酶辅助发酵对沙棘基谷物饮料中植物化学成分、挥发性物质谱以及抗氧化、抗糖尿病和ACE抑制特性的协同效应

酶辅助发酵显著提升海 buckthorn基谷物饮料的植化物含量与生物活性，F5%组黄酮类含量提升177.74%，ACE抑制活性达95.24%， volatile组分以醇类和酸类为主，酯类减少，为功能性植物基饮料开发提供新策略。

　　
### 中文解读：酶辅助发酵对海 buckthorn 基 cereal beverage 功能特性的影响

#### 研究背景与意义
随着全球非传染性疾病（如糖尿病、高血压和癌症）的流行，功能性植物基饮料的需求日益增长。海 buckthorn（沙棘）因其丰富的酚类化合物和抗氧化特性备受关注，但传统加工方式难以充分释放其活性成分。本研究通过酶辅助发酵技术，探索如何通过结合酶解与微生物发酵，提升海 buckthorn 基 cereal beverage（SBCB）的活性物质含量、生物活性和感官品质，为开发健康型植物基饮品提供新思路。

#### 研究方法与材料
实验以中国产粳米和高粱为基底原料，结合新疆产沙棘果肉，通过酶解预处理（3%和5%浓度的纤维素酶、α-淀粉酶及α-葡萄糖苷酶）打破植物细胞壁结构，随后接种醋酸菌（*Acetobacter pasteurianus*）和酵母菌（*Torulaspora delbrueckii*），在厌氧-好氧交替发酵条件下进行48小时发酵。分析涵盖物理化学指标（pH、可溶性固形物、还原糖）、植物化学成分（总酚、总黄酮、总黄酮醇、总原花青素）、抗氧化活性（FRAP、DPPH、还原力）、酶抑制活性（α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、ACE）及挥发性成分（GC-MS分析）。

#### 关键发现
1. **植物化学成分显著提升**
酶辅助发酵使SBCB的活性物质含量大幅提高：
- **F3%处理**（发酵+3%酶）：总酚（TPC）提升124.94%，总黄酮醇（TFLC）增加147.24%。
- **F5%处理**（发酵+5%酶）：总黄酮（TFC）增长177.74%，总原花青素（TPAC）增加58.32%。
这种协同效应源于酶解破坏细胞壁，释放结合酚类，而发酵进一步通过微生物代谢（如β-葡萄糖苷酶催化黄酮苷水解为游离黄酮）增强活性成分的生物利用度。

2. **生物活性增强**
- **抗氧化活性**：F5%的FRAP值（铁还原抗氧化力）提升6.78倍，DPPH（自由基清除）活性提高1.22倍，还原力（RPC）提升3.55倍。
- **抗糖尿病活性**：F3%的α-淀粉酶抑制率达92.22%，F5%的α-葡萄糖苷酶抑制率高达92.38%。
- **ACE抑制活性**：F5%的ACE抑制率达95.24%，表明其可抑制血管紧张素转换酶，有助于调节血压。

3. **挥发性成分与感官特性**
- **酸类与醇类增加**：发酵后3-甲基丁酸、己酸等酸类浓度显著上升，3-甲基-1-丁醇（果香特征）在F5%中浓度达277.42 ng/100g，是对照组的35.48倍。
- **酯类减少**：酶辅助处理导致酯类（如苯甲酸酯）浓度下降，可能因酸性条件促使酯酶分解酯类。
- **风味平衡**：虽然酯类减少，但醇类（如苯乙醇）和酸类（如乙酸）的增加仍能形成果香、酸香与木质香的复合风味，提升产品接受度。

4. **酶活性与代谢调控**
- **β-葡萄糖苷酶**：F5%活性达505.98 U/g，高于其他处理，促进黄酮苷水解。
- **漆酶**：F5%中达2986.67 U/g，催化酚类氧化生成抗氧化产物。
- **pH动态**：酶处理降低初始pH（从5.5降至2.69-3.24），发酵进一步酸化（F5% pH仅2.69），酸性环境激活微生物酶系，加速糖类分解与酚类释放。

#### 机制分析与创新点
1. **协同作用机制**
酶解预处理通过β-葡萄糖苷酶、纤维素酶等降解细胞壁，释放束缚的酚类（如原花青素、黄酮醇）。发酵阶段，醋酸菌（产乙酸）和酵母菌（产酯酶、漆酶）共同作用：
- 醋酸菌代谢糖类生成乙酸（F5%乙酸浓度达693.93 ng/100g），降低pH至2.69，激活酶活性并抑制腐败菌。
- 酵母菌（如*Torulaspora delbrueckii*）分泌漆酶，催化酚类氧化生成醌类等高活性物质，同时促进酯类前体转化为挥发性酸（如3-甲基丁酸）和醇类（如3-甲基-1-丁醇），形成独特风味。

2. **工业化应用潜力**
- **工艺优化**：5%酶浓度（F5%）在提升活性的同时需平衡成本，未来可通过响应面法优化酶添加比例。
- **功能定位**：高ACE抑制活性（F5%达95.24%）提示其可辅助控制血压，高α-淀粉酶抑制活性（F3% 92.22%）则适合糖尿病人群。
- **风味改良**：虽酯类减少可能影响果香，但通过调控发酵条件（如延长好氧阶段）可促进酯酶合成酯类，平衡口感。

#### 研究局限与未来方向
1. **局限性**
- 未明确酶解时间对成分释放的影响，可能需结合酶动力学模型优化。
- 挥发性成分的感官评价未开展，需通过三角形测试等验证消费者接受度。
- 动物实验缺失，无法直接评估生物活性成分的体内效果。

2. **未来研究方向**
- **组学分析**：结合代谢组学与转录组学，解析关键酶（如漆酶、β-葡萄糖苷酶）的表达调控网络。
- **工艺标准化**：建立酶解-发酵-后熟联动的工艺参数库，如温度、pH、菌种比例对活性物质的影响。
- **产品开发**：针对不同健康需求设计配方，如高黄酮醇型（抗炎）、高原花青素型（抗氧化）、高乙酸型（抑菌）。

#### 结论
酶辅助发酵通过物理化学破壁与生物代谢协同作用，显著提升SBCB的活性成分含量（如总黄酮、原花青素）和生物功能性（抗糖尿病、抗氧化、ACE抑制）。工艺参数优化（如5%酶浓度+48小时发酵）可使SBCB兼具高营养与优质风味，为开发下一代功能性植物基饮品提供理论支持。后续研究需结合临床实验与感官评价，推动成果转化。