角质酶产生型芽孢杆菌固态发酵提升玉米蛋白粉小肽含量及改善微生物群落与代谢产物的研究

本研究针对玉米蛋白粉(CGW)作为优质植物蛋白源的应用受限问题，通过筛选产角质酶的Bacillus subtilis LDJ01和B. siamensis LDJ02混合菌液(SS)，开发了高效固态发酵工艺。结果表明：SS发酵显著提升CGW小肽含量并替代昂贵角质酶，同时抑制Pantoea等致病菌，促进短链脂肪酸(SCFAs)、谷胱甘肽等有益代谢物富集，为植物蛋白资源开发提供新策略。

　　

研究背景
玉米蛋白粉(CGW)作为植物源性优质蛋白的潜力一直被业界关注，但其大分子蛋白质的低消化率和加工成本制约了应用价值。传统角质酶处理虽能提升蛋白水解效率，但高昂的生产成本成为产业化瓶颈。与此同时，发酵过程中病原微生物污染和风味物质调控也是食品工业面临的共性挑战。

针对这一系列问题，国内某研究机构的研究人员创新性地从微生物资源入手，成功分离出两株高产角质酶的芽孢杆菌——Bacillus subtilis LDJ01和B. siamensis LDJ02，通过混合菌液(SS)固态发酵技术，系统评估了其对CGW-麦麸混合物(CGW)的改良效果。这项发表于《International Journal of Food Microbiology》的研究，为低成本开发生物活性肽富集的功能性植物蛋白提供了全新解决方案。

关键技术方法
研究采用菌株分离筛选、混合菌液(SS)固态发酵、LC-MS/MS代谢组学分析等技术。通过比较单一菌株与SS发酵效果，结合宏基因组学和气相色谱(GC)测定短链脂肪酸(SCFAs)，系统评估了CGW的营养改良和微生物群落调控作用。

研究结果

1. 菌株筛选与发酵效率
   分离的LDJ01和LDJ02混合发酵时，角质酶活性较单菌提升2.1倍，使CGW小肽(<3 kDa)含量增加47.8%，显著优于商业角质酶处理组。

2. 微生物群落调控
   SS发酵抑制了Pantoea（相对丰度降低82%）和Pseudomonas等致病菌，同时促进乳酸菌等有益菌增殖，菌群α多样性指数(Shannon)提升1.3倍。

3. 代谢产物分析
   检测到SCFAs（乙酸、丙酸）含量增加3.5倍，抗氧化物质谷胱甘肽(GSH)和乳糖酸(lactobionic acid)显著富集，异味物质2-乙基己醇含量降低67%。

4. 代谢通路解析
   KEGG分析显示，氨基酸代谢（如缬氨酸降解通路）和脂质代谢（如亚油酸代谢）是主要变化通路，涉及12种关键差异代谢物。

结论与意义
该研究首次证实混合芽孢杆菌SS发酵可替代角质酶实现CGW的高效改良。通过微生物群落精准调控和代谢网络重构，同步解决了蛋白水解效率、食品安全和风味改良三大难题。特别是SCFAs和GSH的协同富集，为开发具有肠道健康调节功能的植物蛋白饲料或食品添加剂提供了理论依据。研究建立的低成本固态发酵工艺，对推动农业副产物高值化利用具有重要示范意义。