荔枝发酵过程中多酚和糖类的菌株特异性代谢变化

《Journal of Food Composition and Analysis》：Strain-specific metabolic variations in polyphenols and saccharides during lychee fermentation

荔枝果肉经七株乳酸菌（LAB）发酵后，代谢组学分析发现两种新代谢物：脱氧野漆树苷（源于槲皮素-3-O-鼠李糖苷-7-O-α-L-鼠李糖苷代谢）和苯甲醛（源于肉桂酸代谢），糖分降解率达90%以上，同时生成大量短链脂肪酸，其中Limosilactobacillus fermentum产率最高。本研究为筛选功能LAB菌株及开发低糖高多酚荔枝产品奠定理论基础。

　　

王诗岚|陈云|潘杰|潘建妮|周永强|董丽红|黄飞|苏东晓

广州大学化学与化学工程学院，中国广州510006

摘要

荔枝因其营养价值和高含量的多酚化合物而受到认可，这些多酚化合物对健康有多种潜在益处。然而，其高糖含量限制了其适用人群。因此，研究人员使用七种乳酸菌（LAB）对荔枝果肉进行了发酵，并利用UPLC-Q-Exactive-Orbitrap-MS/MS技术系统地研究了这些菌株在多酚代谢方面的差异。值得注意的是，发现了两种此前未报道的代谢物——二羟基苯甲醛-鼠李糖苷和茴香醛。前者来源于荔枝果肉中特有的黄酮类化合物槲皮素-3-O-芸香糖苷-7-O-α-鼠李糖苷的代谢转化，而后者则来源于阿魏酸的代谢。此外，乳酸菌发酵几乎完全降解了葡萄糖、果糖和蔗糖，糖分减少率超过90%，同时产生了大量的短链脂肪酸。在所有菌株中，Limosilactobacillus fermentum的产率最高。本研究为筛选功能性乳酸菌株和开发低糖、高多酚含量的荔枝产品提供了理论基础。

引言

荔枝是一种珍贵的热带和亚热带水果，因其独特的风味和丰富的营养成分而备受推崇，这主要归功于其富含多酚的成分。其中，槲皮素-3-O-芸香糖苷-7-O-α-鼠李糖苷（QRR）、阿魏酸和槲皮素等关键生物活性化合物占荔枝新鲜重量的约0.2%，这些成分对其健康促进作用至关重要（Xu等人，2023年）。然而，荔枝的高糖含量（通常在10%至19.2%之间，还原糖占约70%）可能会影响其对注重健康的消费者的吸引力（Zhao等人，2020年）。此外，荔枝极易变质，采后迅速恶化，导致这些有价值的生物活性化合物大量流失。因此，开发有效的加工策略以调节糖分含量并提高多酚稳定性对于改善采后利用和拓展其功能应用至关重要。

近年来，乳酸菌（LAB）发酵被广泛用于各种水果和蔬菜的生物加工中。这种方法不仅提高了产品的储存稳定性，还促进了酚类化合物的转化和释放，从而增强了其生物利用度和生物活性（Cheng等人，2025年）。然而，目前关于水果和蔬菜乳酸菌发酵的研究大多仅限于单一菌株的应用。例如，已有研究表明，用Lactobacillus plantarum发酵蓝莓和黑莓汁可以增加阿魏酸和没食子酸的含量（Wu等人，2021年）；而用Lactobacillus vulgaris和Lactobacillus acidophilus发酵红阳猕猴桃汁则可以显著降低没食子酸含量（Wang等人，2022年）。这些观察结果表明，不同的菌株在同一食物底物中表现出不同的生物转化能力，且同一菌株在不同食物底物中的适应性会影响其存活菌数（Guo等人，2021年；Meng等人，2022年）。

此外，乳酸菌发酵对多酚的影响不仅限于含量的变化，还包括它们的生物转化。荔枝中的主要多酚是黄酮类和酚酸类化合物，这些化合物主要以糖苷形式存在，具有C6-C3-C6的碳骨架，通过羟基与糖基团连接，且具有不同程度的羟基化和甲氧基化（Tang等人，2024年）。乳酸菌发酵可以促进游离和结合态多酚的释放和生物转化。先前的研究表明，Lactobacillus plantarum和Lactobacillus rhamnosus发酵荔枝果肉可以显著增加儿茶素和槲皮素的含量（Tang等人，2023年）；Hou等人（2025年）也发现，用这些菌株发酵热泵干燥的荔枝果肉可以增强结合态多酚的释放并提高多酚含量。除了荔枝外，Lactobacillus plantarum还可以将草莓汁中的儿茶素和芸香苷转化为没食子酸、二羟基苯甲酸和咖啡酸（Chen等人，2023年）。

尽管乳酸菌发酵能有效促进荔枝果肉中多酚的生物转化和释放，但目前的研究缺乏菌株多样性。此外，不同乳酸菌株对荔枝中活性成分的降解、保留和转化的影响仍有待系统研究。为填补这一空白，本研究全面研究了七种不同的乳酸菌株（Lactobacillus bulgaricus（L.b）、Limosilactobacillus fermentum（L.f）、Lacticaseibacillus casei（L.c）、Lacticaseibacillus paracasei（L.pc）、Lacticaseibacillus rhamnosus（L.r）、Lactobacillus acidophilus（L.a）、Lactiplantibacillus plantarum（L.p））对荔枝果肉糖类和酚类化合物的代谢影响。通过结合UPLC-Q-Exactive-Orbitrap-MS/MS的定性分析，我们阐明了潜在的代谢途径，为开发功能性荔枝产品奠定了基础。

材料与试剂

原材料：Huaizhi荔枝是广州本地品种，已达到商业成熟期。这些荔枝从广州水果批发市场采购，经过手工去皮去核后，将果肉收集起来，装入食品级密封袋中，并在-80°C下保存以备后续使用。

菌株：微生物菌株来自广东省微生物菌种保藏中心（GDMCC），包括Lactobacillus bulgaricus（GDMCC 1.189）、Limosilactobacillus fermentum（GDMCC 1.985）等

不同乳酸菌发酵荔枝果肉后生长曲线及短链脂肪酸的分析

从七种乳酸菌的生长曲线（图2A）可以看出，L.f、L.p、L.pc和L.r在发酵第1天的浓度从7.2至7.9 log CFU/mL增加到9.0–9.6 log CFU/mL（p < 0.05）。48小时发酵后，所有七种乳酸菌均达到峰值浓度，表明荔枝果肉是良好的生长底物。第5天后，存活菌数逐渐下降。因此，后续实验选择了4天的发酵时间。

结论

本研究利用乳酸菌发酵结合UPLC-Q-Exactive-Orbitrap-MS/MS技术发现，七种乳酸菌在荔枝多酚的代谢和转化方面存在显著的菌株特异性差异。出乎意料的是，发现了两种新的代谢物——二羟基苯甲醛-鼠李糖苷和茴香醛。前者来源于QRR的代谢过程，后者则来源于阿魏酸的代谢。

作者贡献声明

陈云：验证、实验设计、数据分析、数据整理。王诗岚：初稿撰写、实验设计、数据分析、数据整理。苏东晓：撰写、审稿与编辑、项目监督、资金申请、概念构思。黄飞：撰写、审稿与编辑、方法学设计、资金申请、概念构思。潘建妮：实验设计。潘杰：实验设计。董丽红：数据验证、资源协调、项目管理。周永强：资源提供、项目协调

利益冲突声明

作者未报告任何潜在的利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号32272329、32230085）和广州大学本科生创新培训计划（编号202411078019、XJ202511078243、XJ202411078031）的支持。