基本信息
- 項目名稱：
- 具有藻毒素清除能力的益生菌發(fā)酵劑的制備研究
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目組從發(fā)酵食品中篩選獲得一株具有自主知識產(chǎn)權的高效降解微囊藻毒素的乳酸菌，同時，與荷蘭國家應用科學研究院和青島康地恩公司合作，開展相關績效研究，證實其應用價值。此外，結合消費者對益生菌制品活性和效能的要求建立降解菌的高密度培養(yǎng)模式和制劑化研究。實現(xiàn)高活力益生菌發(fā)酵劑及多樣化產(chǎn)品的制備。該方法立足于通過攝入功能性乳酸菌直接去除食品中的藻毒素，具有經(jīng)濟性、有效性、安全性、首創(chuàng)性等特點。
- 詳細介紹：
- 食品是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，而食品安全問題是關系到人類健康和國計民生的大事。近年來，隨著藍藻水華的頻繁爆發(fā)，國內(nèi)眾多湖泊和水系，如太湖、巢湖、滇池等，均面臨隨之而來的微囊藻毒素(MCs)的泛濫。MCs主要作用于肝細胞和肝巨噬細胞，毒性作用主要表現(xiàn)為肝中毒。由于水源以及食物中MCs可通過食物鏈的富集危害人類健康，對水源以及食物中MCs的清除已成為食品安全領域的重要研究課題。目前，對于干預藻毒素的研究主要針對污染水體環(huán)境的處理，包括絮凝沉淀法、吸附法、光降解法、臭氧氧化法等，但對已受污染的食品尚無安全有效的處理方法。與藻毒素傳統(tǒng)處理方法中的化學法和物理法相比，微生物干預法具有成本低、避免二次污染等諸多優(yōu)點。然而，目前研究多集中于對部分非食品級微生物如銅綠假單胞菌、鞘氨醇單胞菌等的干預作用解析，尚缺乏能夠在食品領域開發(fā)應用的相關菌株的深入研究。乳酸菌作為公認的食品安全菌株(GRAS)，目前已被廣泛應用于食品生產(chǎn)的眾多領域。目前開展的益生菌降解毒素的相關研究主要集中于探索對真菌毒素、黃曲霉素的作用效果，而對其干預藻毒素的研究尚處于起步階段。本項目組從發(fā)酵食品中篩選獲得一株具有自主知識產(chǎn)權的高效降解MC-LR的乳酸菌，并對其降解MC-LR的條件進行了優(yōu)化，處理24小時后，降解率達到81.3%，遠高于其它國內(nèi)外已報道的益生菌菌株。同時，與荷蘭國家應用科學研究院(TNO)合作，使用該研究院開發(fā)的人體胃腸道模擬仿生系統(tǒng)(TIM)進行研究菌株的人體仿生模擬實驗。研究結果表明此降解菌能有效地減少人體對微囊藻毒素的吸收，從而降低微囊藻毒素對人體的侵害。此外本項目組還與青島康地恩公司開展了動物實驗及績效驗證的相關合作，研究結果更加有助于證實該菌株干預微囊藻毒素的有效性及其工業(yè)應用價值。在上述研究的基礎上，結合消費者對益生菌制品活性和效能的要求建立降解菌的高密度培養(yǎng)模式和制劑化研究。實現(xiàn)高活力益生菌發(fā)酵劑及多樣化產(chǎn)品的制備，為MCs降解菌的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎。該方法立足于通過攝入功能性乳酸菌直接去除食品中的藻毒素，具有經(jīng)濟性、有效性、安全性、首創(chuàng)性等特點。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的和基本思路：本項目通過開發(fā)益生菌在降解藻毒素方面的應用，篩選并驗證獲得高效藻毒素降解菌株，建立降解菌的高密度培養(yǎng)模式和制劑化研究，采用高密度發(fā)酵模式提高益生菌的菌體量，采用微膠囊和冷凍干燥保藏菌體提高菌體存活率。實現(xiàn)高活力益生菌發(fā)酵劑及其相關產(chǎn)品的制備。創(chuàng)新點：近年來大量飲用水體受到微囊藻毒素的污染。在對微囊藻毒素清除方面，主要針對受污染的水體，都無法直接用于去除食品中已經(jīng)存在的毒素。該方法立足于直接去除食品中的毒素，具有經(jīng)濟性、有效性、安全性、首創(chuàng)性等特點。 技術關鍵和主要技術指標： 1. 高效藻毒素降解菌的篩選：對降解條件優(yōu)化使得其在處理24小時后，降解率達到81.3%。TIM模擬胃腸道實驗表明此降解菌能有效地減少人體對微囊藻毒素的吸收，從而降低微囊藻毒素對人體的侵害。 2. 通過對目的菌株的高密度發(fā)酵，目前菌體干重比在普通培養(yǎng)提高近4倍，干重達到5.31g/L。 3. 高活性益生菌制劑的制備：確定復合保護配方為蔗糖10 %、麥芽糖10 %、海藻糖5 %、山梨醇5 %、脫脂奶粉20 %、Vc 2 %、GSH 0.5 %時，其細胞存活率可達74.5 %。當細胞在有保護劑GSH存在時細胞形態(tài)較完整。通過噴霧冷凝法選用2%海藻酸鈉和3%變性淀粉的混合體系作為基材, 以3%的CaCl2水溶液作為交聯(lián)劑制備干酪乳桿菌微膠囊，采用該方法制備的微膠囊在模擬人工胃液中，能夠很好的保持形態(tài)和保護其內(nèi)的乳酸菌。在模擬人工腸液時又能很好的釋放。
科學性、先進性
- 在對藻毒素處理方面的研究主要針對污染水體環(huán)境的處理，但對已受污染的食品卻無能為力。目前在益生菌的毒素降解研究方面，更多集中于對真菌毒素、黃曲霉素的探索，而對藻毒素降解的研究則較少。此外，其作用于人體腸胃道的有效性也沒有進行驗證，這極大地限制了益生菌對微囊藻毒素干預技術的發(fā)展及后續(xù)的工業(yè)化應用。采用益生菌對食品中已存在的毒素進行處理，具有安全性、有效性和首創(chuàng)性。本項目組從發(fā)酵食品中篩選獲得一株具有自主知識產(chǎn)權的高效MC-LR降解菌，遠遠高于其它益生菌株。同時與荷蘭國家應用科學研究院(TNO)合作，使用該研究所開發(fā)的TIM人體模擬系統(tǒng)進行降解菌人體模擬實驗。與青島康地恩公司開展動物實驗及績效驗證的相關合作。相關結果更加有助于證明此降解菌在干預微囊藻毒素上的有效性，證實其應用價值。在實際的產(chǎn)業(yè)化應用中，本項目通過采用高密度發(fā)酵提高益生菌的菌體量，采用微膠囊和冷凍干燥保藏菌體提高菌體存活率。實現(xiàn)高活力益生菌發(fā)酵劑的制備，為MCs降解菌的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 本作品目前正與青島康地恩公司進行相關績效驗證與試生產(chǎn)。
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 以專利技術入股的方式實現(xiàn)技術轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示、樣品展示、圖片展示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術特點及優(yōu)勢：該產(chǎn)品具有自主知識產(chǎn)權；采用益生菌處理清除食品中已存在的藻毒素，具有首創(chuàng)性；制劑化過程獲得高密度高活性益生菌制劑，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。微膠囊技術保證菌體在人體胃腸道中仍保持較高的活性。適用范圍：制備生產(chǎn)獲得發(fā)酵劑，作為食品添加劑提供給相關食品生產(chǎn)企業(yè)，作為具有微囊藻毒素清除功能的益生菌食品添加劑。此外還可開發(fā)其他口服類產(chǎn)品，直接用于飲用。市場分析和經(jīng)濟效益預測：隨著我國發(fā)酵乳制品市場的不斷擴大，對發(fā)酵劑的需求也隨之增加。國內(nèi)發(fā)酵劑的研究一直處于空白，大型乳品企業(yè)使用的發(fā)酵劑均為進口，其市場售價高達10-15萬元/噸，1000噸生產(chǎn)規(guī)?？尚纬汕f元以上的利潤。從成本上看，我們的發(fā)酵劑為公司自主研發(fā)產(chǎn)品，具有自主知識產(chǎn)權，在價格方面，預計生產(chǎn)每噸發(fā)酵劑的總費用在2.3萬元。按年產(chǎn)250噸，售價定為9萬元/噸，項目投產(chǎn)后，每年可獲銷售收入2970萬元，年均利潤715.73萬元,年均稅后利潤608.38萬元，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 微囊藻毒素作為影響食品安全因素之一，引起世界各國的普遍關注。在對藻毒素處理方面的研究主要針對污染水體環(huán)境的處理，包括絮凝沉淀法、吸附法、光降解法、臭氧氧化法等等，但對已受污染的食品卻無能為力。研究發(fā)現(xiàn)蚤狀幼體屬、魚(鯉魚、草魚、鰱魚、鳙魚、孟加拉斑馬魚、白鮭、川鰈、虹鱒等)、對蝦、龍蝦、蟹、鱉、鱔、貝類、兩棲動物、哺乳動物(小鼠、豬、牛等)等動物及其相關產(chǎn)品(水產(chǎn)品、牛奶等)均可被藍藻毒素“毒化”，并可通過食物鏈進人人體從而影響人類健康。由此可見，對食物的“去毒化”對人類健康顯得尤為重要。益生菌廣泛應用于食品與發(fā)酵生產(chǎn)領域，具有抗腫瘤、緩解乳糖不耐癥、增強免疫力、降低膽固醇、調(diào)整腸道菌群等生理作用。除上述益生作用外，益生菌對于部分生物毒素的清除功能正逐步得到人們的認識和認可，但目前在益生菌的毒素降解研究方面，更多集中于對真菌毒素、黃曲霉素的探索，而對藻毒素降解的研究則較少。乳酸菌對微囊藻毒素的清除研究開始于2003年，Nybom等研究人員研究考察了11株乳酸菌的藻毒素清除能力，發(fā)現(xiàn)11株實驗菌株均具有不同能力的藻毒素清除能力，其中Bifidobacterium lactis Bb12的毒素清除能力最強，100 μg/L的MC-LR溶液，經(jīng)菌濃1010 CFU/mL的B. lactis Bb12，37℃處理24 h清除率達58.5%。 2005年Meriluoto 等研究發(fā)現(xiàn)益生菌Lactobacillus rhamnosus GG 和雙歧桿菌Bb12具有藻毒素清除能力，LGG經(jīng)7 h對0.5 μg/mL的MC-LR的清除率可達46%。當前國內(nèi)外的研究初步證實并且獲得了能夠去除微囊藻毒素的益生菌，并分析了其對毒素的結合轉(zhuǎn)化能力。但是，其降解效率不高，此外對益生菌在分子水平上對毒素的結合、吸附和轉(zhuǎn)化機制沒有系統(tǒng)的研究，對益生菌對環(huán)境因素的適應機制，及其在反應器水平上吸附、轉(zhuǎn)化毒素的過程解析和控制機制也存在研究上的空白，這極大地限制了益生菌毒素干預技術的發(fā)展。在實際的產(chǎn)業(yè)化應用中，傳統(tǒng)的益生菌液體發(fā)酵劑正在被活菌含量更高、使用更加方便的濃縮型發(fā)酵劑所取代，然而目前國內(nèi)還尚未形成專業(yè)化、規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)體系，尤其是直投式發(fā)酵劑存在質(zhì)量良莠不齊、生命力相對較短等缺點。解決上述問題的重要性和迫切性是本項目研究的源泉和動力。
