南昌大学谢明勇院士、殷军艺研究员等：探究植物乳杆菌NCU137发酵枸杞汁期间多酚的生物转化机制

近日，南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室Shuai Liu(第一作者)、殷军艺研究员(通讯作者)和谢明勇院士(通讯作者)等在国际期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》发表了题为“Exploring the Biogenic Transformation Mechanism of Polyphenols by Lactobacillus plantarum NCU137 Fermentation and Its Enhancement of Antioxidant Properties in Wolfberry Juice”的研究论文。

乳酸菌(LAB)发酵作为食品加工中的一种常用方法，能够显著影响包括多酚在内的生物活性化合物。一个研究证实使用Lactobacillus helveticus 76发酵的猕猴桃汁能够显著提升两个不同猕猴桃品种中酚酸和类黄酮水平。另一个研究发现LAB发酵后枸杞汁和龙眼汁中多酚水平增加。在以前研究中，研究人员优化用Lactobacillus plantarum NCU137发酵的枸杞汁，记录了一些参数包括pH、总酸、挥发性成分、有机酸和氨基酸的变化。然而，发酵后枸杞汁中多酚的特定变化以及这些变化背后的机制仍然不清楚。

该研究探究了Lactobacillus plantarum NCU137发酵枸杞汁期间多酚包括游离多酚和结合多酚的转化。结果表明发酵显著增加游离多酚含量和释放结合多酚，提升抗氧化活性。研究人员分析发现存在19种游离多酚(主要是scopoletin、pyrogallol和dihydroferulic acid)和16种结合多酚(特别是p-coumaric acid、 feruloyl hexoside和caffeic acid)，通过相关性分析推断了潜在的微生物代谢通路和释放机制。在0小时发酵枸杞汁中，化合物例如焦性没食子酸、对香豆酸、绿原酸、二氢阿魏酸、咖啡酸、阿魏酸和芦丁构成主要的多酚。其含量和分布展现出随时间的变化。同时，结合多酚，feruloyl hexoside和2,3-dihydroxybenzoic acid为主要代表，在24小时到48小时发酵期间逐渐释放。这个转化强调了发酵过程期间多酚改变的动态属性。另外，多酚释放和转化间接提升了枸杞汁的抗氧化性，这在DPPH、ABTS+和FRAP测定中得到证实。而且，二氢阿魏酸的存在与 ABTS+自由基清除能力有着直接关系。枸杞残留结构特性分析和酶活性显示发酵扰乱了枸杞残留的结构，显著降低了半乳糖醛酸的含量和显著增加了发酵枸杞汁中多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)和果胶酶的活性。结果显示PPO和POD可能是游离多酚代谢的关键参与者，而果胶的降解和果胶酶分泌对于结合多酚的释放至关重要。

该研究发现强调了L. plantarum NCU137发酵对枸杞汁中游离多酚的代谢和结合多酚的释放具有重大影响。然而，这些作用涉及到的确切生物学通路需要进一步系统性探究。因此，对参与多酚代谢的确切通路和酶催化过程的深入认识非常必要。组学技术例如基因组学、蛋白组学和代谢组学的整合加上对代谢通路的全面分析为广泛探究发酵枸杞汁中生物活性提供重大可能。该研究对于推动工业发展至关重要。在该领域进行的研究应该传递重要信息，促进对枸杞发酵的理解和改进，从而为枸杞产品的开发提供科学依据。

图形摘要Figure 1. Content of polyphenols and antioxidant ability in nonfermented and fermented wolfberry juice. (A) free polyphenols content in sample; (B) bound polyphenols content in sample; (C) DPPH radical scavenging activity; (D) ABTS+ radical scavenging activity; (E) FRAP antioxidant power. Note: FWJ-0: Fermented wolfberry juice for 0 h; FWJ-24: Fermented wolfberry juice for 24 h and FWJ-48: Fermented wolfberry juice for 48 h. Each data is the mean of three replicate samples.Figure 2. UPLC chromatograms of released and transformed free and bound polyphenols from fermented wolfberry juice with different fermentation time.

Figure 3. Metabolized of the free polyphenols and bound polyphenols in fermented wolfberry juice with different fermentation time.

Figure 4. SEM of nonfermented and fermented wolfberry residue and bound polyphenols composition in fermented wolfberry residue at different fermentation times. A: SEM (×200 and ×1000) of wolfberry residue in L. plantarum NCU137 fermented wolfberry juice for 0 h; B: SEM (×200 and ×1000) of wolfberry residue in L. plantarum NCU137 fermented wolfberry juice for 24 h; C: SEM (×200 and ×1000) of wolfberry residue in L. plantarum NCU137 fermented wolfberry juice for 48 h.

Figure 5. Effects of fermentation on the enzyme activities in wolfberry juice. (A) polyphenol oxidase (PPO), (B) peroxidase (POD), and (C) pectinase. Note: FWJ-0: Fermented wolfberry juice for 0 h; FWJ-24: Fermented wolfberry juice for 24 h and FWJ-48: Fermented wolfberry juice for 48 h.

https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c01393

来源： 食品放大镜