黑豆与黄豆天贝发酵过程中微生物动态与异黄酮代谢组学分析及其在可持续功能性食品开发中的应用

本研究针对传统印尼发酵食品天贝中异黄酮生物利用度低的问题，通过比较Raprima?商业发酵剂与Rhizopus oligosporus/R. stolonifer共培养体系对黑豆/黄豆天贝的发酵效果，发现共培养显著提升异黄酮苷元（如染料木素）含量，并揭示Proteobacteria（78%）和Mucoromycota（92%）为优势菌群。该研究为开发高生物活性可持续功能性食品提供了重要理论依据。

　　

印尼传统发酵食品天贝因其富含异黄酮和肽类等生物活性物质，近年来成为功能性食品研究热点。然而，天然大豆中80%以上的异黄酮以生物利用度低的糖苷形式存在，且仅30-60%人群肠道微生物具备糖苷水解能力。更关键的是，作为天贝主要原料的黄大豆严重依赖进口，在热带地区种植适应性差。这些瓶颈问题促使研究人员探索更可持续的解决方案。

印尼国家研究创新局（BRIN）的研究团队在《Food Chemistry Advances》发表的最新研究中，创新性地采用印尼本土Mallika黑豆与进口黄豆进行对比，通过Raprima?商业发酵剂和Rhizopus oligosporus/R. stolonifer共培养两种发酵方式，结合LC-HRMS（液相色谱-高分辨质谱）代谢组学与16S/ITS扩增子测序技术，系统解析了发酵过程中微生物群落动态与异黄酮转化规律。研究特别关注了β-glucosidase（β-葡萄糖苷酶）介导的糖苷-苷元转化通路，并通过PICRUSt2和FunFun软件预测了功能基因。

微生物动态与代谢组学分析

PCA（主成分分析）显示发酵样品与未发酵样品代谢谱显著分离，共培养发酵的黑豆样品（BSCC）表现出最独特的代谢特征。HCA（层次聚类分析）热图证实共培养体系显著提升染料木素（genistein）等苷元含量，其中黄豆共培养组（YSCC）染料木素强度比对照组提高132%。

异黄酮动态变化

LC-HRMS检测到11种异黄酮衍生物，共培养发酵使黄豆的染料木苷（genistin）转化率达93.7%，显著高于商业发酵剂组（67.2%）。值得注意的是，黑豆虽总异黄酮含量较低，但共培养使其genistein生物利用度提升8.4倍，缩小了与黄豆的差距。

分子网络解析

GNPS（全球天然产物分子网络）分析发现6"-O-丙二酰基黄豆苷等新型衍生物，揭示共培养体系通过malonyltransferase（丙二酰转移酶）和acetyltransferase（乙酰转移酶）催化的修饰反应，拓展了异黄酮结构多样性。

微生物群落特征

扩增子测序显示Enterobacteriaceae（肠杆菌科）在黄豆样品中占比达45%，而共培养特异性富集Stenotrophomonas（窄食单胞菌属，28%）。真菌群落中，R. arrhizus（根霉属）与异黄酮苷元呈强正相关（r>0.82），其β-glucosidase基因表达量预测值比商业发酵剂组高1.7倍。

功能通路预测

KEGG分析鉴定出ko00500（淀粉蔗糖代谢）和ko00010（糖酵解）等5条与β-glucosidase生产相关的关键通路。共培养体系通过激活bglX/bglB等基因，形成多酶协同的糖苷水解网络，其中6-phospho-beta-glucosidase（6-磷酸-β-葡萄糖苷酶）对磷酸化修饰异黄酮的转化尤为关键。

该研究首次证实黑豆经共培养发酵后可成为高生物活性天贝的优质原料，其genistein含量可达商业黄豆产品的86%。通过微生物组-代谢组多维关联分析，不仅阐明Rhizopus菌株通过β-glucosidase介导的糖苷水解机制，还发现Stenotrophomonas等细菌可能通过合成fibrinolytic（纤溶）酶协同提升产品功能特性。这些发现为开发适应热带气候的可持续功能性食品提供了重要理论支撑，同时为优化传统发酵工艺提供了精准调控靶点。