丹麦技术大学团队在大黄蜂肠道菌群中筛得可发酵豆奶并合成维生素B₂的细菌

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丹麦技术大学(DTU)研究人员表示,他们开发并验证了一种用于加速筛选发酵菌株的新方法,可在不预先分离单个细菌的情况下,直接从环境样本的完整微生物群落中快速识别具备特定功能的候选菌株。团队在研究中从大黄蜂肠道微生物组出发,筛得一株可用于豆奶发酵酸化并提升维生素B₂(核黄素)含量的细菌。

DTU国家食品研究所副教授Claus Heiner Bang-Berthelsen称,研究结果显示,研究人员能够对整个微生物群落进行直接、快速筛选,从而更高效地锁定具有应用潜力的细菌,这有助于更快、更精准地开发新型发酵菌种。该研究已发表于《LWT—食品科学与技术》。

研究团队将筛选目标聚焦于植物基乳制品替代品常见的营养短板:其维生素和矿物质含量通常低于牛奶,其中维生素B₂是常见缺乏项之一。为此,研究人员希望找到既能在豆奶环境中存活,又能在发酵过程中自身合成维生素B₂的细菌,并将大黄蜂肠道细菌作为筛选起点。DTU国家食品研究所博士后Hang Xiao表示,大黄蜂生活在植物附近,其肠道微生物可能更适应植物基环境,因此团队希望验证其中是否存在能在豆奶中生产维生素B₂的菌株。

在方法上,研究人员以新的方式应用“液滴筛选”技术:将大黄蜂肠道细菌封装进微小液滴中,使每个液滴仅含一个细菌细胞,作为独立的封闭培养空间,并通过微流控筛选平台对单细胞进行高速分析。Hang Xiao称,该平台可在数小时内筛查数百万个细菌细胞。

由于普通豆奶浑浊且颗粒较多,可能干扰测量,研究团队为适配液滴筛选开发了高度透明的豆奶培养基。Bang-Berthelsen表示,在使豆奶液体透明后,研究人员既能在更接近未来应用场景的环境中筛选细菌,也能获得更稳定的液滴与更精确的测量结果。

筛选过程中,研究人员先用结构类似核黄素的玫瑰黄素处理细菌,以促进更适合生产维生素B₂的细菌生长;随后选择荧光最强的液滴进行进一步筛选,团队将高荧光信号视为维生素B₂产量较高的指示。Bang-Berthelsen称,这种基于液滴的筛选方式可节省数月工作时间,并降低资源消耗。

在鉴定出的细菌中,一株乳酸菌表现突出。研究人员在实际植物基产品中测试该菌株时发现,其在豆奶中的效果尤为明显。Hang Xiao表示,结果显示该菌株不仅在实验室条件下有效,在蛋白质含量较高的实际食品体系中同样表现良好。

研究人员还观察到,该菌株在添加高浓度强化维生素B₂的豆奶中仍能持续生产维生素B₂,显示出较强的生产稳健性与稳定性。此外,该菌株可利用多种类型的糖,被研究团队视为植物基发酵过程中潜在的起始菌种候选。

不过,该菌株在米饮料、燕麦饮料以及部分杏仁饮料中的表现较弱。研究人员认为,这可能与这些饮料蛋白质含量较低有关,并指出该菌株需要一定水平的可发酵蛋白质以实现良好生长并有效生产维生素B₂。

Hang Xiao表示,该方法不仅可用于识别在豆奶中生产维生素B₂的细菌,也可用于筛选其他可通过荧光检测的目标物质,但其适用前提是培养基透明且背景荧光较低。


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