一种醋酸细菌—— 印度尼西亚醋酸杆菌(Acetobacter indonesiensis SZAI)及其在发酵全谷物挥发性化合物中的作用和功能特性

时间:2026年1月21日
来源:International Journal of Food Microbiology

编辑推荐:

本研究鉴定了醋酸菌属印尼亚种SZAI菌株,探究其全谷物发酵特性及免疫增强功能。基因组分析显示该菌株含10716个基因(GC 43.50%),含大量糖基转移酶和糖苷水解酶,促进发酵及挥发性物质合成。实验证实SZAI显著增加小鼠中性粒细胞(1.33-1.40倍)及TNF-α表达(1.84-2.06倍),证实免疫调节作用,为功能性发酵食品开发提供新资源。

广告
   X   

作者:费仁(Fei Ren)| 坦斌(Bin Tan)
中国国家粮食和战略储备管理局研究院,北京

摘要

醋酸菌属在食品发酵过程中起着重要作用。然而,许多菌株的特性和功能特性尚未被充分了解。本研究鉴定了一种Acetobacter indonesiensis SZAI菌株,以探究其在全谷物发酵中的特性及其增强免疫力的功能。该菌株的基因组大小为14,306,769 bp,含有10,716个基因(GC含量为43.50%),并具有大量的糖基转移酶和糖苷水解酶。对SZAI发酵后的全谷物(小麦、燕麦、小米、大米、大麦)进行挥发性化合物分析后发现,这些化合物与对照菌株的产物有显著差异。3-甲基-1-丁醇、乙基戊酸酯和乙酸乙酯是导致风味差异的主要化合物。SZAI菌株显著增加了中性粒细胞的数量(分别增加了59.6倍、58.3倍和57.0倍),并上调了斑马鱼体内的TNF-α表达水平(分别增加了2.06倍、1.96倍和1.84倍),从而证实了其增强免疫力的作用。这些结果表明Acetobacter indonesiensis SZAI具有发酵谷物和增强免疫系统的潜力,这表明它在未来功能性发酵食品中具有应用价值。

引言

醋酸菌(AAB)属于醋酸菌科(Acetobacteraceae),是需氧、不形成孢子的微生物,可以是革兰氏阴性菌或革兰氏可变菌。它们的形态从椭圆形到杆状不等,细胞可以单独存在、成对存在或形成链状(Sengun和Karabiyikli, 2011)。这些细菌在多种发酵过程中至关重要,包括醋的生产和葡萄酒的酿造(Gomes等人,2018;Román-Camacho等人,2024)。AAB经常出现在各种发酵食品中,如醋、酸啤酒、发酵可可豆和咖啡豆、开菲尔(kefir)以及酸面团(Han等人,2024)。它们以能够加速多种糖类和酒精的氧化而闻名,在发酵过程中产生有机酸作为最终代谢产物(Sengun和Karabiyikli, 2011;Sengun, 2016)。近年来,研究人员对AAB的益生菌特性产生了更多兴趣,认为它们有潜力用于制作益生菌产品(Haghshenas等人,2015;Wen等人,2023)。全谷物(如小麦、燕麦、小米)是全球重要的发酵底物;然而,AAB对其挥发性风味特征和功能特性的影响尚未得到充分研究。
尽管AAB具有重要意义,但目前对其的研究主要集中在一些已被充分了解的菌种上。例如,Acetobacter pasteurianus作为一种在酸性发酵食品中重要的菌株,已被广泛研究其在醋发酵和风味合成中的作用,并阐明了基因组与代谢功能之间的联系(Han等人,2024;Wen等人,2023)。相比之下,像Acetobacter indonesiensis这样的较少见的菌种则受到的关注较少。Acetobacter indonesiensis最初是从印度尼西亚的来源中分离出来的(Lisdiyanti等人,2000),并在泰国发酵米以及其他环境中被发现,包括传统的伊朗乳制品和醋中(Tanasupawat等人,2011;Haghshenas等人,2015;Yetiman和Kesmen,2015)。这种细菌在低pH值和高胆盐条件下具有较高的存活率,同时具有拮抗活性和益生菌特性(Haghshenas等人,2015;Kilic和Sengun,2025)。此外,这种细菌在绿豆酸汤中还具有强烈的淀粉絮凝作用(Liu等人,2018),并且有可能用于处理和净化咖啡废水(Pires等人,2021)。关于Acetobacter indonesiensis的综合性研究仍然不足,尤其是在其发酵谷物的能力和功能特性方面的研究还很有限。这些不足限制了将其应用于相关产品的开发。
本研究旨在系统地探究这种分离菌株在全谷物发酵过程中产生的挥发性有机化合物(VOCs)的特性、功能特性及其增强免疫力的潜在机制,从而填补该领域的知识空白。期望这项研究能够促进微生物特性在发酵食品和功能性食品中的应用,有效解决当前适合全谷物植物基发酵的菌株短缺问题。

菌株的分离与筛选

该菌株是从中国山西的传统发酵酸粥中通过稀释平板法分离得到的,并通过形态学和分子生物学方法进行了鉴定。具体步骤如下:LB固体培养基和平板经过灭菌处理(北京Solarbio科技有限公司)。在无菌条件下,取10克传统发酵酸粥样品并均匀混合,然后加入90毫升灭菌的ddH2O...

菌株的分类学地位及其基因组概述

基于31个管家基因,利用邻接连接(Neighbor-Joining, NJ)方法构建了系统发育树。结果如图1所示,确认该菌株为Acetobacter indonesiensis,并将其命名为Acetobacter indonesiensis SZAI。
对SZAI菌株的基因组特征进行了分析,结果见表1。SZAI菌株共有10,716个基因,基因组大小为14,306,769 bp,平均基因长度为1073.14 bp...

讨论

通过基于31个管家基因的系统发育分析,Acetobacter indonesiensis SZAI的分类学地位得到了确认,这与其作为多功能Acetobacter属成员的身份相符,该属的细菌通常与发酵环境相关(Cleenwerck和De Vos, 2008;Rappaport等人,2024)。SZAI的基因组特征包括14.31 Mb的基因组、10,716个基因、43.50%的GC含量...

结论

本研究通过全面的分类学、基因组和功能分析对Acetobacter indonesiensis SZAI进行了表征。基于31个管家基因的系统发育鉴定证实了其分类学地位。基因组分析显示其基因组大小为14.3 Mb(10,716个基因,GC含量为43.50%),并且含有大量的糖基转移酶和糖苷水解酶,表明其具有显著的碳水化合物降解能力...

作者贡献声明

费仁(Fei Ren):撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 初稿,项目管理,资金获取,概念构思。 坦斌(Bin Tan):撰写 – 审稿与编辑,研究,资金获取。

资助

本研究得到了国家粮食和战略储备管理局研究院基础研究基金的支持(ZX2433)。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有