分离自传统酸奶的候选益生菌乳酸乳球菌 HBM-IAUF-8 的整合高效液相色谱有机酸谱分析、功能特性表征、安全性评估、抗菌活性及高斯过程回归建模

《Journal of Food Measurement and Characterization》：Integrated HPLC-based organic acid profiling, functional characterization, safety evaluation, antimicrobial activity, and gaussian process regression modeling of the probiotic candidate Lactococcus lactis HBM-IAUF-8 isolated from traditional yogurt

　　

摘要

乳酸乳球菌 广泛用于发酵食品中，但其功能和益生菌特性因菌株而异且变化很大。本研究评估了从传统酸奶中分离出的L. lactis HBM-IAUF-8 的益生菌潜力、有机酸谱、功能活性以及与安全相关的特性。进行了一系列全面的体外实验，包括胁迫耐受性、模拟胃肠道存活率、细胞表面特性、抗菌和抗生物膜活性、毒力基因表达调控、抗氧化能力、有机酸谱、胆固醇摄取、MTT 细胞系生物活性以及抗生素敏感性测试。该菌株表现出对酸性和胆汁环境的显著耐受性，在模拟胃液（pH 2.5, 2 小时）中的存活率为 57.5 ± 2.7%，在模拟肠液（pH 7.5 + 0.3% 胆汁，4 小时）中的存活率为 79.8 ± 2.4%。观察到强烈的自聚集（24 小时时为 74.5 ± 2.7%）和显著的疏水性，表明其具有良好的上皮细胞相互作用潜力。无细胞上清液显著抑制了S. aureus 生物膜的形成，在 4 × MIC 条件下将成熟生物膜减少至 14.2 ± 0.5%，并下调了与毒力相关的基因，如agr（37.0 ± 0.8%）。在 ABTS 测定中记录了高抗氧化活性（81.0 ± 1.7%），且胆固醇摄取强烈依赖于胆汁，在补充胆汁的条件下，水平降低至 55.8 ± 2.9 μg/mL。抗生素敏感性测试显示了抑菌圈，支持了初步的安全性概况。此外，L. lactis 显示出高效的同型乳酸发酵产生乳酸（23.11 g/L），伴有少量的乙酸和甲酸共同生产，在 36 小时时达到最佳后生元产量，并伴随强烈的酸化（pH 3.88）。安全性评估还显示溶血素产生、DNase 活性和生物胺形成均为阴性结果，进一步确认了该菌株的非致病菌本质。在第二阶段，应用高斯过程回归（GPR）来预测关键的生化参数，包括酸度和胆汁耐受性。该模型表现出极高的准确性，训练和测试数据集的平均绝对百分比误差（MAPE）低于 0.32%，R² 值达到 0.99，确认了其具备可靠的概率预测能力且过拟合程度最小。这些发现共同支持了L. lactis HBM-IAUF-8 作为有前景的益生菌或生物保护候选菌株的潜力，并强调了 GPR 在功能性食品开发中用于改进过程控制和质量保证的价值。