一株具有改善脑铁痴呆等益生功能的乳酸片球菌PA及其应用

本发明属于微生物工程领域，涉及一种具有改善脑铁痴呆和降低脑部炎症水平等益生功能的乳酸片球菌pa的分离、鉴定、活性检测、功能验证、菌粉制备及其在益生菌压片糖果和益生菌固体饮料中的应用。

背景技术：

1、阿尔茨海默病（alzheimer’s disease，ad），俗称老年痴呆症，是一种缓慢进行的神经退行性疾病。发病因素与基因的变异、人口老龄化、饮食习惯以及生活习惯有很大关系。2021年全世界有超过 5000万老年痴呆患者，每年新增加460万老年痴呆症病例，已成为老年人主要死亡原因之一，而且每年社会投入成本达到一万亿美元。随着全球老龄化，其发病率和死亡率逐年上升，预计到2050年全球将有1.52亿老年痴呆症患者。

2、在大脑中，铁是维持神经组织高代谢和能量需求的关键，同时也参与髓鞘的合成以及神经递质合成和代谢。自从1953年eyster首次发现ad 的大脑中铁的沉积以来，已经发现大脑的顶叶皮质、运动皮层、海马、基底神经节等多个区域存在铁的富集。铁是最常见的丰富的氧化还原活性金属，能促进自由基的生成。在金属铁的催化下，ad的aβ蛋白在大脑中可以自发聚集成神经毒性淀粉样纤维。总之，铁是促进大脑痴呆的关键因素之一。

3、近年来研究表明，老年痴呆症患者的肠道菌群结构发生紊乱。益生菌被证明具有调节肠道菌群平衡、预防和缓解多种慢性疾病的功能。目前益生菌主要包括乳酸菌、芽孢杆菌和酵母菌等三大类，其中乳酸菌包括乳杆菌、双歧杆菌、乳球菌和片球菌等，在食品行业中应用最为广泛。片球菌为革兰氏染色阳性、无芽孢球菌。乳酸片球菌在自然界中分布很广，在植物体表、乳制品、肉制品和发酵面团等中均可分离到。

4、大量研究表明，乳酸菌作为益生菌，在维持肠道微生态平衡、增强机体免疫机能、抗衰老、防止腹泻等方面发挥着重要的作用，是维持机体健康必不可少的生理菌群之一，已广泛地应用于医药、食品和饲料等行业。当前市场上乳酸菌相关制品种类多样，包括酸奶、乳酸饮料、单复合菌食品、保健品等，但大部分产品菌株均依赖进口，且存在乳酸菌制品活菌数不稳定、功能不明确等问题。因此，拓展菌株的来源，选育具有优良发酵特性、活菌数高、安全性能好、具有抗痴呆益生功能的乳酸菌菌株并开发益生菌食品，将带来巨大的经济效益和社会效益。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种自主筛选的微生物菌株——乳酸片球菌pa的分离、鉴定、发酵参数、功能验证、菌粉的制备方法及其在益生菌压片糖果和益生菌固体饮料制备中的应用。

2、本发明涉及一株自主筛选的乳酸片球菌 pediococcus acidilacticipa，是从中国传统发酵食品重庆泡菜中分离筛选的，其保藏名称为“乳酸片球菌pa”；保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心cgmcc；保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号；保藏日期：2022年4月19日；保藏编号：cgmcc24714。

3、本发明所述的乳酸片球菌pa菌株，单菌落接种到mrs固体培养基上，37 ºc厌氧生长良好，菌落呈圆形，直径大小0.5 mm-1.5 mm，较光滑，乳白色；革兰氏染色呈阳性，菌体圆形，成单或串存在，无芽孢；经16srdna序列鉴定，pa为乳酸片球菌。

4、本发明所述乳酸片球菌pa，具有良好的胃肠道耐受性，在胃酸和肠道高胆盐环境中存活率高；经小鼠体内功能实验验证，能显著改善认知能力和行为活动，增强机体抵抗炎症活性，缓解脑铁累积等体内益生功能。

5、本发明所述的乳酸片球菌pa菌粉是由乳酸片球菌pa的发酵产物经离心取上清、加保护剂冷冻干燥制备而成，该菌粉具有超高细胞浓度，菌落形成单位大于2×1011cfu/g。

6、上述应用所述乳酸片球菌pa制备高活性菌粉经过如下步骤：无菌条件下，将乳酸片球菌pa在mrs平板上进行划线分离，接种至培养基中37 ºc厌氧培养6 h后得高浓度细胞培养液。培养液离心后与脱脂乳按一定比例混合均匀，经冷冻干燥制成pa浓缩菌粉。

7、本发明提供一种益生菌压片糖果和益生菌固体饮料的制备方法，是将上述乳酸片球菌pa菌粉混合天然果粉、麦芽糖醇、抗性糊精和食用香精等中的一种或几种为原料，经称量配料、混合、包装等工艺制成。

8、所述乳酸片球菌pa菌株、pa菌粉的制备方法、和益生菌pa固体饮料的制备方法均属于本发明的保护范围。

9、本发明提供的乳酸片球菌pa具备益生菌的优良特性，具有改善小鼠认知能力，增强机体抵抗炎症活性，缓解脑铁累积。本发明所述乳酸片球菌pa能够采用上述发酵培养方法获得超高细胞浓度菌粉，菌落形成单位大于2×1011cfu/g。本发明提供的乳酸片球菌pa菌粉可用于制备益生菌固体饮料，食用口感好。

技术特征：

1.一株乳酸片球菌菌株，其特征在于：所述乳酸片球菌pa（pediococcus acidilacticipa，简称pa）是从中国传统发酵食品重庆泡菜中分离的耐酸耐胆盐的益生菌；该菌株保藏名称为“乳酸片球菌pa”；保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心cgmcc；保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号；保藏日期：2022年4月19日；保藏编号：cgmcc24714。

2.一种具有调节脑铁痴呆和改善免疫炎症的乳酸片球菌pa菌粉，其特征在于：所述乳酸片球菌菌粉是由权利要求1所述乳酸片球菌pa的发酵产物经冷冻干燥制备而成；所述菌粉的菌落形成单位大于1×1011 cfu/g。

3.权利要求2所述乳酸片球菌pa菌粉在益生菌压片糖果制备中的应用，其特征在于，所述益生菌压片糖果包含如下质量百分数的组分：乳酸片球菌pa菌粉2%-6%，脱脂奶粉20%-35%，天然果粉25%-40%，乳糖2%-6%，甘露糖醇5%-10%，微晶纤维素5%-8%，硬脂酸镁0.3%-0.5%；所述益生菌压片糖果由上述原料经粉碎、过筛、称量配料、总混、压片、包装等工艺制成；所述益生菌压片糖果的益生菌活菌量大于2×109 cfu/g。

4.权利要求2所述的乳酸片球菌pa菌粉在益生菌固体饮料制备中的应用，其特征在于：所述益生菌固体饮料包含如下质量百分数的组分：乳酸片球菌pa冻干菌粉 2%-5%，天然果粉20%-35%，麦芽糖醇40%-60%，抗性糊精5%-10%，食用香精0.2%-0.5%；所述益生菌固体饮料由上述原料经称量配料、混合、包装等工艺制成；所述益生菌固体饮料的益生菌活菌量大于1×109 cfu/g。

技术总结
本发明涉及一株自主筛选的具有改善脑铁痴呆等益生功能的乳酸片球菌PA（Pediococcus acidilactici PA，简称PA）及其在益生菌食品中的应用。该菌株具有良好的胃肠道环境耐受能力，能调控宿主体内碱性磷酸酶活性和相关铁转运体表达。体内实验表明，该菌具有减轻脑铁累积带来的认知能力下降和免疫炎症方面的作用，并能显著改善小鼠肠道屏障功能、相关神经退行性疾病驱动蛋白tau表达的下调，增强脑肠轴铁的转运能力。PA显著的抗痴呆活性使其在多种形式的益生食品（如益生菌压片糖果、益生菌固体饮料等）中具有广泛的应用价值。

技术研发人员：万向元,张勇,龙艳,魏珣,钱伟祎,刘欣洁,李金萍
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14