产细菌素乳酸菌对东北酸菜发酵体系微生物区系功能的影响及其分子机制的解析

Northeast sauerkraut fermented by lactic acids bacteria is a kind of traditional fermented food in northeast region of China. Because the cabbage as the main material can not be sterilized, the microbial species becomes complex,which brings rich flavor and good taste and provides a Good material to study. So it is important to know How the flora changes in the fermentation process, and how the changes affects the the sauerkraut fermantation. It is very common to use the traditional methods in microbial diversity research, but it cannot display the microbial diversity of environment really and roundly. Here, we want to introduce the metagenomics and transcriptomics technology into this research, examine the LAB and other flora changes in different phase and space of sauerkraut fermentation really and roundly used the technology of cultured microbe analysis, metagenomics and transcriptomics. Focus on the express level changes of the.enzymes Related to the Lactic acid metabolism in the sauerkraut fermentation by the qPCR Analysis. And based on the details, we try to know how the Lactic acid Metabolic flux was affected by the microbial diversity, then discuss the mechanism of how the dynamic changes of the microbial diversity affects the sauerkraut fermentation.

东北酸菜是白菜经过乳酸发酵而制成的一种腌渍菜，是中国东北地区特有的一种传统发酵食品。作为主要原料的白菜在发酵工艺中无法进行灭菌处理，因此微生物种类极其复杂，这既为产品带来丰富的风味和良好的口感，这也为微生物生态学的研究提供了一个良好的素材。因此了解发酵过程中各种菌群的动态变化，进而揭示各微生物区系在酸菜发酵发酵过程中的生态功能成为研究的首要问题。常规研究微生物多样性的方法已经很成熟，但是并不能全面真实地反映环境中的微生物多样性。本项目将宏基因组学和转录组学技术引入到东北酸菜微生物多样性研究中，结合可培养微生物分析、宏基因组学分析、转录组学分析等手段全面整体地研究在酸菜发酵不同阶段中乳酸菌及其它微生物的群体变化和空间分布变化，研究各发酵阶段体系中参与乳酸代谢主要相关酶类表达水平的变化，掌握微生物多样性的变化对乳酸代谢流的影响，进而探讨这些变化对酸菜发酵作用的分子机制。

项目背景：目前关于东北酸菜微生物多样性的研究仍存在诸多缺陷，仍然不能从根本上阐明酸菜发酵过程中各功能菌群的生态位变化及其对酸菜发酵过程的作用机制，而监控整个发酵过程中乳酸菌是否处于优势菌地位以及这些乳酸菌对乳酸代谢的贡献亦显得尤为重要。研究内容：构建两个生态体系，考察干扰菌对本源微生物生态体系的影响作用，探究微生物区系及产细菌素和不产细菌素干扰菌对酸菜发酵生态体系产生影响的分子机制。重要结果：外源添加产细菌素的副干酪乳杆菌HD1.7能够快速改变原有生态体系的菌群结构，使乳杆菌属（Lactobacillus）始终处于优势地位，并且在发酵体系中相对丰度占比更稳定。其对发酵体系的影响体现在乳酸代谢关键酶、总体代谢流水平、关键代谢产物生成和工艺指标几个方面。当酸菜发酵系统外源添加产生细菌素的HD 1.7后，细菌素的信号因子功能可以激活体系的群体感应，当系统稳定后，菌群的状态会由增加细胞数量向生成乳酸转变，使其提前进入到发酵状态，从而促进乳酸的生成，加快发酵的进程。关键数据：从种类上看，本研究从发酵液中共检测到99个属细菌，菌群的种类不会因发酵体系不同而不同，只是在相对丰度上有所不同。从整体分布分析，优势菌属主要为乳杆菌属和假单胞菌属，分别占整体水平的53.2-97.7%和0.2-31.5%；在时间分布上，不同发酵系统中的微生物菌群演替规律有所差异。发酵初期乳杆菌属为优势菌，相对丰度为分别为87.82%和95.79%，发酵末期该菌属的相对丰度降低，分别为53.18%和63.36%。物种差异分析表明，发酵初期的物种差异最为显著；发酵中期物种差异明显降低，直至发酵末期已没有显著的物种差异。宏转录组学证据表明，在发酵初期外源添加乳酸菌，会引起代谢流发生改变，差异表达基因被富集到乳酸代谢流上，使大量乳酸在初期生成，形成了利于乳酸菌生长的酸性环境，更有利于还原糖，Vc和蛋白质等营养物质的保留，在提高发酵效率的同时有效降低亚硝酸盐生成相关的拉恩氏菌属丰度，从而抑制部分杂菌的生长并降低亚硝酸盐等有害物质的生成。