利用大豆蛋白分离物和Ora-pro-nobis黏质作为结构成分，开发了一种可3D打印的肉类替代产品基底

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《Food Bioscience》：Development of a 3D-printable meat analogue product base using soy protein isolate and Ora-pro-nobis mucilage as a structuring ingredient

【字体：大中小】 时间：2025年12月04日 来源：Food Bioscience 5.9

编辑推荐：

　　Bacillus cereus是碳水丰富的食物中主要食源性病原体，本研究通过理性蛋白设计提升乳酸菌胞外酶helveticin NX371的抑菌活性，利用分子动力学和进化分析确定活性中心为Glu50和Asp81，构建E82L+A290N突变体，其抑菌活性提升246%，最小抑菌浓度降低至16.4%，为开发新型食品防腐剂提供理论依据。

孙青|郝勇|刘云斌|卢兆新|孟凡强

南京农业大学食品科学与技术学院，中国南京卫岗1号，210095

摘要

蜡样芽孢杆菌是一种主要与富含碳水化合物的食物相关的食源性病原体。当前的研究重点在于如何在保持食品质量的同时，有效抑制被蜡样芽孢杆菌污染的食品。本研究以瑞士乳杆菌 NX2-6中发现的helveticin NX371作为主要研究对象。通过分析其进化关系、构建祖先序列、模拟蛋白质结构以及分子动力学等方法，研究发现helveticin NX371的活性中心由Glu50和Asp81组成，这两个位点与溶菌酶的活性位点一致。随后，利用动力学数据对蛋白质进行了合理设计，以改变helveticin NX371活性中心的疏水性，并增加能够与底物形成氢键的氨基酸数量。最终成功培育出E82L+A290N突变体，其溶菌酶活性提高了246%。该突变体对蜡样芽孢杆菌的最小抑制浓度（MIC）比野生型helveticin NX371降低了16.4%。本研究证明了基于蛋白质结构预测和分子动力学模拟的理性蛋白质设计方法能够有效提升helveticin NX371的溶菌酶活性。这些发现为抗菌蛋白的设计提供了新的思路，并提出了预防和控制食源性病原体（尤其是蜡样芽孢杆菌）的创新策略。

引言

蜡样芽孢杆菌是一种常见于多种自然环境中的革兰氏阳性细菌¹。它具有显著的环境适应性和抵抗力，能够在高温、紫外线辐射和化学消毒剂等极端条件下存活²。这种微生物是导致食源性疾病的常见病原体，主要表现为呕吐和腹泻症状³。这些食源性疾病的根本原因是蜡样芽孢杆菌产生的肠毒素，这些毒素耐热性强，在高温下仍具有活性。蜡样芽孢杆菌的孢子能够在米饭和米线等食品中产生毒素，从而导致食物中毒事件^{4, 5}。在美国，每年约有63,000例由蜡样芽孢杆菌引起的食源性疾病报告，其中炸饭是主要的传播媒介^{6, 7}。同样，在中国，蜡样芽孢杆菌是导致食源性疾病暴发的第四大常见细菌⁸。2010年至2020年间，中国发生了超过400起与蜡样芽孢杆菌相关的疫情，导致至少7,892例病例、2,786人住院和5人死亡^{6, 9}。由于方便性和适合现代快节奏的生活方式，预加工米饭越来越受到消费者的欢迎，尤其是年轻人群体。预加工米饭市场正在迅速扩张，2023年的市场规模达到32.56亿元人民币，同比增长率为7.99%。尽管有这些优势，但作为富含碳水化合物的食品，预加工米饭容易受到蜡样芽孢杆菌的污染^{8, 10}。在无法进行超高温（UHT）灭菌的预加工食品中，苯甲酸和山梨酸等化学防腐剂仍是延长保质期的主要手段。然而，使用这些防腐剂存在抗微生物耐药性发展和潜在的健康/环境问题。在这种背景下，细菌素等抗菌肽成为解决这些问题的有希望的替代品。特别是来自乳酸菌的细菌素对蜡样芽孢杆菌表现出明显的抑制作用^{11, 12, 13}。例如，由植物乳杆菌产生的plantaricin JLA-9能够显著抑制蜡样芽孢杆菌，通过破坏其细胞膜的完整性来干扰其氧化代谢活动和孢子形成¹⁴。此外，环状细菌素如Bacicyclicin XIN-1和cerecyclin也被证明能抑制蜡样芽孢杆菌的孢子形成¹⁵。其他研究还表明，Subtilisin L和Plantaricin GZ1-27等细菌素也对蜡样芽孢杆菌具有抑制作用^{16, 17}。在之前的研究中，我们从瑞士乳杆菌 NX2-6中成功分离并表征了一种III类细菌素helveticin NX371¹⁸。这种细菌素具有广谱抗菌活性，能有效抑制革兰氏阴性和阳性细菌；同时具有较宽的pH耐受范围，显示出广泛的应用潜力
为了提高helveticin NX371的效力，本研究旨在利用蛋白质理性设计方法预测其活性位点，并设计出更有效的抗菌蛋白以增强其对蜡样芽孢杆菌的抑制效果。随后，我们将有意将蜡样芽孢杆菌接种到预煮米饭中，以评估helveticin NX371的抑制效果。

研究片段

分子伴侣蛋白可提高helveticin NX371的溶解度

从瑞士乳杆菌 NX2-6中分离出一种III类细菌素（helveticin NX371），并在大肠杆菌中通过包涵体表达/复性方法进行了测试。该细菌素具有类似溶菌酶的活性，并对革兰氏阳性细菌（如金黄色葡萄球菌和蜡样芽孢杆菌）表现出强烈的抗菌效果，表明其可作为食品防腐剂的替代品。然而，研究发现复性后的helveticin NX371在不同批次之间存在稳定性差异（图2）。分子筛测试显示复性过程会导致

讨论

传统的食品防腐剂如苯甲酸钠、山梨酸钾和亚硫酸盐虽然常见，但可能引发多种健康问题，无法满足消费者对更健康产品的需求^{19, 20}。因此，开发安全、高效且可降解的防腐剂是食品保存研究的关键方向^{21, 22}。乳酸菌产生的细菌素具有广谱抗菌活性和高效力，例如nisin、sakacin和plantaricin等化合物

材料与菌株

用于细菌培养和蛋白质表达的Luria-Bertani（LB）培养基购自青岛海博生物技术有限公司。N-乙酰葡萄糖胺（NAG）和Micrococcus lysodeikticus购自Sigma-Aldrich有限公司。Tobacco etch病毒（TEV）蛋白酶、高保真度DNA聚合酶及无缝克隆试剂盒购自Takara Biotechnology有限公司。