共培养丙酸杆菌与长双歧杆菌BB536提升大豆乳清中益生菌生长及代谢物含量的研究

本研究针对营养匮乏的大豆乳清基质中人类肠道常驻双歧杆菌生长受限的难题，创新性地采用丙酸杆菌（P. freudenreichii）与长双歧杆菌（B. longum subsp. longum BB536）共培养策略。研究发现，共培养显著提升BB536活菌数（~2 log CFU/mL），促进短链脂肪酸（SCFA）和维生素B12的合成，并提前2天达到B12峰值。该成果为无添加大豆乳清的功能性转化提供了新思路，对开发新型益生菌饮料具有重要意义。

　　

在追求健康饮食的今天，益生菌因其对肠道微生态的调节作用备受关注。然而，一个长期困扰研究人员的难题是：许多对人类健康至关重要的肠道常驻双歧杆菌（Human Residential Bifidobacteria, HRB）在营养匮乏的食品基质中难以存活和增殖。以大豆加工副产品——大豆乳清为例，这种富含植物蛋白但碳水化合物含量低的基质，往往需要额外添加营养物质才能支持益生菌生长，这大大限制了其在功能性食品开发中的应用价值。

针对这一挑战，新加坡国立大学食品科学与工程系的研究团队开展了一项创新性研究，探索丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii）与长双歧杆菌（Bifidobacterium longum subsp. longum BB536）在大豆乳清中的协同作用。这项发表在《The Microbe》上的研究成果，为解决无添加条件下益生菌培养难题提供了新方案。

研究人员采用了多组学联用的技术路线：通过细菌共培养实验比较单菌与混菌体系的生长曲线；利用高效液相色谱（HPLC）分析糖类、有机酸和异黄酮代谢谱；结合氨基酸分析仪和固相萃取-色谱联用技术定量维生素B₁₂；采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）解析挥发性成分变化；最后通过主成分分析（PCA）整合代谢特征。

生长动力学研究揭示协同效应
单菌培养时，BB536在大豆乳清中24小时内即进入衰亡期，而共培养体系使其活菌数提升2个数量级，最高达8.22 log CFU/mL。丙酸杆菌则表现出稳定的生长特性，单菌与共培养的最终菌量无显著差异。这种"单向促进"现象暗示丙酸杆菌可能通过分泌双歧生长刺激因子（Bifidogenic Growth Stimulators, BGS）或消耗溶解氧来改善微环境。

代谢重编程促进产物积累
糖代谢分析显示，共培养体系能有效利用大豆乳清中的蔗糖（单菌无法利用），推动葡萄糖和果糖消耗。短链脂肪酸（SCFA）谱发生显著变化：共培养组的乙酸（0.57 g/L）和丙酸（0.34 g/L）含量分别比单菌组提高18.7%和41.7%。值得注意的是，苹果酸在共培养中快速消耗，提示Wood-Werkman循环（丙酸杆菌特有的代谢通路）与三羧酸循环（TCA）的协同激活。

维生素B₁₂合成的时间优势
虽然最终产量无显著差异（共培养5.10 μg/L vs 单菌4.89 μg/L），但共培养使维生素B₁₂积累峰值提前2天出现。冷冻-解冻实验揭示90%的B₁₂存在于菌体细胞内，这种胞内储存方式可能增强稳定性。氨基酸代谢组显示，共培养显著消耗天冬氨酸、甘氨酸等B₁₂合成前体，暗示营养竞争可能限制产量进一步提升。

风味与功能成分的协同改良
共培养使异黄酮苷元含量增加67.8%，尤其是具有雌激素活性的染料木素（genistein）。挥发性组分分析表明，共培养能有效降解大豆特征性"豆腥味"物质（如己醛），同时产生奶油香味的中链脂肪酸（如壬酸）。主成分分析（PCA）确认共培养形成独特的代谢指纹，与单菌培养显著分离。

这项研究首次系统阐释了丙酸杆菌与长双歧杆菌在大豆乳清中的代谢互作机制。共培养不仅解决了HRB在贫营养基质中的存活难题，还实现了SCFA和维生素B₁₂的协同增产。从应用角度看，该策略无需昂贵添加剂即可将大豆加工废液转化为富含益生菌和生物活性物质的功能性基质，为可持续食品开发提供了范例。未来研究可进一步解析钴离子限制条件下B₁₂合成的调控网络，以及共培养体系对肠道微生态的级联影响。这些发现对推动植物基功能性食品创新具有重要指导价值。