基本信息
- 项目名称：
- 具有藻毒素清除能力的益生菌发酵剂的制备研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目组从发酵食品中筛选获得一株具有自主知识产权的高效降解微囊藻毒素的乳酸菌，同时，与荷兰国家应用科学研究院和青岛康地恩公司合作，开展相关绩效研究，证实其应用价值。此外，结合消费者对益生菌制品活性和效能的要求建立降解菌的高密度培养模式和制剂化研究。实现高活力益生菌发酵剂及多样化产品的制备。该方法立足于通过摄入功能性乳酸菌直接去除食品中的藻毒素，具有经济性、有效性、安全性、首创性等特点。
- 详细介绍：
- 食品是人类赖以生存和发展的物质基础，而食品安全问题是关系到人类健康和国计民生的大事。近年来，随着蓝藻水华的频繁爆发，国内众多湖泊和水系，如太湖、巢湖、滇池等，均面临随之而来的微囊藻毒素(MCs)的泛滥。MCs主要作用于肝细胞和肝巨噬细胞，毒性作用主要表现为肝中毒。由于水源以及食物中MCs可通过食物链的富集危害人类健康，对水源以及食物中MCs的清除已成为食品安全领域的重要研究课题。目前，对于干预藻毒素的研究主要针对污染水体环境的处理，包括絮凝沉淀法、吸附法、光降解法、臭氧氧化法等，但对已受污染的食品尚无安全有效的处理方法。与藻毒素传统处理方法中的化学法和物理法相比，微生物干预法具有成本低、避免二次污染等诸多优点。然而，目前研究多集中于对部分非食品级微生物如铜绿假单胞菌、鞘氨醇单胞菌等的干预作用解析，尚缺乏能够在食品领域开发应用的相关菌株的深入研究。乳酸菌作为公认的食品安全菌株(GRAS)，目前已被广泛应用于食品生产的众多领域。目前开展的益生菌降解毒素的相关研究主要集中于探索对真菌毒素、黄曲霉素的作用效果，而对其干预藻毒素的研究尚处于起步阶段。本项目组从发酵食品中筛选获得一株具有自主知识产权的高效降解MC-LR的乳酸菌，并对其降解MC-LR的条件进行了优化，处理24小时后，降解率达到81.3%，远高于其它国内外已报道的益生菌菌株。同时，与荷兰国家应用科学研究院(TNO)合作，使用该研究院开发的人体胃肠道模拟仿生系统(TIM)进行研究菌株的人体仿生模拟实验。研究结果表明此降解菌能有效地减少人体对微囊藻毒素的吸收，从而降低微囊藻毒素对人体的侵害。此外本项目组还与青岛康地恩公司开展了动物实验及绩效验证的相关合作，研究结果更加有助于证实该菌株干预微囊藻毒素的有效性及其工业应用价值。在上述研究的基础上，结合消费者对益生菌制品活性和效能的要求建立降解菌的高密度培养模式和制剂化研究。实现高活力益生菌发酵剂及多样化产品的制备，为MCs降解菌的工业化生产奠定基础。该方法立足于通过摄入功能性乳酸菌直接去除食品中的藻毒素，具有经济性、有效性、安全性、首创性等特点。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的和基本思路：本项目通过开发益生菌在降解藻毒素方面的应用，筛选并验证获得高效藻毒素降解菌株，建立降解菌的高密度培养模式和制剂化研究，采用高密度发酵模式提高益生菌的菌体量，采用微胶囊和冷冻干燥保藏菌体提高菌体存活率。实现高活力益生菌发酵剂及其相关产品的制备。创新点：近年来大量饮用水体受到微囊藻毒素的污染。在对微囊藻毒素清除方面，主要针对受污染的水体，都无法直接用于去除食品中已经存在的毒素。该方法立足于直接去除食品中的毒素，具有经济性、有效性、安全性、首创性等特点。 技术关键和主要技术指标： 1. 高效藻毒素降解菌的筛选：对降解条件优化使得其在处理24小时后，降解率达到81.3%。TIM模拟胃肠道实验表明此降解菌能有效地减少人体对微囊藻毒素的吸收，从而降低微囊藻毒素对人体的侵害。 2. 通过对目的菌株的高密度发酵，目前菌体干重比在普通培养提高近4倍，干重达到5.31g/L。 3. 高活性益生菌制剂的制备：确定复合保护配方为蔗糖10 %、麦芽糖10 %、海藻糖5 %、山梨醇5 %、脱脂奶粉20 %、Vc 2 %、GSH 0.5 %时，其细胞存活率可达74.5 %。当细胞在有保护剂GSH存在时细胞形态较完整。通过喷雾冷凝法选用2%海藻酸钠和3%变性淀粉的混合体系作为基材, 以3%的CaCl2水溶液作为交联剂制备干酪乳杆菌微胶囊，采用该方法制备的微胶囊在模拟人工胃液中，能够很好的保持形态和保护其内的乳酸菌。在模拟人工肠液时又能很好的释放。
科学性、先进性
- 在对藻毒素处理方面的研究主要针对污染水体环境的处理，但对已受污染的食品却无能为力。目前在益生菌的毒素降解研究方面，更多集中于对真菌毒素、黄曲霉素的探索，而对藻毒素降解的研究则较少。此外，其作用于人体肠胃道的有效性也没有进行验证，这极大地限制了益生菌对微囊藻毒素干预技术的发展及后续的工业化应用。采用益生菌对食品中已存在的毒素进行处理，具有安全性、有效性和首创性。本项目组从发酵食品中筛选获得一株具有自主知识产权的高效MC-LR降解菌，远远高于其它益生菌株。同时与荷兰国家应用科学研究院(TNO)合作，使用该研究所开发的TIM人体模拟系统进行降解菌人体模拟实验。与青岛康地恩公司开展动物实验及绩效验证的相关合作。相关结果更加有助于证明此降解菌在干预微囊藻毒素上的有效性，证实其应用价值。在实际的产业化应用中，本项目通过采用高密度发酵提高益生菌的菌体量，采用微胶囊和冷冻干燥保藏菌体提高菌体存活率。实现高活力益生菌发酵剂的制备，为MCs降解菌的工业化生产奠定基础。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 本作品目前正与青岛康地恩公司进行相关绩效验证与试生产。
技术转让方式
- 以专利技术入股的方式实现技术转让
作品可展示的形式
- 现场演示、样品展示、图片展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点及优势：该产品具有自主知识产权；采用益生菌处理清除食品中已存在的藻毒素，具有首创性；制剂化过程获得高密度高活性益生菌制剂，适用于工业化生产。微胶囊技术保证菌体在人体胃肠道中仍保持较高的活性。适用范围：制备生产获得发酵剂，作为食品添加剂提供给相关食品生产企业，作为具有微囊藻毒素清除功能的益生菌食品添加剂。此外还可开发其他口服类产品，直接用于饮用。市场分析和经济效益预测：随着我国发酵乳制品市场的不断扩大，对发酵剂的需求也随之增加。国内发酵剂的研究一直处于空白，大型乳品企业使用的发酵剂均为进口，其市场售价高达10-15万元/吨，1000吨生产规模可形成千万元以上的利润。从成本上看，我们的发酵剂为公司自主研发产品，具有自主知识产权，在价格方面，预计生产每吨发酵剂的总费用在2.3万元。按年产250吨，售价定为9万元/吨，项目投产后，每年可获销售收入2970万元，年均利润715.73万元,年均税后利润608.38万元，产生显著的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 微囊藻毒素作为影响食品安全因素之一，引起世界各国的普遍关注。在对藻毒素处理方面的研究主要针对污染水体环境的处理，包括絮凝沉淀法、吸附法、光降解法、臭氧氧化法等等，但对已受污染的食品却无能为力。研究发现蚤状幼体属、鱼(鲤鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、孟加拉斑马鱼、白鲑、川鲽、虹鳟等)、对虾、龙虾、蟹、鳖、鳝、贝类、两栖动物、哺乳动物(小鼠、猪、牛等)等动物及其相关产品(水产品、牛奶等)均可被蓝藻毒素“毒化”，并可通过食物链进人人体从而影响人类健康。由此可见，对食物的“去毒化”对人类健康显得尤为重要。益生菌广泛应用于食品与发酵生产领域，具有抗肿瘤、缓解乳糖不耐症、增强免疫力、降低胆固醇、调整肠道菌群等生理作用。除上述益生作用外，益生菌对于部分生物毒素的清除功能正逐步得到人们的认识和认可，但目前在益生菌的毒素降解研究方面，更多集中于对真菌毒素、黄曲霉素的探索，而对藻毒素降解的研究则较少。乳酸菌对微囊藻毒素的清除研究开始于2003年，Nybom等研究人员研究考察了11株乳酸菌的藻毒素清除能力，发现11株实验菌株均具有不同能力的藻毒素清除能力，其中Bifidobacterium lactis Bb12的毒素清除能力最强，100 µg/L的MC-LR溶液，经菌浓1010 CFU/mL的B. lactis Bb12，37℃处理24 h清除率达58.5%。 2005年Meriluoto 等研究发现益生菌Lactobacillus rhamnosus GG 和双歧杆菌Bb12具有藻毒素清除能力，LGG经7 h对0.5 µg/mL的MC-LR的清除率可达46%。当前国内外的研究初步证实并且获得了能够去除微囊藻毒素的益生菌，并分析了其对毒素的结合转化能力。但是，其降解效率不高，此外对益生菌在分子水平上对毒素的结合、吸附和转化机制没有系统的研究，对益生菌对环境因素的适应机制，及其在反应器水平上吸附、转化毒素的过程解析和控制机制也存在研究上的空白，这极大地限制了益生菌毒素干预技术的发展。在实际的产业化应用中，传统的益生菌液体发酵剂正在被活菌含量更高、使用更加方便的浓缩型发酵剂所取代，然而目前国内还尚未形成专业化、规模化的工业生产体系，尤其是直投式发酵剂存在质量良莠不齐、生命力相对较短等缺点。解决上述问题的重要性和迫切性是本项目研究的源泉和动力。
