乳酸菌发酵达乌里蔷薇酵素：一种提升营养与生物活性的功能性食品开发研究

为解决传统药用植物高附加值产品开发不足的问题，研究人员以达乌里蔷薇（Rosa davurica Pall.）为原料，利用三种乳酸菌（LP、LPC、LA）进行发酵，开发新型酵素（Jiaosu）。研究发现，发酵显著提高了多糖、黄酮、类胡萝卜素及氨基酸等营养成分，并增强了抗氧化、抑制α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和ACE的活性。该研究为功能性食品开发提供了新思路，具有重要的应用前景。

　　

在健康食品市场迅速发展的今天，传统药用植物和水果通过微生物发酵制成的酵素产品，因其能够增强免疫力、缓解疲劳和调节代谢而备受青睐。然而，许多具有高营养和生物活性的植物资源仍未得到充分开发，达乌里蔷薇（Rosa davurica Pall.）便是其中之一。这种植物富含维生素、黄酮、花青素和多糖，具有抗氧化、抗炎、调脂和降血糖等多种生物活性，在传统民族药物学中常用于治疗糖尿病和胃肠道疾病。尽管其提取物已被广泛研究，但如何通过现代加工技术进一步提升其生物活性与功能特性，仍是一个待解的关键问题。微生物发酵，特别是乳酸菌（Lactic Acid Bacteria, LAB）发酵，被证明能够有效增强食品中生物活性化合物的浓度和功能，但针对达乌里蔷薇的发酵研究尚未系统开展。

为此，研究人员在《Food Chemistry: Molecular Sciences》上发表了一项研究，利用三种乳酸菌——副干酪乳酸杆菌（Lacticaseibacillus paracasei, LPC）、植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum, LP）和嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus, LA）对达乌里蔷薇进行单菌及混合发酵，通过多维度分析评估其发酵产品的挥发性成分、营养组分、抗氧化及抑制关键酶活性的能力，以探索其作为功能性食品的潜力。

研究采用了多项先进技术方法。首先，通过电子鼻（e-nose）技术结合主成分分析（PCA）对发酵72小时的样品挥发性成分进行快速无损检测；其次，利用非靶向代谢组学（LC-MS）全面鉴定小分子代谢物，并依据数据库进行注释和分类；此外，采用微量测定试剂盒分析多糖、黄酮、总酚、类胡萝卜素和氨基酸等营养成分；最后，通过体外实验评估产品的抗氧化能力（DPPH、ABTS和羟自由基清除）以及对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和血管紧张素转化酶（ACE）的抑制活性。所有数据均通过GraphPad Prism 8.0进行统计分析，并使用在线平台绘制PCA图和雷达图。

3.1. 挥发性成分的变化（电子鼻检测）

通过电子鼻技术分析发现，不同乳酸菌发酵的酵素产品在挥发性成分上存在明显差异。主成分分析（PCA）显示，PC1和PC2的累计方差贡献率为66.66%，样品间无重叠分布，表明电子鼻能有效区分不同发酵产品的气味特征。共鉴定出16种差异挥发性化合物，包括乙醇、甲醇、异丁醇等，主要分为醇类、醛类、酮类和烃类。醇类是主要成分，占比超过50%，而醛类在发酵后显著减少，降低了产品的刺激性气味。值得注意的是，2,3-丁二酮和3-羟基-2-丁酮仅在LP组中检测到，这与LAB的柠檬酸代谢途径密切相关。这些结果说明，菌种选择和代谢调控是影响酵素风味特性的关键因素。

3.2. 可溶性化合物的变化（非靶向代谢组学分析）

非靶向代谢组学共检测到56,002个化合物特征，其中2,034个被成功注释并分类。代谢物主要分为八大类：莽草酸和苯丙烷类（30.90%）、萜类（23.31%）、脂肪酸（9.86%）、生物碱（8.33%）、聚酮类（4.58%）、氨基酸和肽类（3.89%）、碳水化合物（1.97%）及其他（17.15%）。PCA结果显示，不同发酵组别的样品明显分离，且LA组的代谢差异最大。差异代谢物中，莽草酸途径和萜类合成途径的代谢物占比稳定，这两类物质与抗氧化活性密切相关。此外，与酶抑制相关的化合物（如酚酸和黄酮）在发酵过程中含量发生变化，表明微生物发酵可通过调节代谢通路增强产品的功能活性。

3.3. 营养成分的变化

发酵时间显著影响了酵素产品的营养成分。随着发酵时间延长，黄酮、类胡萝卜素和多糖含量显著增加，氨基酸含量也呈上升趋势，但总酚含量无显著变化。在72小时发酵时，LP组的黄酮含量达到521.8 mg/L，是对照组的117.3%；LA组在96小时时多糖含量高达18.16 mg/mL，是空白组的4倍以上。混合菌发酵（尤其是LP+LPC+LA组合）在黄酮、类胡萝卜素和多糖积累方面表现优异，显示出菌种间的协同效应。这些营养成分的增强为酵素的抗氧化和功能特性提供了物质基础。

3.4. 抗氧化活性的变化

通过ABTS、DPPH和羟自由基清除实验评估抗氧化活性，发现所有处理组的抗氧化能力均随发酵时间延长而增强。LP组在96小时时ABTS自由基清除率高达90.05%，显著优于其他单菌处理组。三元菌组合（LP+LPC+LA）在72-96小时期间表现出更高的抗氧化活性，表明菌种间存在协同作用。羟自由基清除率在24-48小时期间增长最快，之后趋于稳定。这些结果证明，延长发酵时间和选择特定菌种可有效提升产品的抗氧化能力。

3.5. 达乌里蔷薇酵素的抗糖尿病和抗高血压潜力

研究发现，发酵后的酵素产品对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和ACE均具有显著抑制活性。α-淀粉酶抑制率在96小时时达到45.2%（LP组），而α-葡萄糖苷酶抑制率高达83.6%（LA组），表明发酵产品对餐后血糖控制有潜在作用。ACE抑制活性在48-72小时期间达到峰值，LA组最高为49.4%。非靶向代谢组学鉴定出多种与酶抑制相关的天然抑制剂，如槲皮素（Quercetin）和儿茶素（Catechin），这些化合物在发酵过程中含量变化显著，进一步解释了酵素的生物活性机制。

结论与意义

本研究通过乳酸菌发酵成功开发出具有增强营养和生物活性的达乌里蔷薇酵素产品。发酵过程显著提高了多糖、黄酮、类胡萝卜素和氨基酸等营养成分的含量，并赋予了产品优异的抗氧化、抗糖尿病和抗高血压潜力。电子鼻和非靶向代谢组学分析揭示了不同菌种发酵在挥发性成分和代谢物组成上的差异，突出了菌种选择与代谢调控的重要性。此外，研究证实混合菌发酵具有协同效应，能进一步优化产品的功能特性。

该研究不仅为达乌里蔷薇的高附加值利用提供了新途径，也为功能性酵素产品的开发提供了科学依据和实践指导。未来研究可进一步探索发酵机制的分子基础，以及通过人体试验验证其健康益处，推动天然植物资源在功能性食品领域的更广泛应用。