钙诱导的海藻酸包封益生菌低冷冻干燥存活机制分析

近日，Food Hydrocolloids在线发表了江南大学未来食品科学中心钟芳教授团队的研究成果“Mechanism analysis of calcium-induced low freeze-drying survival of probiotic encapsulated in alginate” (Yuan et al., Food Hydrocolloids. 2023, 109065)。江南大学2020级博士生袁永凯为论文第一作者，钟芳教授为论文通讯作者。

海藻酸钙已被广泛用于益生菌的封装。在之前的研究中发现，海藻酸钙包封的益生菌存在低冷冻干燥存活共性问题，这是由于冷冻干燥过程中钙浓度不断增加对其造成损伤。这种损伤使冷冻干燥的海藻酸钙负载的益生菌难以用于商业食品。因此，迫切需要分析钙诱导益生菌低存活率的机制。在本工作中，以鼠李糖乳杆菌GG（LGG）为研究模型。结果表明，钙导致491个差异基因（300个上调基因）、309个（175个上调代谢物，正离子模式）和129个差异代谢物（33个上调代谢物，负离子模式）的出现。基于差异基因的GO和KEGG分析表明，钙通过下调甘油磷脂代谢通路中的glpO和上调LGG-RS07795和cls基因来增加心磷脂，增加细胞膜的流动性，引起细胞膜成分的分解。此外，钙对差异基因/差异代谢物共富集通路的干扰是其他机制。具体而言，在KEGG共富集通路中具有上下游关系的差异基因/差异代谢物的相关性分析显示出一致的强相关性，其中hisC基因调节组氨酸代谢通路和苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成通路，ndk基因调节嘧啶代谢通路与嘌呤代谢通路，3-磷酸、苯丙氨酸和酪氨酸参与多种通路，包括其他差异基因/差异代谢物KEGG共富集通路。基于上述机理的启示，添加小分子糖/糖醇和共富集通路中下调的差异代谢物（麦角硫因和胞苷）是提高海藻酸钙包埋LGG冻干存活的有效策略。这些发现有望促进钙基干燥益生菌食品在食品行业的应用。

上述研究工作得到了国际科技创新合作重点项目（2017YFE0135400）的支持，同时得到食品科学与技术国家一流学科项目（JUFSTR20180204）、江苏省研究生科研与实践创新计划项目（KYCX22-2393）的支持。

相关研究图示

（编辑：潘梦妍）