# 中文标题 源自本土水果的具有益生菌潜力及血管紧张素转换酶I抑制活性的乳酸菌

《Probiotics and Antimicrobial Proteins》：Indigenous Fruit-Derived Lactic Acid Bacteria with Probiotic Potential and Angiotensin-Converting Enzyme I Inhibitory Activity

　　

# 中文摘要翻译

从自然生态位中勘探乳酸菌（LAB）是功能性食品开发的一种策略。水果是适应酸性环境的乳酸菌的重要来源。本研究评估了从米纳斯吉拉斯州生物群落本土水果中分离的乳酸菌的益生菌及生物技术潜力。从pequi（*Caryocar brasiliense*）和tree tomato（*Solanum betaceum*）中分离出13株菌株，分别鉴定为*Leuconostoc mesenteroides*（MQ389、MQ395、MQ396、MQ397、MQ398和MQ402）、*Weissella cibaria*（MQ391和MQ404）、*Pediococcus pentosaceus*（MQ392和MQ390）、*Enterococcus faecalis*（MQ403）、*Lacticaseibacillus paracasei*（MQ393）和*Lactiplantibacillus plantarum*（MQ394）。9株乳酸菌表现出γ-溶血特性。在抗菌药物敏感性评估中，所有菌株均对氯霉素敏感。MQ391对全部9种受试抗菌药物均敏感。MQ393在37°C下的自聚集率为26.37%，与*E. coli*的共聚集率大于81%。疏水性结果未超过7.49%（MQ390）。7株乳酸菌在模拟胃肠道条件后维持计数高于8.0 log CFU/mL。仅MQ402对*Staphylococcus aureus*表现出中度拮抗活性。受试乳酸菌通过产生胞外多糖和β-半乳糖苷酶、蛋白水解活性以及不产生明胶酶而展现出技术潜力。所评估菌株表现出良好的功能特性，各菌株的ACE-I抑制活性均高于80%，且9株中有7株（77.78%）定性检测到BSH活性。米纳斯吉拉斯州生物群落水果来源的本土乳酸菌在发酵食品应用中展现出良好的应用前景。

# 论文解读

## 一、研究背景与科学问题

乳酸菌（Lactic Acid Bacteria, LAB）在食品发酵中扮演着核心角色，通过将碳水化合物转化为乳酸，进而酸化环境并抑制病原菌和腐败微生物的生长。除增强微生物安全性外，乳酸菌还影响食品的感官特性，包括质构和风味。更重要的是，部分乳酸菌还表现出功能性和益生菌特性。

益生菌被定义为当足量施用时能够赋予宿主健康益处的活微生物。要被视为益生菌，乳酸菌必须证明其具备特定的功能特性，包括耐受胃液和胆汁盐的能力、黏附肠上皮细胞的能力以及在胃肠道（Gastrointestinal Tract, GIT）中持续存活的潜力，从而发挥其有益作用。从水果中分离的乳酸菌天然适应富含果糖和酸性的环境，这种适应可能与其细胞壁的结构特征相关，后者赋予菌株更强的环境胁迫抗性，并可能增强其对胃肠道严苛条件的耐受性。

巴西米纳斯吉拉斯州是少数横跨三个不同生物群落的州之一，包括塞拉多（Cerrado）、大西洋森林（Atlantic Forest）和卡廷加（Caatinga），蕴藏着丰富的本土水果物种多样性。然而，目前对这些独特生态系统中本土水果来源的乳酸菌的益生菌潜力及生物技术应用价值的系统研究仍相对有限。考虑到该州丰富的生物多样性及其支持的各种本土水果作为益生菌乳酸菌分离来源的潜力，加之市场对含有天然适应植物基质的微生物的植物基发酵饮料需求日益增长，开展本研究具有重要的科学意义和应用价值。

## 二、研究目的

本研究旨在评估从米纳斯吉拉斯州生物群落的本土水果中分离的乳酸菌的益生菌潜力，这些水果包括腰果（*Anacardium occidentale*）、苏里南樱桃（*Eugenia uniflora*）、嘉宝果（*Plinia cauliflora*）、pequi（*Caryocar brasiliense*）和tree tomato（*Solanum betaceum*）。此外，研究还探讨了这些菌株与生物技术应用及促进人类健康相关的功能特性。

## 三、主要关键技术方法

研究人员从巴西米纳斯吉拉斯州当地零售市场购买了五种本土水果样品。采用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）技术对分离菌株进行物种水平鉴定。在安全性评估方面，通过血平板溶血试验检测溶血活性，并采用纸片扩散法评估菌株对9种抗菌药物的敏感性。在功能特性评估方面，通过分光光度法测定自聚集率、共聚集率和细胞表面疏水性；采用“spot-on-the-lawn”方法检测对指示病原菌的拮抗活性；通过模拟胃液和肠液连续胁迫试验评估胃肠道耐受性；通过ONPG纸片法检测β-半乳糖苷酶活性；通过改良MRS培养基培养评估胞外多糖（Exopolysaccharide, EPS）产生能力；利用明胶液化试验检测明胶酶活性；以含5% UHT牛奶的MRS培养基评估蛋白水解活性。在体外有益效应评价方面，采用荧光法测定血管紧张素转换酶I（Angiotensin-Converting Enzyme I, ACE-I）抑制活性，并通过胆盐沉淀法检测胆汁盐水解酶（Bile Salt Hydrolase, BSH）活性。数据采用方差分析（ANOVA）及Tukey检验或Student–Newman–Keuls检验进行多重比较，并运用主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）对菌株特征进行探索性分类。

## 四、研究结果

### 4.1 乳酸菌表型鉴定与物种鉴定

从腰果、苏里南樱桃和嘉宝果中未分离出乳酸菌。从pequi中分离出13株菌株，从tree tomato中分离出3株菌株，均表现为革兰氏阳性、过氧化氢酶阴性。除*Pediococcus pentosaceus* MQ390呈杆菌形态外，其余菌株均为球菌。经MALDI-TOF MS鉴定，6株为*Leuconostoc mesenteroides*（MQ389、MQ395、MQ396、MQ397、MQ398和MQ402），2株为*Weissella cibaria*（MQ391和MQ404），此外还包括*Pediococcus pentosaceus*（MQ392）、*Enterococcus faecalis*（MQ403）、*Lacticaseibacillus paracasei*（MQ393）和*Lactiplantibacillus plantarum*（MQ394）各1株。

### 4.2 乳酸菌安全性评估

在溶血活性方面，13株受试菌株中，30.77%（4株）的分离株表现出α-溶血特性，且均属于*L. mesenteroides*物种（MQ395、MQ396、MQ397和MQ398）；69.23%（9株）的乳酸菌表现为γ-溶血。由于α-溶血菌株不符合益生菌安全性标准，这4株菌未进入后续功能特性测试。在抗菌药物敏感性方面，所有乳酸菌均对氯霉素敏感，84.62%（11株）对氨苄青霉素敏感。万古霉素（76.92%）、卡那霉素（61.53%）和庆大霉素（46.15%）是耐药率最高的抗菌药物。MQ391对全部9种受试抗菌药物均表现为敏感。

### 4.3 功能特性评价

在自聚集能力方面，37°C下观察到最低值1.65%（MQ404）和最高值26.37%（MQ393）。较高的自聚集值主要集中于37°C，包括MQ393（26.37%）、MQ389（25.98%）和MQ390（20.62%），而MQ403在42°C下达到24.30%。在疏水性方面，MQ390（7.49%）和MQ393（7.14%）表现最高，MQ402最低（0.26%）。

在共聚集能力方面，结果范围为29.25%（MQ404）至96.96%（MQ394）。MQ393对*E. coli*表现出最高共聚集率（81.60%），对*Salmonella* Typhimurium的共聚集率未超过65.00%。与指示乳酸菌*Lbs. paracasei* GV17的共聚集率普遍最高。MQ393和MQ394表现出优异的广谱共聚集能力。在拮抗活性方面，仅MQ402对*S. aureus*表现出中度拮抗活性。

在模拟胃肠道耐受性方面，MQ392在胃相中减少了5.0 log CFU/mL，360分钟后计数低于4.0 log CFU/mL；MQ393在360分钟后减少了5.67 log CFU/mL。相比之下，MQ389、MQ390、MQ391、MQ394、MQ402、MQ404和MQ403在模拟胃肠道条件后维持了高于8.0 log CFU/mL的计数。

在技术特性方面，9株非溶血菌株中，MQ394、MQ392和MQ389未表现出β-半乳糖苷酶的推定产生；MQ390、MQ392和MQ403在所有受试补充物中均表现出生长和推定EPS产生。所有分离株均未表现出明胶酶活性。MQ394和MQ402表现出较高的蛋白水解活性，其余菌株表现出中等蛋白水解活性。

### 4.4 体外有益效应评价

9株分离株的ACE-I抑制率均大于80%，范围从MQ393的96.01%到MQ392的81.93%。在BSH活性方面，除MQ402和MQ404外，其余菌株均表现为阳性活性，其中MQ394活性最强，沉淀直径为9.97 mm。

### 4.5 主成分分析

两个主成分分别解释了65.3%和14.6%的方差，总计79.9%。所有变量之间均呈正相关，但42°C自聚集除外，其与所有共聚集变量呈负相关。PC1与所有共聚集变量呈强负相关，主要反映细菌的共聚集能力；PC2与所有自聚集变量呈强负相关，主要反映细菌在不同温度下的自聚集能力。同为*P. pentosaceus*物种的MQ390和MQ392在PCA分析中聚集于同一象限，但同为*L. mesenteroides*物种的MQ389和MQ402以及同为*W. cibaria*物种的MQ391和MQ404则分布于不同象限，表明同种细菌在PCA分析中不一定聚集在一起。

## 五、讨论与结论

研究结果表明，部分乳酸菌菌株表现出良好的安全性特征。γ-溶血（无溶血活性）是联合国粮食及农业组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）对益生菌微生物建立的安全标准之一。α-溶血现象可能与其产生的过氧化氢有关，属于非致病性机制。对氯霉素的普遍敏感性可能与菌株缺乏药物乙酰化酶或外排系统等特定耐药机制有关。万古霉素、卡那霉素和庆大霉素的高耐药率与乳酸菌固有的耐药特征一致，尤其是乳杆菌科（Lactobacillaceae）菌株对万古霉素的固有耐药性，其机制涉及肽聚糖前体末端D-丙氨酸-D-乳酸替换D-丙氨酸-D-丙氨酸，从而降低万古霉素的结合能力。

虽然自聚集率和疏水性均未超过40%的疏水性阈值，但这些指标本身并不能完全反映乳酸菌黏附机制的复杂性，低值并不必然意味着缺乏益生菌潜力。相反，部分菌株表现出优异的共聚集能力，尤其是与指示乳酸菌*Lbs. paracasei* GV17的共聚集，以及与*E. coli*、*E. faecalis*、*S. aureus*等病原菌的高共聚集率（>70%），这表明它们可能通过竞争性排斥机制抑制病原菌在肠上皮的定植。

模拟胃肠道试验中，7株菌维持了高于8.0 log CFU/mL的存活计数，超过国际指南建议的每日最低摄入量（6.0-9.0 log CFU/份）。部分菌株在胃相降低后肠相回升的现象可能涉及细胞内pH稳态、膜脂组成修饰、蛋白修复、外排泵激活以及BSH酶活性等适应性存活机制。

菌株产生的β-半乳糖苷酶可用于乳糖水解和转糖苷反应，产生具有益生元活性的低聚半乳糖（Galactooligosaccharides, GOS）。EPS产生能力与蔗糖依赖性酶如葡聚糖合酶和果糖基转移酶的作用相关。所有菌株均未产生明胶酶，排除了这一潜在毒力因子的安全风险。蛋白水解活性最高的MQ394属于*Lpb. plantarum*，其蛋白水解能力与*prtP*和*prtR*等蛋白酶编码基因有关。

所有受试菌株均表现出超过80%的ACE-I抑制率，这表明这些菌株在发酵过程中可通过蛋白水解产生具有血管紧张素转换酶抑制活性的生物活性肽。作为参考，合成ACE-I抑制剂卡托普利的抑制率为98%-100%，但其长期使用与不良反应相关。因此，具有ACE-I抑制潜力的乳酸菌在功能性食品开发中具有重要研究价值。BSH活性是益生菌适应胆盐环境和调节胆汁酸代谢的重要功能特征。

综合安全性、功能性和潜在健康效应的分析，9株源自米纳斯吉拉斯州生物群落水果的乳酸菌菌株展现出初步的体外安全性结果。其中，*Pediococcus pentosaceus* MQ390、*Weissella cibaria* MQ391和*Lacticaseibacillus paracasei* MQ393被认为是具有高益生菌潜力的菌株，在发酵功能产品中具有广阔的应用前景。然而，仍需进一步研究来阐明这些菌株的生物技术潜力，特别是它们在功能性食品开发中的应用、对发酵产品技术和功能特性的影响，以及对消费者微生物群和健康的可能调节作用。本研究的开展符合联合国可持续发展目标9（SDG 9）关于产业创新和基础设施的倡议，强化了区域自然资源生物技术潜力的开发利用，促进了创新和更可持续产品的开发。该论文发表于《Probiotics and Antimicrobial Proteins》。