解构芽孢杆菌在陈皮陈化中的关键作用：生物活性化合物转化机制与功能提升研究

本研究针对传统陈皮(Pericarpium Citri Reticulatae, PCR)自然陈化周期长、品质不稳定等问题，通过分离鉴定陈皮源芽孢杆菌(Bacillus subtilis CP01)，采用多组学技术解析其液态发酵过程中挥发性/非挥发性代谢物的动态变化。研究发现发酵显著提升总酚(11.90%)和总黄酮(38.36%)含量，促进黄酮苷向苷元转化，并鉴定到1176种差异代谢物主要富集于异黄酮生物合成通路，为益生菌加速陈皮功能成分积累提供了直接证据。

　　

在东亚传统医药和饮食文化中，陈皮(Pericarpium Citri Reticulatae, PCR)作为药食同源的典型代表，其"陈久者良"的特性备受推崇。然而自然陈化过程往往需要三年以上，不仅耗时漫长，还易受霉菌污染和虫害影响。更关键的是，现代研究虽已发现陈化过程中黄酮类物质的变化与陈皮品质提升密切相关，但具体微生物驱动机制仍如"黑箱"。这成为制约陈皮产业化发展的核心瓶颈——能否通过特定益生菌定向调控陈化过程？哪些代谢通路被激活？功能成分如何实现高效转化？

针对这些科学问题，中国的研究团队在《Food Research International》发表重要成果。研究人员从广东新会陈皮中分离出优势菌株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis CP01)，创新性地采用液态发酵体系替代传统固态陈化，结合挥发性代谢组学、非靶向代谢组学和靶向定量技术，首次系统揭示了芽孢杆菌发酵对陈皮浸提液(PCRI)代谢谱的重编程作用。

关键技术包括：从PCR样本中分离筛选芽孢杆菌菌株并通过扫描电镜(SEM)鉴定形态特征；建立PCRI液态发酵体系并测定总酚/总黄酮含量变化；采用HS-SPME-GC-MS分析挥发性有机物(VOCs)；UPLC-Q-TOF-MS/MS进行非靶向代谢组学检测；结合体外实验评估抗氧化(DPPH/ABTS⁺清除率)和降脂活性(胆酸盐结合能力)。

【材料与试剂】
研究选用2-3年陈新会陈皮为原料，所有菌株分离自PCR样本。关键检测指标涵盖总酚(福林酚法)、总黄酮(硝酸铝比色法)及2′-羟基大豆苷元等特征成分。

【菌株分离与鉴定】
通过改良马丁培养基分离到4株芽孢杆菌，其中CP01呈现典型杆状形态和粉色菌落特征，经16S rRNA鉴定为Bacillus subtilis。该菌株展现出优异的β-葡萄糖苷酶活性，预示其具有糖苷水解潜力。

【发酵代谢调控】
发酵3天后PCRI出现三大显著变化：1)感官品质提升，萜烯类(如D-柠檬烯)、酯类物质增加形成更浓郁果香；2)功能成分重构，黄酮苷(如芦丁)下降而苷元(如橙皮素)上升，2′-羟基大豆苷元(抗炎活性成分)含量显著变化；3)生物活性增强，DPPH清除率提升1.5倍，胆酸盐结合能力提高40%。

【代谢通路解析】
非靶向代谢组发现1176种差异代谢物，KEGG分析显示异黄酮生物合成(ko00943)是最显著富集通路。特别值得注意的是，发酵促使黄酮C-糖苷(如异荭草苷)向高活性苷元转化，这种结构变化直接提升了成分的生物利用度。

这项研究首次证实：1)芽孢杆菌通过分泌糖苷水解酶实现黄酮苷-苷元的生物转化；2)液态发酵可模拟自然陈化过程但效率更高；3)代谢重编程主要发生在萜类/黄酮合成通路。这些发现不仅为PCR工业化生产提供了新思路——采用益生菌定向发酵替代自然陈化，更开创了"微生物-代谢通路-功能活性"的关联研究范式。尤其值得关注的是，研究中发现的2′-羟基大豆苷元等特征标志物，未来或可作为陈皮品质控制的分子靶标。该成果对传统药材现代化改造具有示范意义，也为开发新型功能性发酵食品提供了理论支撑。