发酵驱动下堇叶碎米荠叶泡菜生物活性成分谱的分化：微生物组-代谢组整合分析

为解决传统发酵蔬菜品质不稳定及功能成分转化机制不明的问题，研究人员通过微生物组-代谢组整合分析，探究了自然发酵(NF)、植物乳杆菌(LP)和肠膜明串珠菌(LM)接种对堇叶碎米荠叶泡菜的影响。研究发现LP接种显著提升氨基酸、生物碱等活性物质含量，揭示了特定乳酸菌(LAB)与代谢产物的强关联性，为功能性发酵蔬菜开发提供理论依据。

　　

论文解读
在功能性食品研发热潮中，硒超积累植物堇叶碎米荠(Cardamine violifolia)因其富含有机硒和多种生物活性成分备受关注。这种源自湖北恩施硒矿区的十字花科植物，虽在2021年被中国卫健委列为新食品原料，但其发酵转化机制研究仍属空白。传统泡菜存在发酵过程不可控、品质参差等问题，而接种发酵虽能提升效率，但不同乳酸菌对特殊基质的代谢调控规律尚不明确。针对这一科学问题，来自湖北省农业科学院的研究团队在《Current Research in Food Science》发表论文，首次揭示了三种发酵方式对堇叶碎米荠叶泡菜微生物群落和代谢谱的重塑作用。

研究采用16S rDNA扩增子测序和超高效液相色谱-质谱联用技术(UHPLC-MS/MS)，对比分析了自然发酵(NF)、植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum, LP)和肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides, LM)接种发酵24小时后的样本。实验设置未发酵新鲜叶片作为对照(CK)，所有样本均来自恩施硒润材料工程技术有限公司温室栽培的堇叶碎米荠。

微生物群落分析显示发酵显著改变了菌群结构，厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度从CK组的11.2%飙升至发酵组的80.8-86.4%。自然发酵组(NF)和LM组以乳酸球菌(Lactococcus)和魏斯氏菌(Weissella)为主(合计占比>70%)，而LP组中植物乳杆菌(Lactiplantibacillus)独占82.3%的绝对优势。α多样性指数表明LP组微生物丰富度最低，反映出单一菌种的高效定植能力。

代谢组学结果更为惊艳：共鉴定865种代谢物，其中509种为三类发酵组共有差异物质。氨基酸类物质增幅超3倍，LP组尤为突出——必需氨基酸L-色氨酸(L-Tryptophan)含量激增，同时检测到7种具有降压、抗氧化功能的二肽(如L-缬氨酰-L-色氨酸)。脂质代谢在NF和LM组更活跃，反式脂肪酸11-十八碳烯酸(Vaccenic acid)含量增长近10倍。最引人注目的是生物碱类物质：色胺(Tryptamine)、血清素(Serotonin)等神经活性物质在NF组含量最高，与色氨酸代谢通路激活相关。LP组则表现出独特的多酚转化能力，槲皮素(Quercetin)、木犀草素(Luteolin)等黄酮苷元形式显著增加。

相关性网络分析揭示了微生物-代谢物的精妙互作：魏斯氏菌(Weissella)与哌啶类生物碱呈正相关(r>0.7,p<0.01)，而植物乳杆菌(Lactiplantibacillus)与核苷酸代谢物关联密切。KEGG通路富集显示LP组显著激活苯丙氨酸/色氨酸生物合成通路，这与该组氨基酸含量高的发现高度吻合。

这项研究首次系统阐释了堇叶碎米荠叶发酵过程中的微生物演替规律与代谢重塑机制。实践层面，证实植物乳杆菌接种可定向富集功能成分，如将蛋白质转化为具有神经调节作用的色氨酸衍生物；理论层面，发现不同LAB菌株存在明显的代谢分工——肠膜明串珠菌更擅长脂质转化，而植物乳杆菌专精于氨基酸代谢。这些发现不仅为开发富硒功能性泡菜提供了菌种选择依据，更建立了"菌种-代谢通路-功能成分"的精准调控模型。未来研究可进一步解析硒形态在发酵中的转化规律，并验证这些活性成分在动物模型中的吸收利用效率。

值得注意的是，该研究采用的24小时短时发酵工艺极具工业化应用价值，而发现的微生物-代谢物关联网络为合成微生物群落设计提供了新思路。随着人们对功能性发酵食品需求增长，这项研究为传统泡菜产业升级提供了创新范本。