蛋白谷氨酰胺酶小肽通过激活精氨酸-脂肪酸代谢通路抑制酸奶后酸化的机制研究

《LWT》：Protein-glutaminase-derived small peptides mitigate post-acidification in yogurt by activating the arginine-fatty acid metabolic pathway

本研究针对酸奶生产中存在的后酸化问题，通过添加0.06 U/mL蛋白谷氨酰胺酶(PG)，系统探究了其对发酵动力学、有机酸代谢及菌株基因表达的调控作用。结果表明PG处理能显著抑制贮藏期间酸度上升(Δ7 °T)，将乳酸酸度控制在9.06 mg/g，并通过上调精氨酸合成基因(argJ-H)和脂肪酸合成基因(accA-fabK)增强膜流动性，为乳制品品质控制提供了新策略。

　　

在乳制品工业中，酸奶因其丰富的营养价值和独特的风味而广受消费者青睐。然而，酸奶在贮藏和销售过程中常常面临一个棘手的技术难题——后酸化(post-acidification)。即使是在冷藏条件下，酸奶中的乳酸菌仍会持续代谢产酸，导致产品酸度不断升高，口感过酸，活菌数下降，质地变差，最终缩短货架期。这一长期存在的质量缺陷不仅影响消费者体验，也给生产企业带来巨大经济损失。传统控制方法如热处理灭菌会杀死有益菌群，而添加剂的使用又可能影响产品天然属性。因此，如何通过绿色生物技术手段精准调控微生物代谢，从根本上抑制后酸化过程，成为行业亟待突破的技术瓶颈。

近日发表在《LWT-Food Science and Technology》的研究论文"Protein-glutaminase-derived small peptides mitigate post-acidification in yogurt by activating the arginine-fatty acid metabolic pathway"为解决这一难题提供了新思路。该研究由杨建军等学者完成，他们创新性地利用蛋白谷氨酰胺酶(Protein-glutaminase, PG)处理酸奶发酵体系，系统阐述了酶解产生的小肽如何通过调控微生物代谢通路来抑制后酸化的分子机制。

研究人员首先通过发酵动力学分析，确定了PG的最佳作用浓度为0.06 U/mL。在该浓度下，酸奶在14天贮藏期内酸度仅上升Δ7 °T（滴定酸度单位），乳酸含量维持在9.06 mg/g，显著低于对照组。同时，PG处理还改善了酸奶的持水性、粘度、质地和酪蛋白基质致密性，全面提升产品品质。

为深入揭示其作用机制，研究团队采用代谢组学(metabolomics)和肽组学(peptidomics)技术进行分析。结果显示，0.06 U/mL PG处理使肽浓度提升至24.31 μg/μL，并显著改变了26种氨基酸和小肽的组成，其中三肽比例高达54.54%。贮藏14天后，这些富集的氨基酸主要参与了氨基酸和脂肪酸生物合成通路。

在基因表达层面，研究发现PG处理显著上调了发酵剂中精氨酸合成通路的关键基因(argJ–argH)，表达量提高1.1–17.5倍；同时脂肪酸合成基因(accA–fabK)表达量也提升1.0–6.0倍。这种基因层面的激活导致菌体细胞膜不饱和脂肪酸(Unsaturated Fatty Acid, UFA)与饱和脂肪酸(Saturated Fatty Acid, SFA)比值升高，增强了膜流动性，从而抑制了乳酸菌的过度产酸活性。

主要技术方法

本研究通过发酵动力学分析确定PG最佳浓度，采用有机酸检测、质构分析评估酸奶品质；利用代谢组学和肽组学技术分析代谢物变化；通过基因表达检测阐明精氨酸和脂肪酸合成通路关键基因的转录调控。

PG对酸奶发酵特性及品质的影响

通过测定发酵过程中酸度变化、有机酸含量及理化指标，发现0.06 U/mL PG能有效控制后酸化进程，改善酸奶的流变学和质构特性，增强酪蛋白网络结构的稳定性。

PG处理对肽谱和氨基酸代谢的影响

肽组学分析表明PG酶解产生大量生物活性肽，特别是三肽比例显著增加；代谢组学显示贮藏后期氨基酸代谢物主要富集于氨基酸和脂肪酸生物合成途径，为后续基因表达研究提供依据。

精氨酸和脂肪酸合成通路的基因表达调控

实时荧光定量PCR结果证实PG处理激活了精氨酸合成(argJ–argH)和脂肪酸合成(accA–fabK)相关基因的表达，这种转录水平的上调是抑制后酸化的关键分子事件。

膜脂肪酸组成与膜流动性的变化

通过分析菌体细胞膜脂肪酸组成，发现PG处理提高了不饱和脂肪酸比例，增强膜流动性，从而调控乳酸菌的代谢活性，这为解释后酸化抑制现象提供了细胞学基础。

综上所述，该研究首次系统阐明了蛋白谷氨酰胺酶通过调控精氨酸-脂肪酸代谢通路抑制酸奶后酸化的分子机制。0.06 U/mL PG处理不仅能有效控制酸度上升，改善产品质地，更重要的是通过激活微生物代谢网络，增强细胞膜流动性，实现从源头上调控发酵进程。这一发现不仅为乳制品工业提供了具体的技术参数，更拓展了酶制剂在食品微生物代谢工程中的应用前景，对开发新型功能性发酵制品具有重要指导意义。