益生菌共发酵乳饮料比单菌株发酵乳饮料含更多的氨基酸代谢产物，更具稳定性！

原创

来源：陈宁

2024-08-23 09:26:43

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核心提示：在30天的储存期内，双歧杆菌与干酪乳杆菌发酵乳的pH值、可滴定酸度和活细胞计数均无显著差异。然而，干酪乳杆菌在添加双歧杆菌发酵后不仅增加了发酵乳的稳定性，还增加了储存后有益氨基酸代谢物的含量。

2024年1月1日，由张和平教授团队发表在《Food Chemistry》上的一项研究比较了单独使用副干酪乳酪杆菌PC-01或与青春双歧杆菌B8589联合发酵生产的益生菌发酵乳（probiotic fermented beverages，PFB）储存后理化指标和代谢组的变化。添加青春双歧杆菌B8589不仅能提高PFB的稳定性（基于对PFB代谢组学差异的评估），还能提高储存后有益氨基酸代谢物的含量，包括4-羟基苯乙烯、γ-氨基丁酸、N-乙酰基-天冬氨酸、d-丙氨酰-d-丙氨酸和L-苹果酸。本文的研究表明，与PC-01单菌株发酵相比，B8589更受青睐。这项研究支持了在PFB生产中使用双歧杆菌作为发酵剂的观点。

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PFB的健康促进作用在很大程度上取决于所使用的益生菌菌株，不同的益生菌生产过程中释放的发酵代谢物不同。牛奶的发酵过程受牛奶成分、发酵剂的选择和数量以及添加的益生菌的影响。用于乳发酵的不同细菌菌株在它们的发酵特性上差异很大，包括活细胞计数（VCC）、pH和可滴定酸度（TA），影响最终发酵产品的质地、香味和感官特性。以往的研究主要探讨了发酵过程中乳代谢物的动态变化，但对发酵后乳蛋白质的贮存变化研究较少。牛奶代谢组学分析可为推断PFB的稳定性提供有用信息，而PFB的稳定性可能影响产品质量和功能潜力。已发现益生菌培养物的组合会影响发酵乳的理化指标、代谢物组和储存稳定性。大多数PFB是通过基于L.Paracasei的发酵剂培养物。因此，本研究探讨了添加青春双歧杆菌B8589作为与L.Paracasei PC-01对PFB的贮存稳定性和功能特性的影响。通常情况下，PFB在货架期内理化指标的波动与其乳代谢组学的变化密切相关。同样，我们观察到在储存过程中，我们的PFB的pH值和TA水平出现明显波动。尽管PC-01和B8589在我们的PFB中的VCC随时间显著降低。

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图1 实验设计

先前对植物乳杆菌CCFM 8610发酵乳的研究发现，在14天的储存期间，代谢组学的变化主要集中在与苯丙氨酸代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢以及甘油磷脂代谢相关的途径上的报告。在另一项研究中，植物乳杆菌P9益生菌发酵乳的代谢组学变化主要发生在与脂肪酸生物合成、脂肪酸降解、苯丙氨酸代谢、蛋白质降解和氨基酸代谢相关的途径中，超过28天的储存期。因此，用于牛奶发酵的不同菌株似乎对发酵后储存代谢组学产生了一些相似但细微不同的影响，影响了单个产品的储存稳定性和功能性。例如，在氨基酸代谢中，脱羧和脱氨基都发生。一些氨基酸进入TCA循环并参与代谢活动，如转化和合成。本文的结果表明，在贮藏过程中，谷氨酸和酪氨酸代谢途径富集，这至少可以部分解释在贮藏过程中PB中的PC-01活细胞计数高于P。因此，益生菌发酵剂培养物的较高细菌存活率和代谢组学稳定性的维持可能是添加B8589作为共培养物的一些期望效果。

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图2 (a)研究了益生菌发酵乳饮料（PFB）在贮藏1 d ~ 30 d（分别为1d、30 d）期间差异代谢产物（DM）数量的变化。PB由副干酪乳杆菌PC-01和双歧杆菌B8589共同发酵，而P仅由副干酪乳杆菌PC-01发酵。(b)在两个储存时间点，即，P_1d vs P_30d，PB_1d vs PB_30d）;以及每个时间点的两种PFB，即，P_1d vs PB_1d，P_30d vs PB_30d。

在PFB发酵和贮藏过程中，主要代谢产物和次生代谢产物发生了活跃的生物合成和转化。发酵过程或发酵后储存中发酵乳代谢足迹的变化还取决于益生菌的量、发酵或储存的时间和温度的报告。在活性益生菌乳制品中，氨基酸合成和相互转化的代谢途径很容易与TCA循环同时发生，为维持益生菌的存活提供营养，并促进这些氨基酸中间体中的一些转化为其他底物和有益代谢物的报告。我们的研究表明，添加B8589作为共发酵起始剂有助于这些过程。PFB中的一种有益代谢物是GABA，它是由谷氨酸脱羧酶在TCA循环中的不可逆α-脱羧反应中合成的。具体而言，源自TCA循环的α-酮戊二酸经过谷氨酸脱氢酶产生谷氨酸，然后通过谷氨酸脱羧酶分解代谢产生GABA。产生的部分GABA进一步转化为琥珀酸半醛，进入TCA循环，间接促进了L-苹果酸的积累。在1d和30d时，P中GABA上游底物L-谷氨酸的含量显著低于PB。这说明PB中的微生物环境促进了谷氨酸的代谢转化。乳酸菌通过代谢合成不同量的GABA，并且这种作用是菌株依赖性的。先前的研究发现青春双歧杆菌是重要的肠道GABA生产细菌，本研究证实了B8589与PC-01共发酵比单独使用PC-01更能有效地合成GABA，并且在第1天和第30天，PB中GABA的检测量显著高于P。在本文的研究中，虽然PB和P都能产生L-苹果酸，但由于B8589的作用，PB中的L-苹果酸显著增加。已知较高的L-苹果酸含量可增强TCA循环以及乙醛酸和二羧酸途径。L-苹果酸是TCA循环的内在中间体，其中草酰乙酸和乙酰辅酶A缩合成柠檬酸盐，然后通过几个氧化反应形成苹果酸的报告。此外，通过乙醛酸和二羧酸途径，异柠檬酸可在乙酰辅酶A的作用下转化为L苹果酸。L-苹果酸水平的升高还促进α-酮戊二酸转化为谷氨酸，随后分解代谢为GABA。L-苹果酸作为生物体中一种重要的代谢物质，具有多种生理功能，如快速恢复工作后体力损失、维持机体抗氧化能力、调节中枢神经递质、改善记忆、预防阿尔茨海默病等。

本文研究发现，双菌株发酵乳（由PC-01和B8589生产）更稳定，超过30天的储存后含有更多的有益氨基酸代谢产物（特别是GABA和L-苹果酸）。因此，添加B8589的共发酵乳优于PC-01的单菌株发酵乳。

参考资料：10.1016/j.foodchem.2023.136840