动物双歧杆菌BF052冻干应激转录分析与香蕉豆薯益生元大豆粉合生制剂的开发

本研究揭示了动物双歧杆菌BF052在冻干过程中氧化应激基因(mutT/rnr)与温度应激基因(groES2/clp1/csp家族)的显著上调机制(p<0.05)，开发出含5%香蕉/豆薯粉的大豆基合生制剂，其益生菌存活率>90%(108CFU/g)、抗氧化活性显著提升，为热带稳定型功能食品开发提供分子与工艺双重证据。

　　

Highlight

基因在冻干过程中对抗氧化应激的机制

通过四种实验条件评估动物双歧杆菌乳亚种BF052在冻干过程中的氧化应激响应：单独BF052、BF052+豆奶、BF052+豆奶经-80°C冷冻、BF052+豆奶冻干样品。氧化应激是双歧杆菌在工业加工（尤其有氧和干燥条件）中存活的关键限制因素。实时荧光定量PCR显示，与未处理细胞相比，冻干样品中mutT（编码核苷三磷酸焦磷酸水解酶）和rnr（编码核糖核苷酸还原酶）的表达显著上调(p<0.05)。mutT通过防止氧化鸟嘌呤掺入DNA来维护基因组完整性，而rnr通过提供脱氧核糖核苷酸支持DNA修复合成。这些发现证实BF052通过激活DNA修复机制应对冻干诱导的氧化损伤。

基因在冻干过程中对抗温度应激的机制

温度波动（特别是冷冻与解冻循环）会引发细胞膜相变、蛋白质变性和冰晶形成。热休克蛋白基因groES2（编码分子伴侣）和clp1（编码ATP依赖性蛋白酶）在冻干后期显著上调，表明它们通过促进错误折叠蛋白的再折叠与降解来维持蛋白质稳态。冷休克蛋白csp1和csp2作为RNA chaperones，在冻干初期显著高表达(p<0.05)，通过稳定转录本结构维持翻译效率。这些基因的协同调控揭示了BF052应对温度应激的多层次防御策略。

冻干合生元制剂的理化特性

含5%(w/v)香蕉或豆薯粉的豆奶基配方显示最佳功能特性：水分活度(0.23–0.28)和水分含量(3.5–4.2%)符合粉剂稳定性标准；粒径分布集中(D50=85.3μm)；溶解度高达65.4%。香蕉配方因果糖含量较高显示略低的玻璃态转变温度(T_g)，但所有样品在25°C储存时均保持无定形态，表明物理稳定性良好。

益生菌存活率与储存稳定性

冻干后所有配方的益生菌存活率>90%，活菌数维持在10⁸CFU/g以上。在25°C和4°C储存28天后，含植物粉的配方活菌数下降<1 log CFU/g，显著优于无预益生菌的对照组(p<0.05)。香蕉与豆薯配方间无统计差异(p>0.05)，证明两种植物材料均可有效支持益生菌稳定性。

抗氧化活性分析

DPPH自由基清除率、总酚与黄酮含量在豆奶+5%植物粉组中最高(p<0.05)。香蕉配方显示更高黄酮含量(12.7mg QE/g)，而豆薯配方酚酸含量更突出(9.8mg GAE/g)。在25°C储存下黄酮稳定性优于4°C，可能与低温沉淀效应有关。抗氧化活性与酚类物质呈强正相关(r²>0.89)。

Conclusions

本研究有力证实了将动物双歧杆菌乳亚种BF052与豆奶及低浓度香蕉/豆薯粉结合开发冻干合生元制剂的可行性。转录组分析表明关键氧化应激基因(mutT, rnr)和温度应激基因(groES2, clp1, csp家族)在冻干初期显著上调。配方优化证实5%植物粉浓度在维持益生菌存活率(>90%)、增强抗氧化活性及改善粉体特性方面效果最优。该研究为开发热带稳定型植物基功能食品提供了分子机制与工艺实践的双重支持。