综述：发酵食品中酚酸的细菌生物转化及其抗氧化活性与健康益处

这篇综述系统阐述了微生物发酵如何通过生物转化（如PAD、ESTR、β-glucosidase等酶解作用）释放植物细胞壁中的结合态酚酸（如ferulic acid、caffeic acid），显著提升其生物利用度和抗氧化活性。文章深入解析了酚酸通过激活Nrf2-ARE通路、抑制NF-κB/MAPK信号、调节肠道屏障完整性及微生物群-SCFAs互作等分子机制，在防治氧化应激相关慢性疾病（如心血管疾病、神经退行性疾病、糖尿病）中的多重健康效益，为功能性发酵食品的开发提供了理论依据。

　　

在当今追求健康饮食的潮流中，发酵食品因其独特的风味、延长的保质期以及增强的营养价值而备受青睐。微生物发酵不仅是一种古老的食品保存技术，更是提升食品功能特性的重要生物加工手段。其中，发酵过程中植物源性多酚——尤其是酚酸（Phenolic Acids）的生物转化、释放及其带来的健康效益，正成为生命科学与营养医学领域的研究热点。

常见食物中的酚酸来源

酚酸广泛存在于植物性食品中，如谷物（小麦、玉米、米糠）、豆类、水果（如浆果、葡萄）和蔬菜（如菠菜、西兰花、胡萝卜）。它们在植物体中通常以游离型和结合型两种形式存在。游离型酚酸易于提取和吸收，而结合型酚酸则通过酯键或醚键与细胞壁成分（如木质素、纤维素、阿拉伯木聚糖）共价连接，这限制了其在人体上消化道的直接生物可利用性。发酵加工，特别是通过乳酸菌（Lactobacillus）、曲霉（Aspergillus）等微生物的作用，能有效水解这些结合键，释放出具有更高生物活性的酚酸单体。

酚酸的化学结构与作为抗氧化剂的角色

酚酸属于多酚类化合物，其基本结构是一个苯环连接一个或多个羟基（-OH）。根据骨架不同，主要分为羟基苯甲酸（C6-C1结构，如没食子酸Gallic Acid）和羟基肉桂酸（C6-C3结构，如阿魏酸Ferulic Acid、咖啡酸Caffeic Acid）两大类。其抗氧化活性强烈依赖于化学结构，特别是羟基的数量和位置。邻位二羟基结构（如咖啡酸中的儿茶酚结构）能通过氢原子转移（HAT）、单电子转移（SET）等机制高效清除自由基（如ROS），并能螯合过渡金属离子（如Fe²⁺），从而中断脂质过氧化链式反应，减轻氧化应激对细胞大分子（如DNA、蛋白质、脂质）的损伤。

细菌生物转化过程

微生物发酵是酚酸生物转化的关键环节。此过程主要依赖于微生物分泌的特定酶类：

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  酚酸脱羧酶（PAD）：能催化酚酸（如对香豆酸p-Coumaric Acid、阿魏酸）脱羧，生成4-乙烯基酚类衍生物（如4-乙烯基愈创木酚），这些产物常贡献发酵食品的特殊风味。
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  酚酸酯酶（ESTR）：属于羧酸酯酶家族，其保守的Ser-His-Asp催化三联体可特异性水解酚酸与细胞壁多糖之间的酯键，释放出游离酚酸。例如，植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）的ESTR能将绿原酸水解为奎宁酸和咖啡酸。
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  β-葡萄糖苷酶（BGL）：能水解酚酸糖苷配基上的糖苷键，生成生物活性更高的苷元形式，显著改善其吸收和体内活性。

这些酶的协同作用，使得发酵食品（如酸面团、豆豉、发酵谷物、泡菜）中的酚酸含量和组成发生显著变化，通常表现为总酚含量和抗氧化能力的提升。

酚酸的抗氧化机制与分子作用通路

发酵释放的酚酸通过多种分子机制发挥其抗氧化和健康促进作用：

1. 1.
   激活Nrf2-ARE通路：阿魏酸、咖啡酸、芥子酸等酚酸能促进核因子E2相关因子2（Nrf2）核转位，与抗氧化反应元件（ARE）结合，上调血红素加氧酶-1（HO-1）、NAD(P)H醌氧化还原酶1（NQO1）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）等II相解毒酶和抗氧化酶的表达，增强细胞对氧化应激的防御能力。
2. 2.
   抑制NF-κB和MAPK信号通路：酚酸能抑制核因子κB（NF-κB）的激活及其核转位，降低肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-1β（IL-1β）等促炎细胞因子的产生。同时，它们还能调节丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路中的JNK、ERK、p38等激酶的活性，共同发挥抗炎效应。
3. 3.
   增强肠道屏障功能与调节氧化还原敏感基因：酚酸能促进肠道紧密连接蛋白（如Occludin、Claudins、ZO-1）的表达，维护肠道上皮屏障完整性，防止“肠漏”。它们还与肠道微生物群互作，促进有益菌（如乳酸杆菌、双歧杆菌）生长，并调控微生物代谢产生短链脂肪酸（SCFAs，如丁酸盐、丙酸盐、乙酸盐）。SCFAs不仅能作为肠上皮细胞能源，还能通过激活G蛋白偶联受体（如GPR43/109A）和抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）来发挥抗炎和维持肠道稳态的作用。

功能健康意义

基于上述分子机制，发酵食品中的酚酸展现出广泛的功能健康意义：

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  抗炎与免疫调节：通过下调关键炎症通路，调节免疫细胞功能，有助于缓解慢性炎症状态，对炎症性肠病等有潜在益处。
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  心脑血管与代谢健康：改善内皮功能，抑制低密度脂蛋白（LDL）氧化，调节血脂（如降低总胆固醇、甘油三酯），并通过抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶来帮助调控血糖，对动脉粥样硬化、2型糖尿病、肥胖等代谢综合征相关疾病有防治潜力。
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  神经保护与抗衰老：清除神经系统中的活性氧（ROS），抑制神经炎症，减少β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积和tau蛋白过度磷酸化，保护多巴胺能神经元，在阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的模型中显示出保护作用。同时，它们还能激活与长寿相关的通路（如sirtuins），有助于延缓细胞衰老。

技术应用与转化前景

未来研究需关注如何优化发酵工艺（如菌种选育、发酵条件控制、共培养策略）以最大化酚酸的转化率和得率。此外，应用纳米包埋、微胶囊化等递送系统可以提高酚酸在加工、储存及胃肠道环境中的稳定性，实现靶向释放。在法规方面，任何关于抗氧化功能的健康声称都需要遵循如欧洲食品安全局（EFSA）等机构的严格科学评估和验证。

总结与展望

综上所述，微生物发酵是一种高效释放和转化食物中酚酸的有效策略。通过细菌生物转化增强的酚酸，凭借其强大的抗氧化、抗炎、免疫调节、护心、控糖、神经保护等多重生物活性，在预防和管理氧化应激相关的慢性疾病方面具有巨大潜力。深入理解酚酸与肠道微生物群-SCFAs轴的互作机制，并在此基础上开发精准化的功能性发酵食品，将为促进人类健康和生活质量提供新的思路和解决方案。