富含纳豆激酶和吡咯喹啉醌的食疗发酵甘薯汁的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微生物工程与发酵领域，具体涉及一种富含纳豆激酶和吡咯喹啉醌的 食疗发酵甘薯汁及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 纳豆由大豆经纳豆芽孢杆菌（Bacillusnatto)发酵而成，具有多重生理功效：
[0003] ①纳豆对心血管系统的作用：纳豆中一种标志性生理活性物质纳豆激酶 (Nattokinase，NK)是能够溶解血栓的蛋白质，由275个氨基酸残基组成，分子量27KD左右， 无毒、无副作用，是一种丝氨酸蛋白酶，其溶栓效果甚至超过溶栓制剂尿激酶。纳豆激酶除 具有直接溶栓作用外，还具有促进静脉内皮细胞产生纤维蛋白溶酶原激活剂的能力，从而 间接表现其溶栓活性。纳豆中亚油酸占全脂质的50%，亚油酸能够降低血浆中胆固醇含量， 有预防动脉硬化、心脏病和高血压的功效，具有血栓溶解作用；
[0004] ②纳豆对消化系统的作用：大豆蛋白质经纳豆酶的作用转化成可溶性多肽和氨 基酸，有利于人体吸收。lg纳豆中含有10亿个以上纳豆菌，纳豆菌繁殖快，能消耗肠道中 的氧，可以抑制引起肠内异常发酵的痢疾杆菌等腐败菌，促进乳酸菌繁殖，调节肠内细菌平 衡，预防痢疾、肠炎和便秘等。大豆经过纳豆菌发酵蓄积了大量蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、酯 酶、纤维素酶和脲酶等酶群，这些生物酶在消化系统中能够有效调理促进消化吸收。纳豆芽 孢杆菌在通过分解利用大豆蛋白进行繁殖的过程中，可以产生大量酵素、维生素、多聚谷氨 酸和多聚果糖等粘性物质，其被覆在胃肠粘膜表面起到保护作用，饮酒时可缓解酒醉。纳豆 菌还能杀死肠道出血性大肠杆菌；
[0005] ③纳豆对免疫系统的作用：通过接种纳豆菌的动物实验发现，纳豆可以提高机体 抵抗力，排除侵入的葡萄球菌，还可以诱发机体干扰素生成，增强机体免疫力；纳豆中含有 活性物质如皂草甙、维生素B2、维生素E等，每天食用可除去体内致癌物质，预防癌症发生， 并可软化血管，促进肌肤光滑；
[0006] ④促进骨骼发育：维生素K2可促进钙与蛋白质结合从而促进骨骼形成，在骨骼形 成过程中起着重要作用，而纳豆中维生素1( 2含量是其他发酵食品的数百倍，有预防骨质疏 松、腰痛等老年病的功效。
[0007] 近年发现纳豆还具有其它更丰富广泛的生理功效，源于其另一种标志性生理活性 物质--卩比略喹啉醌（pyrroloquinolinequinone，PQQ)，它是继黄素核苷酸和烟酰胺核苷 酸之后在细菌脱氢酶中发现的第三种辅基，化学名称为4, 5-二氢-4, 5-二氧化-1-氢吡咯 (2, 3f)醌-2, 7, 9-三羧酸，又名Methaxatin。虽然自然条件下仅少数细菌如Methylovorus、 Deinococcusradiodurans、Gluconobacteroxydans、Klebsiellapneumoniae等能够合成 PQQ，但在各种植物、动物以及人体内都发现含有微量PQQ。日本科学家测定了 26种常见食 物中的PQQ含量，发现1克食物中PQQ含量在3. 65-61纳克不等，例如，蔬菜中的欧芹、青椒， 水果中的奇异果、木瓜，饮品中的绿茶、乌龙茶，以及人们常吃的豆腐。值得注意的是，日本 传统食物纳豆当中PQQ含量最高，达到61纳克/克。
[0008] PQQ作为一种普遍存在于动物和植物组织中的氧化还原酶辅基，虽然含量非常低， 但作用重要，不仅是一种新发现的线粒体呼吸链组分，参与催化生物体内氧化还原反应，还 具有非常多样的生物活性，缺乏时会引起哺乳动物诸多代谢障碍，被认为是一种新型维生 素。PQQ对哺乳动物的主要生理作用有：
[0009] ①全面提高人体免疫功能：PQQ作为人类发育的必要因子，能刺激人体细胞生长， 尤其是激活人体B细胞、T细胞，提高人体免疫功能；
[0010] ②防治肝损伤：PQQ能显著降低血清胆红素和谷丙转氨酶水平，调理肝损伤，对肝 脏疾病有极好疗效；
[0011] ③减少自由基对人体的伤害：PQQ是一种氧化还原酶辅基，参与生物体内氧化还 原反应，能有效清除体内自由基，减少自由基对人体伤害所引发的各种疾病，如心脏病、癌 症以及各类炎症；
[0012] ④调理各种神经系统疾病：PQQ在体内能促进神经因子合成，调理各种神经系统 疾病；
[0013] ⑤促进氨基酸吸收：PQQ是醌蛋白酶的辅基，参与呼吸链电子传递，在人体内能促 进氨基酸吸收；
[0014] ⑥促进生长因子合成：生长因子是人类生长的激素，PQQ能刺激人体细胞生长，增 加细胞密度，微量PQQ就能提高生物体组织的代谢能力和生长机能；
[0015] ⑦防治老年痴呆症：PQQ具有修复神经纤维、活化神经元、激活休眠神经细胞的能 力，能有效防治老年痴呆症和改善记忆力；
[0016] ⑧促进谷胱甘肽合成：谷胱甘肽具有重要抗氧化作用和整合解毒作用，PQQ能促 进机体谷胱甘肽合成，防止白内障发生和肝脏胆红素积累；
[0017] ⑨极强的抗癌功能：PQQ激活自然杀伤细胞（NK)细胞为ANK细胞，使其具有杀肿 瘤作用；使NK细胞等免疫细胞聚集，更有效地杀灭肿瘤细胞；封闭肿瘤细胞载铁蛋白受体， 阻断其功能，抑制肿瘤生长、转移；破坏肿瘤细胞脂质双层，使肿瘤细胞溶解死亡；阻止肿 瘤细胞DNA复制，促其凋亡。
[0018] 在天然食品中，纳豆独有NK，并且PQQ含量最丰富。纳豆中的NK和PQQ由纳豆芽 孢杆菌产生。纳豆是日常健康食品，纳豆芽孢杆菌是公认安全的食品级微生物（GRAS微生 物），对纳豆芽孢杆菌进行定向选育，然后与乳酸菌共发酵，制备富含NK和PQQ的食品，对于 人们在日常饮食中补充NK和PQQ、充分发挥NK和PQQ的生理调理作用具有重要意义。
[0019] 甘薯（Dioscoreaesculenta)中的营养成分如胡萝卜素、维生素Bl、B2、C和铁、 钙等矿物质含量都高于大米和小麦粉。中医认为甘薯益气健脾、养阴补肾，主治脾虚气弱、 肾阴亏乏诸证，常吃甘薯能降胆固醇，减少皮下脂肪，补虚乏，益气力，健脾胃，益肾阳，有助 于护肤美容。现代医学研宄表明：甘薯营养丰富，含有大量糖、蛋白质、脂肪和各种维生素及 矿物质，能防治营养不良症，补中益气，对中焦脾胃亏虚、小儿疳积等病症有益，具有和血补 中功效；甘薯经过蒸煮后，部分淀粉发生变化，可增加40%左右膳食纤维，能有效刺激肠道 蠕动，促进排便。人们在切红薯时看见的红薯皮下渗出有一种白色液体，含有紫茉莉甙，可 用于治疗习惯性便秘；甘薯含有大量黏液蛋白，能够防止肝脏和肾脏结缔组织萎缩，提高机 体免疫力，预防胶原病发生；甘薯中富含的钙和镁可以预防骨质疏松症；甘薯中含有一种 抗癌物质，能够防治结肠癌和乳腺癌，甘薯还具有清除活性氧（活性氧是诱发癌症的原因 之一）的作用，故能抑制癌细胞增殖；甘薯的清除活性氧效应使其具有抗衰老和预防动脉 硬化作用，甘薯所含黏液蛋白能保持血管壁弹性，防止动脉粥样硬化发生；甘薯中的绿原酸 可抑制黑色素产生，防止雀班和老人斑出现，抑制肌肤老化，保持肌肤弹性，减缓机体衰老 进程。甘薯汁是用甘薯加水高温研磨加工而成的饮品，保留了甘薯营养成分，经乳酸菌发酵 后，将进一步形成乳酸菌素、活性脂肪酸、以乳酸为主的有机酸等诸多食疗物质。
[0020] 乳酸菌发酵除能产生诸多食疗成分外，还能赋予怡人的甜酸口感。纳豆芽孢杆菌 发酵则能产生NK和PQQ。本发明通过选育纳豆芽孢杆菌和干酪乳杆菌及其共发酵，开发出 富含NK和PQQ的食疗发酵甘薯汁。但如果干酪乳杆菌与纳豆芽孢杆菌在同一体系中生长不 平衡会导致一种菌在竞争中排斥另一种，共发酵无法顺利进行。关于生理特性，即使在野生 状态下，乳酸菌胞壁蛋白酶PrtS也只有少数菌株具有且活力不高，分解蛋白质获得必需氨 基酸的能力不足，而纳豆芽孢杆菌具有较强蛋白酶活力，其分解蛋白质产生氨基酸和肽可 满足乳酸菌对氨基酸的需求。纳豆芽孢杆菌兼性厌氧，通过消耗氧气也促进乳酸菌生长和 产酸。在本发明中，除了纳豆芽孢杆菌和干酪乳杆菌两者之间存在不严格偏利共生关系外， 更通过选育手段使干酪乳杆菌因形成甲硫氨酸营养缺陷（Met-)而与纳豆芽孢杆菌形成严 格偏利共生关系，从而保证了干酪乳杆菌与纳豆芽孢杆菌的共发酵顺利进行。
[0021] 纳豆芽孢杆菌合成NK和PQQ的代谢途径迄今尚未完全明了，从而无法通过理性优 化手段提高纳豆芽孢杆菌合成NK和PQQ的产率。而且由于糖、氨基酸、脂类、核苷酸四大有 机物代谢之间的相通和密切关联，使得微生物细胞代谢网络既显示出刚性（Rigidity)又 显示出柔性（Plasticity)，处于严格控制之中，刚性表现为牵一发而动全身，从而在许多情 形下，即使明了代谢途径，定点理性突变也并不能获得理想表型，而柔性表现为对整个代谢 网络中处于不同节点但又相关的途径进行协同突变后，会表现出新的代谢属性。欲提高纳 豆芽孢杆菌合成NK和PQQ的产率，不明了其代谢途径并不成为不可逾越的障碍，只要有合 适的非理性优化手段（Unrationaloptimizationtechnique)，对所有可能与NK和PQQ合 成有关的主流及旁支途径统筹优化，实现多位点协同突变，并通过高通量筛选使多位点协 同突变的表型从突变库中凸显，即可实现提高纳豆芽孢杆菌合成NK和PQQ产率的目标。
[0022] 随机突变是最常见的非理性优化手段，虽然它能够产生突变位点数量足够大的突 变库，但在突变库中，各突变位点往往是分散独立于单个细胞中，相互之间无法优化组合， 而且大多不产生可见表型，从而使得绝大多数突变隐没于突变库中而不能得到筛选。
[0023] 基因组重排（GenomeShuffling)是在随机突变的基础