纳米乳液增强了西班牙马郁兰精油对菠菜叶上单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）和大肠杆菌O157:H7的抗菌效果

《International Journal of Food Microbiology》：Nanoemulsion enhances antimicrobial efficacy of Spanish marjoram essential oil against Listeria monocytogenes and E. coli O157:H7 on spinach leaves

维生素B12生产优化：研究在麦芽提取物培养基中探究不同浓度的核黄素（RF）和烟酰胺（NAM）对propionibacterium freudenreichii DSM 20271维生素B12合成的影响。结果显示，RF≥3 μM与NAM 27 mM的联合补充显著提升B12产量（3.5倍），转录组分析表明RF合成基因受反馈抑制，而B12合成基因表达稳定，说明代谢途径优化是主因。同时需注意NAM的安全摄入上限。

　　### 解读与分析：利用维生素前体提升维生素B12产量的研究

在微生物发酵领域，维生素B12的生产一直是一个备受关注的研究方向。维生素B12是一种重要的营养素，对维持人体健康具有重要作用，特别是在神经功能、红血球生成和DNA合成方面。由于其在某些食品中的天然含量较低，特别是植物性食品中，维生素B12的补充需求日益增加。因此，探索通过微生物发酵来增强维生素B12的产量，成为一种可行的自然补充方法。

本研究聚焦于**Propionibacterium freudenreichii**这一广泛应用于瑞士奶酪制造的乳酸菌，探讨其在不同维生素前体补充条件下的维生素B12生产能力。P. freudenreichii不仅在传统食品工业中具有重要地位，还因其能够合成维生素B12而被视为具有工业价值的微生物。然而，维生素B12的合成过程涉及复杂的代谢路径，因此对其调控机制的研究具有重要意义。

---

### 维生素B12的合成与前体作用

维生素B12的合成过程涉及多个步骤，其中**5,6-二甲基苯并咪唑（DMBI）**是该过程中一个关键的中间产物，它作为维生素B12的“下位配体”参与最终的合成。在P. freudenreichii中，DMBI的合成依赖于**核黄素（RF）**这一前体，而**烟酰胺（NAM）**则被发现能够促进DMBI的激活，从而提高维生素B12的产量。因此，RF和NAM在维生素B12合成过程中扮演着重要角色。

本研究通过在**麦芽提取物（ME）**为基础的模型培养基中添加RF和NAM，系统地评估了这两种前体对维生素B12合成的影响。ME是一种模拟食品环境的培养基，能够提供适合P. freudenreichii生长的条件。研究中还测试了添加乳酸和胰蛋白胨（L+T）对菌体生长和B12产量的影响，最终发现添加乳酸和胰蛋白胨的组合能够显著提高菌体生长和B12产量，这表明营养物质的补充对菌体代谢具有积极作用。

---

### 培养基优化与B12产量提升

为了进一步研究RF和NAM对B12合成的影响，研究人员优化了培养基成分，使其在营养成分上接近实际食品环境，同时尽可能减少天然存在的维生素含量。通过比较不同培养基（ME、ME+L、ME+T、ME+L+T）的生长情况和B12产量，发现**ME+L+T**培养基在促进菌体生长和B12产量方面表现最佳。该培养基不仅提供了更丰富的碳源和氮源，还维持了适宜的pH值（约5.3），这有助于DMBI的合成和激活。

在ME+L+T培养基中，随着RF浓度的增加，B12产量显著上升。特别是在**3 μM**和**40 μM**的RF浓度下，B12产量分别提高了41%和79%。这表明RF在维生素B12合成中具有重要的作用，其浓度对B12产量的影响呈剂量依赖性。相比之下，NAM的作用则更为特定，只有在**27 mM**的浓度下才表现出显著的B12增强效果。这一发现说明，NAM虽然能够促进DMBI的激活，但其作用需要较高的浓度才能发挥最大效果。

---

### 菌体代谢与营养物质利用

为了深入了解RF和NAM对菌体代谢的影响，研究人员还监测了这些物质在培养基中的利用情况。结果显示，**RF被有效消耗**，尤其是在3 μM的补充浓度下，其浓度下降明显，表明菌体对RF的摄取和代谢能力较强。而NAM则在培养基中被完全转化为烟酸（NA），这说明NAM在菌体代谢中主要作为辅酶参与DMBI的激活，而不是直接参与RF的代谢。

此外，研究还发现，**DMBI的补充并未显著提升B12产量**，这进一步支持了RF和NAM在B12合成中的重要性。DMBI作为一种中间产物，其合成依赖于RF的存在，而NAM则有助于其激活。因此，外源性DMBI的添加并不能替代RF和NAM的作用，反而可能因为其快速转化为其他物质而无法直接提升B12产量。

---

### 转录组学分析揭示调控机制

为了进一步揭示RF和NAM如何影响B12合成，研究团队进行了**转录组学分析**，即通过RNA测序（RNA-seq）技术评估了这些前体对菌体基因表达的影响。结果显示，**RF生物合成基因显著下调**，这可能与反馈抑制有关。当外源性RF浓度升高时，菌体自身的RF合成能力受到抑制，从而将更多资源投入到B12的合成过程中。

相比之下，**B12合成相关基因的表达保持稳定**，这表明B12的产量提升主要发生在代谢层面，而非转录调控层面。这种现象与之前的观察一致，即B12合成的调控主要依赖于代谢通路的优化，而不是基因表达水平的变化。此外，**hemL2基因**（与血红素合成相关）也表现出显著的下调，这可能意味着在补充条件下，菌体更倾向于将资源分配到维生素B12合成，而非血红素合成。

研究还发现，**氮代谢相关基因被显著抑制**，这可能与补充的RF和NAM提供了足够的营养物质有关。当菌体能够通过外源性前体获得足够的代谢资源时，其对氮的摄取需求减少，从而导致相关基因的表达水平下降。这种代谢调整有助于提高B12合成效率，但同时也表明，补充前体需要在代谢需求和营养平衡之间找到合适的点。

---

### 潜在应用与安全性考量

尽管RF和NAM能够显著提升维生素B12的产量，但它们在食品中的应用仍需谨慎。特别是NAM，其在体内的代谢产物烟酸（NA）具有一定的安全上限。根据国际食品科学委员会（SCF）的建议，成年人每日的烟酸摄入上限为10毫克，而NAM的上限则高达900毫克。这意味着，若在食品中直接使用高浓度的NAM，可能会导致NA的过量摄入，从而对健康产生不利影响。

因此，研究提出，**在食品应用中，NAM的浓度应控制在安全范围内**，例如0.25 mM（约3毫克/100毫升）。虽然实验中使用的27 mM NAM浓度显著提升了B12产量，但这种浓度可能超出安全标准。这提示未来的研究需要探索在安全浓度下如何优化B12合成效率，例如通过结合RF的补充，或利用特定菌株的代谢特性进行调整。

---

### 菌体生长与代谢产物的变化

除了B12产量的提升，研究还关注了菌体的生长情况和代谢产物的变化。实验发现，**RF和NAM的补充对菌体的生长影响较小**，仅在某些条件下略微改变OD600值（即菌体浓度），但对细胞生物量的提升不显著。这表明，B12产量的提升主要来源于代谢效率的提高，而非菌体数量的增加。

此外，**糖类和有机酸的代谢**也受到补充条件的影响。在ME+L+T培养基中，菌体能够完全利用乳酸和葡萄糖，而果糖则未被显著代谢。这可能与菌体的代谢偏好有关，即其更倾向于利用乳酸作为碳源。同时，乙酸和丙酸在所有补充条件下均被积累，这可能是菌体在发酵过程中产生的副产物。

---

### 研究的局限性与未来方向

尽管本研究提供了重要的信息，但仍存在一些局限性。例如，**未进行基因敲除或过表达实验**以验证某些差异表达基因的具体功能。虽然转录组学分析揭示了RF和NAM对菌体代谢和基因表达的影响，但这些变化的生物学意义仍需进一步研究。未来的工作可以结合基因功能验证，探索特定基因在B12合成调控中的作用。

此外，**实际食品应用中的复杂性**也需要进一步考虑。在食品环境中，维生素前体的浓度可能受到多种因素的影响，如pH值、其他营养物质的存在、微生物的协同作用等。因此，未来的优化应结合实际食品的成分，寻找最合适的补充策略。

---

### 总结与意义

综上所述，本研究通过系统分析**RF和NAM对P. freudenreichii DSM 20271的维生素B12合成能力的影响**，揭示了这些前体在促进B12生产中的关键作用。研究发现，**RF的浓度≥3 μM能够显著提升B12产量**，而**NAM则在27 mM时表现出最佳效果**。这些结果不仅为提高维生素B12的生物合成效率提供了理论依据，也为食品工业中实现自然B12强化提供了新的思路。

同时，研究强调了**在实际应用中平衡代谢增强与安全性的必要性**。虽然高浓度的NAM能够显著促进B12合成，但其代谢产物烟酸的摄入量需控制在安全范围内。因此，未来的优化应关注如何在保证B12产量的同时，确保补充物质的安全性。

本研究的成果不仅有助于理解P. freudenreichii的代谢机制，也为开发**清洁标签食品**和**植物性食品中的B12强化策略**提供了科学支持。随着人们对天然营养补充的需求增加，这类研究将为食品工业和营养学领域带来重要的应用价值。