食品科学技术

乳酸菌基因组学研究新进展

张和平，于洁

摘要：乳酸菌在食品和发酵饲料工业中的应用具有悠久的历史。随着科学技术的发展，乳酸菌逐渐在发酵、生物、农业、食品以及医药等多个领域占据重要的地位。近年来，基于迅猛发展的基因组测序技术，乳酸菌基因组学逐渐成为研究热点。依据全基因组序列信息，基因组学研究在揭示乳酸菌的多样性和进化历程，解析生理和代谢机制，挖掘功能基因等方面的贡献尤为突出。基因组测序技术共经历了3代的发展。第1代测序技术是以 Sanger测序法为基础发展起来逐步克隆法（clone by clone）和全基因组鸟枪法（whole genome shotgun strategy），因其存在成本高、速度慢、通量低等缺点逐步被第2代高通量测序技术所取代。最具有代表性的2代测序技术是Roche公司的454焦磷酸测序技术，Illumina公司的Solexa技术和ABI公司的SOLiD技术。第2代测序技术具有高通量、低成本、大规模测序等优点，成为当前乳酸菌基因组测定的主流技术，然而其测序读长较短，往往会造成基因组中重复序列区域的错误拼接。而以单分子测序技术为标志的第3代测序技术的兴起和发展为全基因组测序提供了利器。第3代测序技术以其长读长、速度快、信息产出高等突出优点迅速地应用于基因组测序、甲基化研究、RNA测序和高GC含量高的基因组测序等研究领域。然而高错误率是第3代测序技术的制约因素，目前许多研究学者致力于攻克这一问题，并已取得一定的成果，有效组合光学图谱技术、二代测序技术和Pac Bio单分子测序等技术，将对乳酸菌基因组学研究产生巨大的推动作用。测序技术的更新和成本的锐减，推动了乳酸菌基因组研究向着大规模的方向发展。研究学者通过大批量测定乳酸菌基因组，对同一属中不同菌种或同一菌种中不同株进行比较基因组学研究，进而解析乳酸菌的分类地位、遗传背景和进化历程以及代谢网络调控。首先，基于全基因组 DNA序列的基因组学可真实地反映乳酸菌的分类地位和进化关系。近些年，大规模基因组测序已被应用于链球菌属（Streptococcus），乳杆菌属（Lactobacillus），肠球菌（Enterococcus）和乳球菌属（Lactococcus）中菌种的分类、遗传关系和进化历程的研究中，并获得了许多研究成果，这对于建立全新的乳酸菌分类体系具有重要的参考意义。其次，基于全基因组序列注释和生化信息整合的基因组规模代谢网络模型，可为全面了解和调控乳酸菌的生理代谢功能提供最佳平台。乳酸菌由于来源、生长环境、进化过程等因素的影响，不同种属乳酸菌的代谢途径不同，通过对乳酸菌进行基因组测序可以构建菌体细胞内部的生化反应网络，反映网络中所有参与反应的化合物以及各催化反应酶类之间的关系，从而全局性、系统化地解析乳酸菌的代谢途径，为高效定向调控乳酸菌代谢功能提供重要的遗传学信息和理论依据。综上所述，基因组学在乳酸菌的研究中占据重要的地位。如果将基因组与其它组学技术相结合应用于乳酸菌的研究中，势必会加速乳酸菌理论和应用研究的进程。然而，伴随着日益庞大的数据量，如何进行有效的数据挖掘是当前面临的挑战，这就要求相关交叉学科的不断发展，全景式地揭示乳酸菌的生命信息，从而使乳酸菌为人类健康事业做出更大的贡献。

来源出版物：中国食品学报, 2016, 16(2): 1-8

入选年份：2016

TEMPO氧化魔芋葡甘露聚糖微球的制备及其在运载食品活性因子中的应用

陈钰莹，陈小冬，史梦璇，等

摘要：目的：采用新型壁材——氧化魔芋葡甘露聚糖为原料、Fe3+为交联剂，借助双重乳液法制备粒径均一、包载效果好、具有肠靶向 pH值响应的智能微球。能够共装载脂溶性功能因子 β-胡萝卜素和水溶性因子花色苷，实现多种抗氧化剂的协同增效，提高活性因子的肠道靶向释放和吸收。方法：以 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl，TEMPO）为助氧化剂，次氯酸钠为主氧化剂，对魔芋葡甘露聚糖（konjac glucomannan，KGM）进行氧化，制备出氧化度为 80%的氧化魔芋葡甘露聚糖（oxidized konjac glucomannan，OKGM）。以OKGM为原料、Fe3+为交联剂借助双重乳液法制备微球。首先将FeSO4·7H2O溶解于OKGM溶液中，加入吐温20制成水相，然后在多糖水相中加入溶有β-胡萝卜素的玉米油，形成OI/W内乳液。再以此为水相，加入到溶有司盘80的液体石蜡中，最终形成 OI/W/OII的复乳。向上述两种乳液中通入空气，使Fe2+氧化为Fe3+，此刻Fe3+与氧化魔芋上的羧基配位交联形成多糖三维网络，制得含有β-胡萝卜素内油相的氧化魔芋微球。将含有β-胡萝卜素的微球洗涤、离心，干燥后溶解在 pH 3的盐酸溶液中，继续吸附花色苷。采用红外光谱仪对OKGM的化学结构进行表征，用细胞毒性实验验证 OKGM 的细胞兼容性，然后研究了利用通氧乳液聚合法制备的氧化魔芋微球的最佳条件，包括油水比、铁与羧基的质量比、反应时间和反应温度等。用马尔文激光粒度仪测定微球的粒径分布。用扫描电镜和原子力显微镜观察微球大小和形貌。在共聚焦激光扫描电镜下观察微球复合结构，用疏水荧光染料尼罗红和亲水染料 SUPER-green I验证共装载的可行性。结果：红外光谱结果证明魔芋葡甘露聚糖上羟基成功氧化为羧基；当OKGM质量浓度从0.01 mg/mL增加到1 mg/mL时，细胞存活率80%以上。由此可见，OKGM具有良好细胞兼容性。采用单因素实验，确定制备微球的最佳工艺条件是：OKGM质量分数10%、FeSO4·7H2O与 OKGM 的质量比为 1∶5、交联时间30 min、反应温度35℃，形成的微球水分散性好、球形规则、稳定性强；通过动态光散射法发现微球粒径分布在20～40 μm之间，平均粒径为26.8 μm；通过扫描电子显微镜观察，微球呈光滑球形，大小在几微米到几十微米之间，与粒径分布结果相符。原子力显微镜显示微球表面褶皱的平均厚度约3 nm；共聚焦激光扫描显微镜结果：微球中红色的内油相和绿色的水相表明微球可以成功地包埋和吸附疏水性和亲水性分子，预示该微球可以同时吸附β-胡萝卜素和花色苷。结论：以TEMPO氧化魔芋多糖为原料，铁离子为交联剂，通过物理交联的方式制得了氧化魔芋微球。通过双重乳液交联法制得含有内油相的氧化魔芋微球，可实现β-胡萝卜素和花色苷共装载。本研究提供了一种以氧化魔芋葡甘聚糖为新材料制备微球实现活性因子稳态化的新策略，该微球可提高难溶性和敏感活性因子的分散性和稳定性，并同时装载多种活性因子，实现脂溶性与水溶性食品活性因子的共装载与协同增效。

来源出版物：食品科学, 2016, 37(2): 1-6

入选年份：2016