚种的分离与鉴定,微生物 学通报,1998,25(2):63—64 [3]仪宏,王丽丽,冯惠勇等,丙酸积累对薛氏丙酸杆菌生长及产酸 的影响,微生物学通报,2003,30(3):29—32 [4]HimharuMori,YoshioSato,eta1.IsolationandStructuralIdentifi— cationofBifidogenicGrowthStimulatorProducedbyPropionibac— 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