温和酸性应激通过激活碳水化合物转运与代谢提升肠膜明串珠菌WiKim0121冻干存活率

本研究发现调控发酵pH至5.0可显著提升肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）WiKim0121的冻干存活率（89%），其机制涉及细胞膜环丙烷脂肪酸（CFA）含量上升至7%及应激响应通路（如磷酸转移酶系统PTS、丙酮酸代谢和碳水化合物转运）的基因上调表达。该策略为强化乳酸菌（LAB）工业化应用提供了关键理论依据和技术支撑。

　　

Highlight

发酵pH调控显著影响肠膜明串珠菌WiKim0121的冻干（FD）抗性。pH 5.0条件下获得最高存活率（89%），同时伴随细胞膜环丙烷脂肪酸（CFA）比例显著提升至7%（以C17:0 cyclo为主）。转录组分析揭示应激响应通路（包括磷酸转移酶系统PTS、丙酮酸代谢和碳水化合物转运）基因上调表达，表明酸性预处理通过激活代谢通路增强细胞膜稳定性与FD耐受性。

Effect of fermentation pH on cell growth and FD survival of Leu. mesenteroidesWiKim0121

不同发酵pH条件下，收获后的活菌数存在显著差异。pH 6.0时获得最高菌量（6.73 × 10⁹ CFU/mL），但pH 5.0培养物在冻干后存活率最高（89%），显著优于其他组（p < 0.05）。未调控pH的对照组存活率最低（36%）。pH 5.0培养还显著提高了细胞膜中环丙烷脂肪酸（CFA）的比例（7%），其他pH条件下CFA占比均低于3%。

Discussion

发酵是微生物利用底物生产高价值产物的核心代谢过程。工业化发酵需兼顾细胞产量与抗逆性，pH调控是一种低成本、高效的应激预处理策略。本研究通过脂肪酸组学与转录组学联合分析，证实酸性应激通过重塑细胞膜脂质结构（提升CFA占比）并激活碳水化合物转运与代谢相关基因（如PTS系统），协同增强肠膜明串珠菌对冻干过程中冷冻与渗透胁迫的抗性。该发现为开发高稳定性乳酸菌 Starter culture 提供了分子基础与工艺优化方向。

Conclusion

调控发酵pH至温和酸性（pH 5.0）可有效提升肠膜明串珠菌WiKim0121的冻干存活率，其机制涉及细胞膜稳定性强化（CFA积累）及碳水化合物代谢通路激活。本研究为乳酸菌抗逆性调控提供了理论与实践依据，推动发酵菌剂的工业化应用。