副干酪乳杆菌TJ199发酵转化玉米苞叶和玉米须多酚提升抗氧化活性的机制研究

本研究针对玉米副产物利用率低、酚类化合物生物活性不足的问题，通过筛选高抗氧化活性菌株副干酪乳杆菌TJ199发酵玉米苞叶汁(CBJ)和玉米须汁(CSJ)，发现发酵使总酚含量提升0.47-0.23倍，DPPH/ABTS/FRAP抗氧化活性显著增强，并鉴定出348种酚类化合物及其羟基化、糖苷水解等9类结构修饰反应，为玉米副产物高值化利用提供新策略。

　　

玉米作为全球第二大谷物，年产量超12亿吨，但其副产物玉米苞叶和玉米须利用率不足10%。这些富含多酚的农业废弃物虽在传统医学中有应用，但70-80%的酚类以低生物活性的糖苷或单羟基形式存在，传统加工过程还会造成活性成分损失。如何通过生物转化提升这些酚类化合物的抗氧化活性，成为功能性食品开发的关键科学问题。

锦州医科大学的研究团队在《Food Chemistry: X》发表研究，从酸粥中筛选出具有卓越抗氧化能力的副干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)TJ199，用于发酵玉米苞叶汁(CBJ)和玉米须汁(CSJ)。通过超高效液相色谱-质谱(UHPLC-MS)广靶代谢组学等技术，系统揭示了TJ199介导的酚类结构修饰与抗氧化活性增强的分子机制。

关键技术包括：1)从中国内蒙古、广西和山西三地采集酸粥样本进行优势菌群筛选；2)采用DPPH、ABTS和FRAP法评估菌株抗氧化能力；3)建立24小时发酵动力学模型监测理化指标；4)基于KEGG数据库分析酚类代谢通路；5)运用多元统计方法建立结构-活性关系。

3.1 高抗氧化活性乳酸菌的筛选与鉴定
通过分析酸粥样本微生物组成，发现乳杆菌属平均丰度达79.83%。从190株菌中筛选出TJ199，其DPPH清除率(60.92%)和FRAP值(0.103 μmol Trolox/mL)显著高于同类菌株，16S rDNA测序鉴定为副干酪乳杆菌。

3.2 发酵动力学与生物活性提升
TJ199在CBJ和CSJ中24小时活菌数分别达9.17和8.69 Log CFU/mL。发酵使总酚含量增加0.47-0.23倍，ABTS清除能力提升2.76-1.40倍，FRAP值提高3.67-2.22倍，且DPPH清除率达86.6%。

3.3 发酵CBJ和CSJ的代谢谱综合分析
鉴定出1053种代谢物，其中348种为酚类化合物。主成分分析(PCA)显示发酵前后样本显著分离，正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)模型参数R²Y=1，Q²>0.7，证实数据可靠性。

3.4 差异代谢物分析与功能注释
FCBJ中94种差异代谢物包含28种酚类，23种显著上调如染料木素、姜黄素等；FCSJ中62种差异代谢物含22种酚类均上调，包括丁香油酚、香草醛等。

3.5 代谢通路分析与酚类转化
KEGG富集显示类黄酮、花青素和二芳基庚烷类生物合成是主要通路。TJ199通过9类反应修饰酚类结构，包括：1)羟基化(如甘草素→紫铆素)；2)糖苷水解(如甲氧基葛根素→染料木素)；3)去甲基化(如阿魏酸→咖啡酸)。

3.6 酚类化合物的构效关系
皮尔逊分析显示多羟基化化合物(如芹菜素)与ABTS清除能力显著正相关(P<0.05)，而糖苷化化合物(如异槲皮苷)呈负相关。B环3′,4′-二羟基和3′,4′,5′-三羟基结构是提升抗氧化活性的关键。

讨论与结论
该研究首次阐明TJ199通过激活黄酮3′-单加氧酶[EC:1.14.14.82]等关键酶，驱动酚类化合物的羟基化和糖苷水解，使玉米副产物中低活性酚类转化为高活性形式。其中丁香油酚较前体甘草素抗氧化活性提升3倍，4′,7-二羟基黄酮因多羟基结构展现更强自由基清除能力。这种微生物介导的精准结构修饰策略，为开发抗心血管疾病和神经退行性病变的功能食品提供新思路。未来需进一步解析TJ199的酶系统作用机制，并开展体内活性验证。

研究证实玉米苞叶和玉米须经TJ199发酵后，酚类物质的生物利用度和抗氧化效能显著提升，为农业废弃物资源化提供了创新解决方案。该成果不仅拓展了乳酸菌在功能性食品中的应用场景，也为天然抗氧化剂的定向改造提供了理论依据。