Med udviklingen af den moderne f\u00f8devareindustri spiller brugen af fermenteringsmiddel en vigtig rolle i forbedringen af kvaliteten og fremstillingseffektiviteten af fermenterede f\u00f8devarer, hvilket er n\u00f8glen til at realisere standardiseringen og omfanget af den industrielle produktion af fermenterede f\u00f8devarer. En fremragende fermentor b\u00f8r ikke kun have den grundl\u00e6ggende aktivitet af en fermentor, men ogs\u00e5 have de diversificerede funktioner til at forbedre kvaliteten af f\u00f8devarer s\u00e5som smag og tekstur samt ern\u00e6ring.
\nI denne artikel ser vi frem til den fremtidige udviklingstendens for fermenteringsmiddel for at give ideer og reference til relaterede forskeres videnskabelige forskning og innovation og hj\u00e6lpe dem med at uddybe deres videnskabelige forskningsinnovation og praktiske anvendelse.
\nBiologisk karakterisering af fermenterstammer med fremragende produktion og probiotiske egenskaber
\nFermentering af f\u00f8devarer er processen med at producere f\u00f8devarer eller drikkevarer gennem v\u00e6kst af \u00f8nskede mikroorganismer og enzymatisk omdannelse af f\u00f8devarekomponenter, og den strukturelle sammens\u00e6tning af floraen i fermenteringssystemet, de producerede metabolitter og andre faktorer bestemmer tilsammen slutproduktets egenskaber, som f.eks. tekstur, smag, ern\u00e6ring og sikkerhed.
\nDerfor kan karakteriseringen af biologiske egenskaber (s\u00e5som fysiologiske egenskaber, metaboliske egenskaber, resistens osv.) af fermenterstammerne bruges til bedre at screene de fremragende stammer til fermenteringsproduktion, hvilket kan hj\u00e6lpe med at optimere fermenteringsprocessen og udviklingen af funktionelle produkter.
\n(1) Fysiologisk karakterisering: herunder stammens v\u00e6ksthastighed, passende temperatur, pH-omr\u00e5de, iltbehov osv. Forst\u00e5else af stammens fysiologiske egenskaber hj\u00e6lper med at bestemme dens v\u00e6kst og metaboliske kapacitet under forskellige forhold.
\n(2) Metabolisk karakterisering: Unders\u00f8gelse af metaboliske veje, metabolitter, enzymsystemer osv. Gennem analyse af metaboliske veje og metabolitter kan stammernes vigtigste metaboliske veje og deres evne til at udnytte substratet og de gavnlige metabolitter, der produceres (f.eks. organiske syrer, vitaminer osv.), bestemmes.
\n(3) Analyse af stresstolerante egenskaber: Unders\u00f8gelsen af stammens evne til at tilpasse sig ugunstige milj\u00f8faktorer, s\u00e5som h\u00f8j temperatur, lav temperatur, surhed og alkalinitet, saltkoncentration osv. for at forst\u00e5 stammens stresstolerante egenskaber vil hj\u00e6lpe med at bestemme dens stabilitet i praktiske anvendelser.
\n4) Evaluering af probiotiske egenskaber: Hvis stammen anses for at have probiotiske egenskaber, s\u00e5som produktion af aktive metabolitter, der er gavnlige for menneskers sundhed, evnen til at regulere tarmfloraen.
\nDen store variation og antallet af f\u00f8devaremikroorganismer og de store forskelle i fysiologiske f\u00e6notyper mellem forskellige stammer\/kolonier udg\u00f8r en stor udfordring for screening af stammer med fremragende egenskaber. Selvom traditionelle screeningsmetoder kan identificere fermenterstammer med fremragende produktions- og probiotiske egenskaber, er de ofte besv\u00e6rlige og ineffektive, og der er et presserende behov for at etablere m\u00e5lrettede screeningsmetoder med h\u00f8j gennemstr\u00f8mning.
\nI de senere \u00e5r har forskningsresultater fra toptidsskrifter som Cell og dets underpublikationer vist, at de fysiologiske egenskaber og gavnlige virkninger af fermenterstammer er t\u00e6t forbundet med deres specifikke funktionelle gener (klynger), hvilket tyder p\u00e5, at fermenterstammer med fremragende produktion og gavnlige egenskaber kan forudsiges og m\u00e5lrettes ud fra den genetiske baggrund.
\nDerfor kan en dybdeg\u00e5ende analyse af den genetiske baggrund, fysiologiske f\u00e6notyper og funktionelle egenskaber hos forskellige potentielle fermenteringsstammer og afklaring af forbindelsesmekanismen mellem karakteriserede genomer og mikrobielle fremragende produktions- og fermenteringsegenskaber give m\u00e5l og retninger for effektiv screening af fremragende fermenteringsstammer.
\nFor eksempel kan vi bruge UHPLC-QE-MS til at analysere forskellene i forskellige stammers evne til at metabolisere f\u00f8devarematrix (f.eks. sukker, proteiner, fedt osv.) for at producere smagsstoffer (f.eks. aldehyder, ketoner, estere osv.) og n\u00e6ringsstoffer (f.eks, aminosyrer, nukleotider, kortk\u00e6dede peptider osv.), og derefter analysere de potentielle gener (klynger), metaboliske veje og funktionelle egenskaber ved genomerne, der er relateret til specifik metabolitproduktion i stammerne ved hj\u00e6lp af multi-omics-kobling og bioinformatik. (klynger), metaboliske veje og reguleringsmekanismer; yderligere validering ved hj\u00e6lp af CRISPR, homolog rekombination og andre genredigeringsteknologier, og derefter m\u00e5lretning mod n\u00f8glegener (klynger) relateret til stammens produktionsegenskaber.
\nGennem in vitro-modeller, dyremodeller og kliniske fors\u00f8g for at vurdere forskellene i specifik effekt af forskellige fermenterstammer og kombinere med komparative genomiske metoder for at identificere potentielle funktionelle gener (klynger), der p\u00e5virker effekten af probiotika, og derefter bruge genknockout-metoder og sterile musemodeller til at validere og identificere funktionelle gener (klynger), der p\u00e5virker effekten af stammerne, og dermed give et molekyl\u00e6rt m\u00e5l for effektiv udv\u00e6lgelse og avl af stammer med specifik probiotisk effekt.
\nFunktionel analyse og molekyl\u00e6r regulering af gavnlige metabolitter i fermenterstammer
\nEt stort antal gavnlige metabolitter (f.eks. \u03b3-aminosm\u00f8rsyre, vitaminer osv.), der produceres under fermentering af f\u00f8devarer, er gavnlige for at forbedre den ern\u00e6ringsm\u00e6ssige v\u00e6rdi af fermenterede f\u00f8devarer. De gavnlige virkninger af metabolitter af forskellige typer eller strukturer kan udvise betydelige forskelle, og deres produktion er stammespecifik.
\nDerfor kan analyse af de karakteristiske metabolitter og deres funktioner i fermenterstammer og udforskning af reguleringsmekanismer og molekyl\u00e6re reguleringslove for gavnlige metabolitter, bakterier og substrater give et teoretisk grundlag for udvinding af stammer med h\u00f8j produktion af gavnlige metabolitter.
\nBaseret p\u00e5 de genomiske big data fra fermenteringsstammer blev bioinformatiksoftware som AntiSMASH og BiG-SLiCE brugt til at forudsige de biosyntetiske genklynger (BGC'er) af gavnlige metabolitter og deres bioaktiviteter i kombination med MIBiG-databasen.
\nIntegrerede teknikker som ionbytning og gel\/affinitetskromatografi blev brugt til at isolere og oprense de karakteristiske metabolitter og karakterisere dem strukturelt, og forholdet mellem kvantitet og effekt af de gavnlige metabolitter fra fermenterstammerne, der ud\u00f8vede deres virkning, blev yderligere belyst ved in vitro-tarmsimulering og dyrefors\u00f8g som en integreret funktionel evalueringsmodel.
\nVed at udforske det dynamiske forhold mellem bakterier, gavnlige metabolitter og substrater under fermenteringsprocessen af fermenterstammerne p\u00e5 genom- og metabolitniveau kan de funktionelle gener og metaboliske veje, der er relateret til syntese og regulering af gavnlige metabolitter, desuden afklares.
\nVed at konstruere en kinetisk model for bakteriev\u00e6kst, produktgenerering og substratforbrug kan vi unders\u00f8ge reguleringslovene for pH, n\u00e6ringssubstrat og coenzymer p\u00e5 stammernes syntese af metabolitter, s\u00e5 vi kan realisere den m\u00e5lrettede regulering af gavnlige metabolitter.
\nVed at tage erhvervelsen af h\u00f8j GABA-producerende stammer som et eksempel, baseret p\u00e5 de genomiske data, blev gad-manipulatorerne relateret til GABA-syntese af stammerne identificeret ved komparativ genomik, herunder gadA og gadB, n\u00f8glegenerne for GABA-biosyntese, s\u00e5vel som genet, der er ansvarlig for funktionen af GABA-transport i cellemembranen, gadC; Det blev bestemt, at Lactobacillus shortus var den eneste stamme af Lactobacillus, der b\u00e6rer komplette gad-manipulatorer gennem den genomiske analyse. manipulator. In vitro-tests viste, at Lactobacillus casei NCL912 producerede (205,8\u00b18,0) g\/L GABA, mens Lactobacillus plantarum KCTC3103, som ikke har manipulatoren, kun producerede 0,67 g\/L. Resultaterne af in vitro-analysen viste, at Lactobacillus casei NCL912 var den eneste stamme af Lactobacillus plantarum med en komplet gad-manipulator.
\nDerudover blev effekten af forskellige koncentrationer (0, 10, 20, 30, 40, 50 og 100 \u03bcmol\/L) af pyridoxalfosfat (PLP) p\u00e5 GABA-produktion af Lactobacillus shortum RK03 unders\u00f8gt, og det blev konstateret, at den h\u00f8jeste GABA-produktion blev opn\u00e5et ved PLP-koncentrationer p\u00e5 10 \u03bcmol\/L og 20 \u03bcmol\/L i kulturmediet.
\nAnalyse af det materielle grundlag for symbiosen og den synergistiske effekt af komplekse fermenterstammegrupper
\nSymbiose og synergi mellem komplekse fermenterstammer kan fremme v\u00e6ksten af bakterier, optimere produktionen af metabolitter og dermed forbedre den samlede fermenteringseffektivitet og f\u00f8devarekvalitet og ogs\u00e5 forbedre produktets stabilitet ved at opretholde stabiliteten i det mikrobielle samfund.
\nDet materielle grundlag for symbiose og synergi mellem sammensatte fermenterstammer involverer forskellige biokemiske og mikrobiologiske mekanismer, der hovedsageligt omfatter f\u00f8lgende:
\n(1) Komplement\u00e6re metaboliske veje: Forskellige stammer kan have forskellige metaboliske veje og enzymsystemer, og disse veje supplerer hinanden i substratomdannelse og metabolitproduktion og \u00f8ger dermed den samlede metaboliske kapacitet.
\n2) Gensidig brug af metabolitter: De metabolitter, der genereres ved visse stammers nedbrydning af substrater, kan v\u00e6re de substrater, der er n\u00f8dvendige for andre stammers v\u00e6kst, og dette symbiotiske forhold fremmer den fuldst\u00e6ndige udnyttelse af substrater og reducerer ophobningen af metabolitter.
\n(3) Enzymsynergi: De enzymer, der udskilles af forskellige bakteriestammer, kan have komplement\u00e6re funktioner og arbejde sammen i nedbrydningen eller omdannelsen af substrater og dermed fremskynde reaktionshastigheden.
\n(4) Symbiotisk stofudveksling: Forskellige bakteriestammer kan udveksle stoffer, s\u00e5som n\u00e6ringsstoffer, signalmolekyler osv. gennem udskillelse af stoffer eller intercellul\u00e6r forbindelsesstruktur, og denne symbiotiske udveksling fremmer den gensidige koordinering og v\u00e6kstregulering mellem stammerne.
\n(5) Regulering af milj\u00f8faktorer: Det symbiotiske forhold kan g\u00f8re stammernes tilpasningsevne til milj\u00f8faktorer bedre, f.eks. kan visse stammer producere antioxidanter eller overfladeaktive stoffer for at hj\u00e6lpe andre stammer med bedre at tilpasse sig milj\u00f8stress.
\nSammensatte fermenterstammer gruppesymbiose og synergisme afh\u00e6nger hovedsageligt af positive interaktioner mellem mikroorganismer, s\u00e5som krydsfodring, gruppesansning og s\u00e5 videre.
\n1) Krydsfodring. Cross-feeding henviser til det metaboliske inter-feeding-forhold, hvor bakteriestammer\/stammer udnytter metabolitter, der udskilles af andre bakteriestammer\/stammer (herunder kulstofkilder, kv\u00e6lstofkilder, aminosyrer, vitaminer og andre v\u00e6kstfaktorer) for at fremme deres egen v\u00e6kst.
\nDen synergistiske symbiose mellem Lactobacillus bulgaricus og Streptococcus thermophilus kompositfermentor under m\u00e6lkefermentering er et typisk krydsfodringsm\u00f8nster. Streptococcus thermophilus har en svag kaseinnedbrydningsevne af protease (prtS), og den kan ikke f\u00e5 nok aminosyrer til v\u00e6kst direkte fra m\u00e6lkesystemet, mens Lactobacillus bulgaricus udviser st\u00e6rk proteinhydrolyseevne, som kan give Streptococcus thermophilus de aminosyrer, der kr\u00e6ves til v\u00e6kst (s\u00e5som histidin, methionin og prolin), sm\u00e5 molekylepeptider osv, mens det meste af Lactobacillus bulgaricus mangler pyruvat-format-spaltende enzym samt enzymer relateret til folatsyntese og derfor ikke er i stand til at syntetisere folat, formiat og pyridin etc., som er n\u00f8dvendige for stammens v\u00e6kst.
\nStreptococcus thermophilus har en h\u00f8j pyruvat-format-lyaseaktivitet samt en intakt folatsyntesevej, som kan forsyne Lactobacillus bulgaricus med disse vigtige stoffer.
\n2) Gruppeinduktion. Gruppesensing er et f\u00e6nomen med kommunikation mellem stammer og grupper af stammer, som medieres af selvinducerende stoffer. Visse mikroorganismer producerer signalmolekyler og frigiver dem i milj\u00f8et, som, n\u00e5r deres koncentration n\u00e5r en vis t\u00e6rskel, vil f\u00e5 celler til at reagere p\u00e5 signalmolekylerne, som til geng\u00e6ld specifikt aktiverer downstream-genekspression. Denne form for interaktion p\u00e5virker forholdet mellem mikrobielle samfund.
\nS\u00e5danne signalmolekyler varierer i forskellige stammer, s\u00e5som N-acyl-homoserinlakton (AHL), der findes i gramnegative bakterier, selvinducerende peptider (Streptococcus lactis-peptid, phytolactobacillusin osv.) og furoseborylboronat i gram-positive bakterier, og signalmolekyler, der opdages i g\u00e6r, er hovedsageligt aromatiske alkoholer s\u00e5som farnesol, tryptophanol og tyrosol, blandt andre stoffer.
\nDisse signalmolekyler med gruppesensing spiller en vigtig rolle i fermentorinteraktioner ved at fremme cellul\u00e6r autolyse, \u00f8ge stammens milj\u00f8m\u00e6ssige stresstolerance osv. F.eks. viste AI-2 sig at forbedre interaktionen med Lactobacillus bulgaricus ved at \u00f8ge syretolerancen og den metaboliske hastighed for Streptococcus thermophilus.
\nDa hver stamme har et unikt metabolisk potentiale med forskelle i typen, m\u00e6ngden og timingen af metabolitproduktionen, afh\u00e6nger tilstedev\u00e6relsen og styrken af interaktioner mellem sammensatte fermenterstammer af den specifikke kombination af stammer.
\nFremtidig forskning vil bruge kunstig intelligens-teknologi til at opbygge et metabolisk symbiosenetv\u00e6rk med flere stammer, kombineret med transkriptomik, metabolomik og andre midler til at analysere reguleringen af genekspression, karakteristiske metabolitter, signalmolekyler og andre materielle \u00e6ndringsregler i processen med samfermentering af forskellige arter af stammer og til at udforske det materielle grundlag for gruppesymbiose og synergistisk effekt af sammensatte f\u00f8devarefermentorer baseret p\u00e5 gruppesensorik, krydsfodring og andre interaktioner for at give et teoretisk grundlag for forskning og skabelse af fremragende sammensatte fermentorer. At tilvejebringe et teoretisk grundlag for forskning i og skabelse af fremragende kompositfermentorer.
\nKvalitetsdannelsesmekanisme og retningsbestemt regulering af specialfermenterede f\u00f8devarer
\nKvalitetsdannelsesprocessen for specialfermenterede f\u00f8devarer er en proces, hvor mikroorganismer metaboliserer proteiner, lipider og kulhydrater i f\u00f8devarematrixen for at producere unikke smagsstoffer og n\u00e6ringsstoffer, og mangfoldigheden af mikroorganismer og deres metabolitter er den centrale faktor, der p\u00e5virker denne proces.
\nFor at realisere den m\u00e5lrettede regulering af kvaliteten af specialfermenterede f\u00f8devarer er det for det f\u00f8rste n\u00f8dvendigt at afklare kvalitetsdannelsesmekanismen for specialfermenterede f\u00f8devarer under naturlige podningsforhold, dvs. hvordan de fermenterende mikroorganismer danner unikke mikrobielle samfund og metaboliserer dem pr\u00e6cist.
\nDa det oprindelige mikrobielle samfund i fermenterede f\u00f8devarer har manglerne h\u00f8j kompleksitet, d\u00e5rlig stabilitet og funktionel redundans, som let for\u00e5rsager udsving i fermenteret produktkvalitet, er det vigtigt at konstruere en sammensat fermentor gennem udv\u00e6lgelse og rekombination af karakteristiske mikrobielle stammer til fermentering for at forbedre den m\u00e5lrettede regulering af fermenteret f\u00f8devarekvalitet.
\nKvalitetsdannelsesmekanismen og den retningsbestemte regulering af fermenterede f\u00f8devarer involverer en r\u00e6kke faktorer, herunder valg af r\u00e5varer, fermenteringsstammer, fermenteringsbetingelser og produktionsprocesser.
\n(1) Valg af stamme: Stammen af fermenteret mad er en af de vigtigste faktorer, der p\u00e5virker kvaliteten, og valget af passende fermenteringsstammer kan regulere madens smag, tekstur og ern\u00e6ringsm\u00e6ssige sammens\u00e6tning gennem dens metabolitter, enzymsystem og andre egenskaber; typen og andelen af stammer vil p\u00e5virke metabolitterne og deres interaktioner under fermenteringsprocessen, hvilket igen p\u00e5virker kvaliteten af det endelige produkt.
\n(2) Fermenteringsforhold: Kontrol af fermenteringsforhold er n\u00f8glen til at regulere kvaliteten af fermenterede f\u00f8devarer, herunder temperatur, fugtighed, pH, iltindhold og andre faktorer vil p\u00e5virke stammernes v\u00e6kst og metaboliske aktivitet, hvilket igen p\u00e5virker produktets tekstur, smag, n\u00e6ringsstofsammens\u00e6tning osv.
\n(3) Typer af r\u00e5varer: forskellige r\u00e5varer har forskellig sammens\u00e6tning og egenskaber, hvilket ogs\u00e5 vil have en vigtig indvirkning p\u00e5 kvaliteten af fermenteret mad, valg af r\u00e5varer af h\u00f8j kvalitet og i henhold til de forskellige krav i fermenteringsprocessen til forarbejdning og behandling, kan forbedre produktets smag, farve, aroma og s\u00e5 videre.
\n(4) Hj\u00e6lpefermenteringsmiddel: nogle specielle fermenterede f\u00f8devarer skal tils\u00e6ttes hj\u00e6lpefermenteringsmiddel, s\u00e5som g\u00e6r, lactobacillus, Aspergillus osv. for at fremme fermenteringsprocessen og regulere produktets kvalitet; et rimeligt valg af type og andel af fermenteringsmidlet kan forbedre produktets egenskaber med hensyn til smag og n\u00e6ringssammens\u00e6tning.
\n(5) Kontrol af fermenteringsprocessen: T\u00e6t kontrol af fermenteringsprocessen er n\u00f8glen til at sikre produktkvaliteten, herunder fermenteringstid, fermenteringstemperatur, omr\u00f8ringshastighed og andre parametre i reguleringen, vil p\u00e5virke fermenteringsgraden og den endelige kvalitet af produktet.
\n(6) Dynamisk regulering af det mikrobielle samfund: Den dynamiske \u00e6ndring af det mikrobielle samfund i fermenterede f\u00f8devarer har en vigtig indvirkning p\u00e5 produktkvaliteten, og gennem et fornuftigt design af fermenteringsprocessen kan man kontrollere sammens\u00e6tningen af det mikrobielle samfund p\u00e5 forskellige stadier for at realisere den retningsbestemte regulering af produktkvaliteten.
\nFor at realisere den m\u00e5lrettede regulering af kvaliteten af specialfermenterede f\u00f8devarer baseret p\u00e5 f\u00f8devareg\u00e6ringsmidler er den f\u00f8rste opgave at udforske strukturen af mikrobielle samfund og deres funktioner samt successionslovene for disse samfund i specialfermenterede f\u00f8devarer inden for rammerne af f\u00e6lles multi-omics-analyse.
\nVed hj\u00e6lp af en dybdeg\u00e5ende analyse af interaktionerne mellem enzym-, bakterie- og stofsystemer vil sammenh\u00e6ngen mellem den centrale funktionelle mikrobiota og f\u00f8devarekvaliteten blive afsl\u00f8ret.
\nP\u00e5 dette grundlag blev de milj\u00f8m\u00e6ssige faktorer (f.eks. fugtighed, pH, ilt og temperatur osv.) og biologiske faktorer (f.eks. indledende mikrobiel overflod, latenstid og mikrobielle interaktioner osv.), der p\u00e5virker kompositfermenteringsmedieret f\u00f8devarefermentering, udforsket, og det optimale sammens\u00e6tningsforhold mellem rekombinante kompositfermenterstammer og optimale milj\u00f8faktorer blev analyseret ved simuleret fermentering og matematisk modellering.
\nWang et al. brugte 16SrRNA-sekventeringsteknologi, non-target metabolomics-teknologi kombineret med statistiske metoder som korrelationsanalyse til at identificere den kernemikrobiota, der producerer specifikke smagsforbindelser under hvidvinsfermentering, og reproducerede smagsforbindelserne i hvidvinsfermentering med de rekombinante sammensatte fermenterstammer, som realiserede den m\u00e5lrettede regulering af fermenterede f\u00f8devaresmage. Denne pr\u00e6station viser ikke kun potentialet i retningsbestemt regulering af fermenteret f\u00f8devarekvalitet, men bringer ogs\u00e5 nye forskningsideer og tekniske veje til f\u00f8devarevidenskaben.
\nEn omfattende analyse af de seneste nationale og internationale unders\u00f8gelser viser, at m\u00e6lkesyrebakteriefermentorer er kernen i forskningen inden for f\u00f8devarefermentering. Screening af fermenterstammer med fremragende produktions- og probiotiske egenskaber og udvikling af synergistiske kompositfermentorer med flere stammer er udviklingstendenserne i f\u00f8devarefermenteringsindustrien.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
What are the 4 major trends in the future of food fermenters? With the development of modern food industry, the use of fermentation agent plays an important role in improving the quality and manufacturing efficiency of fermented food, which is the key to realize the standardization and scale of fermented food industrial production. An excellent […]<\/p>","protected":false},"author":4,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[46],"tags":[],"yoast_head":"\n