魏兆军教授：基于LC-MS代谢组学分析枯草芽孢杆菌DC-15发酵豆渣的营养和功能特性

2023-02-14 11:11:21

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导读：

近日，合肥工业大学/北方民族大学魏兆军教授团队在Food Chemistry (Q1,IF: 9.231)期刊上发表了题为“LC-MS based metabolomics analysis of okara fermented by Bacillus subtilis DC-15: Insights into nutritional and functional profile”的研究论文。合肥工业大学硕士研究生湛祺为论文的第一作者，合肥工业大学/北方民族大学魏兆军教授和Kiran Thakur副教授为论文的通信作者。

为了扩大豆渣的回收和利用，可以通过物理方法、酶法、以及微生物发酵法处理豆渣，获得其内含的营养物质，使其成为一种成分或健康增值食品，扩大其在配料以及食品开发中的应用。微生物发酵法有助于将高分子量的豆渣蛋白转化为活性更高的初级和次级代谢产物，实现豆渣生物价值的持续开发。发酵作为环境友好型的食品加工技术，可以增加豆渣的功能成分，提高其生物利用度。枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是一种潜在的益生菌，它分泌的酶可以将复杂的大分子物质分解成溶性更高的小分子营养物质。

代谢组学技术已被用于全面分析复杂生物或发酵系统中的代谢物变化。在发酵过程中，次级代谢产物可能会影响微生物的生长，从而影响整体代谢过程，这些代谢物的变化有助于建立代谢网络并推测其功能。基于LC-MS的代谢组学技术，由于其较高的灵敏度，可以用于识别代谢物、监测代谢组的转变，并揭示检测到的代谢物及其生物合成途径。在本研究中，应用基于LC-MS的非靶向代谢组学技术旨在广泛筛选感兴趣的代谢物，通过对枯草芽孢杆菌DC-15发酵豆渣在不同发酵时间(0和48 h)所测得的增值代谢产物进行相对定量分析，建立代谢模式。将重叠的代谢产物映射到其生化途径中，主要是为了了解代谢物(碳水化合物，氨基酸，和脂肪酸等代谢物)在生物发酵过程中如何被激活。

图片摘要

在这项研究中，作者基于非靶向LC-MS代谢组学方法揭示了枯草芽孢杆菌DC-15发酵豆渣的代谢变化。总共鉴定出761种差异代谢物，主要为氨基酸、二肽、脂肪酸、小分子糖和维生素等物质。此外，为了更好地理解发酵引发的生化反应，作者将这些已鉴定出的代谢物映射到它们各自的生物合成途径中，基于差异表达基因代谢途径(KEGG)的分析显示，485个代谢产物富集到相关代谢通路，包括37种碳水化合物代谢物，79种氨基酸代谢物和22种脂质代谢物。作者观察到，在发酵过程中，这些代谢产物的逐渐富集和稳定。

基于LC-MS和代谢途径分析表明，枯草芽孢杆菌DC-15可以加速复杂大分子的分解，从而改善发酵豆渣的营养和功能，差异代谢产物主要为氨基酸、二肽、脂肪酸、小分子糖和维生素等物质。该研究发现485种代谢物富集在代谢相关通路中，包括能量代谢、脂质代谢和氨基酸代谢通路，经DC-15发酵改变的差异代谢产物大多富集在氨基酸代谢和糖代谢途径中，代谢产物图谱可以观察到代谢物在枯草芽孢杆菌DC-15生物发酵过程中被激活。该研究的组学数据和生物学分析可以揭示发酵豆渣的健康潜力，使其应用于相关的食品开发中。代谢产物的深入分析为利用发酵豆渣进行新型生物活性化合物的选择和提取提供了新的可能性。

通信作者简介

魏兆军，博士、教授、博士生导师。北方民族大学生物科学与工程学院院长、合肥工业大学食品与生物工程学院教授。教育部食品科学与工程专业教学指导委员会委员；享受国务院政府特殊津贴、宁夏高等学校特聘教授、教育部新世纪优秀人才、安徽省杰出青年基金获得者、黄山学者特聘教授；安徽省农林特产食品加工产业技术创新战略联盟理事长、安徽省养生文化研究会会长。国家自然科学基金、教育部科技项目、国家留学基金委基金、十余个省基金项目评审专家；国家科技进步奖、教育部科技进步奖等评审专家；Trends in Food Science & Technology、Food Chemistry、Industrial Crops and Products等国内外50余期刊审稿人。Frontiers in Nutrition副主编、Current Topics in Nutraceutical Research副主编、Agri-Waste & Agri-Byproduct Journal主编、Food and Chemical Toxicology客座编辑、《食品科学》编委；先后获得国家科学技术进步二等奖，中国农业科学院科技进步二等奖，农业部科学技术进步一等奖，安徽省科技进步三等奖等。主持国家重点研发计划项目课题、国家自然科学基金、安徽省科技重大专项等科研项目30余项。以第一或者通讯作者在Trends in Food Science & Technology、Food Chemistry、Industrial Crops and Products、Food and Chemical Toxicology发表高水平论文230余篇；授权或申请专利30余件。研究方向为农林特产功能性食品加工。

Kiran Thakur，博士、合肥工业大学/北方民族大学副教授，先后于2007、2009、2015年于印度Himachal Pradesh University、Lovely Professional University、National Dairy Research Institute获得学士、硕士和博士学位，2017年起就职于合肥工业大学，主要开展农林副产物功能成分的制备、加工、营养及其机理方面的研究，主持国家自然科学基金1项，发表英文高水平论文150余篇。

第一作者简介

湛祺，2021年本科毕业于北方民族大学食品科学与工程专业，获得学士学位，获北方民族大学优秀毕业生；硕士现就读于合肥工业大学食品与生物工程学院生物与医药专业（食品工程方向）。硕士期间，主要的研究方向是微生物发酵在食品加工中的应用以及功能性研究。目前已在Critical Reviews in Food Science and Nutrition、Food Chemistry等期刊以发表论文4篇。

文章及图片由合肥工业大学/北方民族大学魏兆军教授团队提供

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