基于蛋白和代谢组学研究发酵肉制品中乳酸菌氧化胁迫应答机制及其抗氧化效果

Lactic acid bacteria (LAB) are the most important microorganisms in fermented meat products, contributing to form the characteristic pink colour, developing the special flavour, and improving the sensory quality. However, lipid oxidation is very important quality problem in fermented meat products, which can cause quality deterioration of products. The objective of this study is to investigate the response metabolism to oxidative stress in LAB strains originated from fermented meats and analysis their antioxidative role in fermented meats. Firstly, the bacterial diversity of traditional fermented sausages during natural fermentation process is analyzed via metagenomic approach and high throughput sequencing technology. Meanwhile, the predominant LAB strains with antioxidative activity are screened by traditional microbial separation technology. The antioxidant capacity and antioxidant ingredients of selected LAB strains are investigated to elaborate the antioxidant model. The proteomic and metabonomic approaches are employed to address the regulation function and metabolic pathways of LAB strains response to oxidative stress in order to reveal the response metabolism to oxidative stress in LAB strains. Lastly, the antioxidative strains are applied in Harbin dry sausage, and antioxidant roles in lipid and protein oxidation are determined. Meanwhile, the quality characteristics of fermented meat products are evaluated. This study will provide the functional meat starter culture, and also provide the theory basis and technological strategies for improving quality and safety characteristics.

乳酸菌（LAB）是发酵肉制品中重要的微生物，可改善产品色泽，促进风味形成，提高感官品质。但发酵肉制中的脂质氧化问题是造成其品质劣变，影响食用品质的主要原因。本项目以发酵肉制品中LAB为研究对象，研究其氧化胁迫应答机制及其在发酵肉制品中的抗氧化效果。首先，采用宏基因组高通量测序技术研究北方传统发酵肉制品自然发酵过程中的细菌多样性，结合微生物传统分离技术筛选具有抗氧化活性的优势LAB，考察其抗氧化能力，确定起抗氧化作用的物质及其分布情况，阐述其抗氧化作用模式；然后，通过蛋白质组学技术研究LAB对氧化胁迫的调控作用，同时采用代谢组学技术研究LAB在氧化胁迫下的代谢途径，从蛋白质组和代谢组角度揭示LAB氧化胁迫应答机制；最后，在发酵肉制品体系中评价抗氧化LAB菌株对脂质和蛋白质氧化的抑制效果，综合分析其对发酵肉制品品质的影响。该项目为肉品功能性发酵剂的开发和应用提供了新思路。

乳酸菌是发酵肉制品中常见的微生物之一，可促进发酵肉制品色泽和风味形成并提高产品安全性。研究发现一些乳酸菌具有体外抗氧化活性，但关于其抗氧化模式、作用机制及在发酵肉制品中的抗氧化效果却鲜见报道。本研究基于蛋白和代谢组学研究发酵肉制品中乳酸菌氧化胁迫应答机制及其抗氧化效果。利用抗氧化模型初步筛选出了4株抗氧化活性相对较好的乳酸菌——戊糖片球菌R1、植物乳杆菌、短乳杆菌R4和发酵乳杆菌R6；从抗氧化物质分布情况入手分析了这些菌株抗氧化活性及作用模式，并筛选到了一株高抗氧化活性菌株——戊糖片球菌R1；借助蛋白和代谢组学技术从不同层面阐述戊糖片球菌R1应对氧化胁迫的应答机制；最后，将其应用于哈尔滨风干肠中评价其抗氧化效果，并探究其对产品理化和品质特性的影响。自由基清除能力、金属离子螯合能力、还原能力、抑制脂质过氧化能力结果表明戊糖片球菌R1的胞外分泌物、胞内提取物和菌体细胞三大组分均具有不同程度的抗氧化活性，胞外多糖类物质、胞内抗氧化酶系以及菌体细胞表面的多糖和蛋白类物质通过对自由基的清除、金属离子的螯合和还原能力发挥抗氧化效果。对利用蛋白组学和非靶向代谢组学技术鉴定出的差异表达蛋白和代谢物进行分析，结果表明戊糖片球菌R1面对氧化应激时，其胞内抗氧化酶以及一些抗氧化类代谢物会过表达以直接清除ROS并抑制其生成；与能量生成相关的丙酮酸代谢和磷酸戊糖途径相关的蛋白以及大量代谢物会过表达，为氧化损伤修复供应能量；通过过表达与跨膜运输相关的ABC转运系统中部分跨膜蛋白、辅酶和辅因子以响应氧化胁迫；通过过表达饱和脂肪酸以保护细胞核和其他重要细胞器免受ROS的攻击。应用试验结果表明将戊糖片球菌R1应用于哈尔滨发酵风干肠中不仅能够延缓产品中蛋白和脂肪氧化，同时还能够提升产品的品质特性和整体可接受性。综上，戊糖片球菌R1可以作为一株具有高抗氧化活性的功能性发酵剂应用于发酵肉制品中，提高产品的氧化稳定性和品质特性。