植物乳杆菌发酵过程中大麦蛋白质结构变化规律及其营养特性研究

Barley is recognized as a full-price nutritious food, through the fermentation of lactic acid bacteria can give it a higher nutritional value and health function. Our previous research showed that fermented barley extracts with Lactobacillus plantarum dy-1 could significantly improve the regulating effect on blood glucose and blood lipid, protein is one of the main factors that lead to the change of nutritional characteristics. In this project, with amino acid analyzer, chromatogram and mass spectrometry technology, the effects of fermentation barley with Lactobacillus plantarum dy-1 on protein structure were studied. The relationship between protein components of different structures and lipid nutrition were investigated by 3T3-L1 cell model and the C. elegans model, at the same time, the active proteins which can improve lipid nutrition were screened and identified. Based on metabolomics method, the chromatography tandem with mass spectrometry will be applied to analyze the influences of active proteins on the metabolites of C. elegans and the lipid nutrition pathway was tracked by qRT-PCR and western blot, the molecular mechanism of active protein to improve lipid nutrition was elucidated. This study is consistent with the current development trend of whole-grain healthy food, which can provide theoretical basis for the comprehensive utilization and development of barley whole grain healthy food resources.

大麦是公认的全价营养健康食品，通过乳酸菌发酵能赋予其更高的营养价值和健康功效。申请人前期研究证实，植物乳杆菌dy-1（前期筛选）发酵大麦提取物能显著增强体内血糖血脂调节功能，其中蛋白质是导致其营养特性变化的主要因素之一。在此基础上，本项目采用氨基酸分析仪、色谱及串联质谱等仪器分析手段，研究植物乳杆菌发酵过程中大麦蛋白质结构的变化规律；从脂质营养平衡角度，探究不同结构蛋白质组分与脂质营养间作用规律和量效关系，并筛选鉴定改善脂质营养的活性蛋白质；基于代谢组学研究策略，采用色谱-质谱分析技术，解析活性蛋白质对秀丽隐杆线虫体内代谢产物谱的影响，同时采用qRT-PCR和Western-blot技术对脂质营养通路进行追踪，阐明活性蛋白质改善脂质营养的分子机制。本研究符合当前全谷物健康食品的发展趋势，可为推动大麦全谷物健康食用资源的综合利用与开发提供理论研究依据。

大麦中蛋白质含量丰富，氨基酸种类齐全，但是大麦蛋白的溶解性较差，而大麦经过乳酸菌发酵后可以增加其水溶性蛋白的含量，进而有利于改善大麦蛋白的营养和健康功效，为进一步揭示植物乳杆菌发酵发酵大麦提取物（LFBE）中蛋白质（LFBEP）的降脂活性及其作用机制，本项目通过对LFBE中具备降脂活性蛋白质的分离纯化与鉴定，获得了一种具备最佳降脂活性的大麦蛋白，揭示了这种降脂蛋白的结构特性；并通过构建秀丽隐杆线虫肥胖模型，阐释了这种降脂蛋白对秀丽隐杆线虫体内脂代谢的影响，揭示了其参与影响线虫脂代谢水平的主要作用机制。研究首先通过乳酸菌发酵大麦，获得不同发酵时间的乳酸菌发酵大麦提取物，分析了乳酸菌不同发酵阶段LFBE中蛋白质的动态变化，解析了发酵过程中蛋白质含量及分子量的变化，研究表明，大麦中的蛋白质在植物乳杆菌发酵过程中产生了显著变化，并且在发酵24h后其含量与分子量分布均趋于稳定；采用硫酸铵分级沉淀、离子交换层析与凝胶过滤层析并结合油酸诱导的HepG2高脂模型对LFBE中具备降脂活性的蛋白质进行分离纯化与降脂活性初步评价和筛选，获得具备最佳降脂活性的发酵大麦蛋白；进而利用紫外光谱、红外光谱、圆二色谱以及飞行质谱全面分析这种降脂蛋白的结构特性，结果表明其为一个以α-螺旋为主要二级结构的蛋白质，并经质谱分析，蛋白的理论分子量为48KDa，理论PI值为6.61，氨基酸覆盖率为63%；研究进一步采用秀丽隐杆线虫肥胖模型，探究了这种蛋白对线虫体内脂代谢的影响，基本明确了这种蛋白质对线虫脂代谢的影响机制，结果表明，这种活性蛋白通过影响线虫 SERBP 信号通路、胰岛素信号通路等脂代谢相关通路从而发挥降脂作用。本项目研究从微观结构水平揭示植物乳杆菌发酵过程中大麦蛋白质结构的变化规律，从分子水平阐释活性蛋白质降脂活性的作用机制，为推动谷物发酵新技术的推广和应用，提供了较为充分的研究基础。